梁的设计与承载力.doc

梁的设计：
1.型钢梁设计
由梁的荷载和支承情况根据内力计算得到梁的最大弯矩，根据选用的型钢材料确定其抗弯强度设计值，由此求得所需要的梁净截面抵抗矩，然后在型钢规格表中选择型钢的型号。最后对选定的型钢梁截面进行强度、刚度和整体稳定验算。
2.组合梁设计
梁的截面选择步骤为：估算梁的高度（一般用经济高度）、确定腹板的厚度和翼缘尺寸，然后验算梁的强度、稳定和刚度。
柱的设计：
1.实腹柱设计
截面选择的步骤如下：
（1）假定柱的长细比，一般在50―90范围之内，轴力大而长度小时，长细比取小值，反之取大值；
（2）根据已假定的长细比，查得轴心受压稳定系数。然后根据已知轴向力和钢材抗压强度设计值求得所需截面积；
（3）求出截面两个主轴方向所需的回转半径（根据已知的两个方向的计算长度和长细比）；
（4）由此计算出截面轮廓尺寸的高和宽；
（5）通过求得的截面面积和宽以及高，再根据构造要求、钢材规格等条件，选择柱的截面形式和确定实际尺寸；
（6）验算实腹柱的截面强度、刚度，整稳和局稳；
2.格构柱设计
截面选择的步骤如下：
（1）假定长细比，一般在50―90之间；
（2）计算柱绕实轴整体稳定，用与实腹柱相同的方法和步骤选出肢件的截面规格。根据假定的长细比，查稳定系数，最后确定所需的截面面积；
（3）计算所需回转半径；
（4）算出截面轮廓尺寸宽度和高度；
（5）计算虚轴长细比；通过求得的面积、高度和宽度以及考虑到钢材规格及构造要求选择柱的截面形式和确定实际尺寸。
（6）强度、刚度和整稳验算；
（7）缀条设计和缀板设计；
回转半径就是惯性半径。
定义：任意形状截面的面积为A，则图形对y轴和z轴的惯性半径分别为iy=sqrt(Iy/A),iz=sqrt(Iz/A).
特征：惯性半径是对某一坐标轴定义的；惯性半径的量纲为长度的一次方，单位为M；惯性半径的值恒为正。
用处：
1,惯性矩Ix,
回转半径ix=sqrt（Ix/A),
长细比λx=lox/ix,
截面验算：局部稳定b/t=(10+0.1λ)sqrt(235/fy);
h0/tw=(25+0.5λ)sqrt(235/fy).
2,知道了柱子的轴力和计算长度-假定长细比初步估计截面-选定截面计算长细比，回转半径惯性矩等-截面验算。
粱、柱、板截面取值
粱、柱、板截面取值原则
一、柱 按照《混凝土结构设计规范》GB50010-2002。 柱的最小边的尺寸为300mm，但工程中一般框架柱截面高、宽均不小于400mm。
二、粱 1、 框架粱 （1）、粱宽一般取250mm、300mm、350mm
（2）、粱高取跨度的1/10-1/13
次粱 （1）、宽度为200mm、250mm
（2）、 粱高为1/10-1/14
悬挑梁 一般取为悬臂长的1/4~1/6
常用的梁高有：250、300、…、750、800、900、1000。
常用的梁宽有：120、150、180、200、220、250、300、以50的模数递增。
现浇结构中，一般主梁至少应比次梁高出50mm，如主梁下部钢筋为双层配置，或附加横向钢筋采用吊筋时，应高出100mm 。
经济夸度：板：1.7-2.7m，主梁：5-8m，次梁：4-6m。
粱截面尺寸取值原则
序号 构件种类 简支 多跨连续 悬臂 说明
1 次梁 现浇整体肋形梁
2 主梁 现浇整体肋形梁
3 独立梁
4 框架梁 现浇整体式框架梁
5 框架梁 装配整体式或装配式框架梁
6 框架扁梁 现浇整体式钢筋混凝土框架扁梁
7 框架扁梁 预应力混凝土框架扁梁
三、板
在一般荷载下，板厚度取板跨的1/36-1/45左右，但不小于100mm（个别房间也不应小于80mm）。
板的最小高跨比
板的支承形式 板 的 类 型
单 向 板 双 向 板 悬 臂 板 无 梁 楼 板
简 支 1/35 1/45 1/35 (有柱冒)
连 续 1/40 1/50 1/12 1/30 (无柱冒)
注：板厚 / 板短边方向的计算跨度
框架梁、柱截面尺寸及材料 [来自《混凝土结构》P437]
一、 梁的截面尺寸
（1）、梁截面高度
主梁取：1/8---1/14 次梁取：1/8---1/12 [来自《混凝土结构》P266]
现浇式 ～
装配式 ～
（ 为梁的计算跨度，当梁上较大荷载设备时， 还可以加大，但不宜大于净跨的1/4）
（2）、梁截面高度
～ 且宜≥200mm
二 、 柱的截面尺寸
理论一：柱截面尺寸的确定方法，一般是根据柱的轴向压力设计值估算，建议

式中： A—柱的截面面积；
—混凝土轴心抗压强度设计值
N—柱轴压力设计值，可按该柱负荷面积大小，根据竖向荷载的经验数据估算；
根据设计经验，民用建筑多层框架结构的竖向荷载标准值（恒+活）平均为14kN/m2左右。对于住宅（轻质墙体）一般为14～15kN/m2，墙体较少的其他民用建筑一般为13～14kN/m2。这些经验数据，可作为初步设计阶段估算墙、柱及基础荷载，初定构件截面尺寸的依据。一般民用建筑，如住宅楼、办公楼等，其楼面活茶载标准值较小（2.0kN/m2），仅占总竖向荷载的10%～15%。故为简化起见，在设计中往往不考虑活载的折减，偏安全地取满载分析计算。恒、活载综合分项系数为1.25。
由A可定出柱截面的高度 和宽度 。柱截面可做成矩形或方形。一般要求： 不宜小于400mm； 不宜小于300mm。
理论二：
柱截面的高度 和宽度 应大于柱计算长度的（ ）的1/25，即 、 > ，一般可取（ ～ ， 为层高。
也可根据柱子支撑楼板的面积所承受的恒载、活载及墙重等，计算柱的最大竖向轴力设计值 ，考虑水平荷载的影响乘上系数预估柱子截面尺寸 。
式中 ——柱组合的轴向压力设计值；
S——按简支状态计算的柱的负载面积；
——折算在单位面积上的重力荷载代表值；
——考虑地震作用组合后柱轴压力增大系数；非地震1.05～1.10;地震1.10～1.20
—— 验算截面以上楼层层数；
——框架柱轴压比限值，对一级、二级和三级抗震等级，分别取0.65，0.75和0.85。
非地震 ～
地震 ～
一级抗震等级
二级抗震等级
三级抗震等级 （ —混凝土轴心抗压强度设计值）
抗震等级表
序号 结构类型 设防烈度
6 7 8 9
1 框架结构 房屋高度（m） ≤25 ＞25 ≤35 ＞35 ≤35 ＞35 ≤25
2 框架 四 三 三 二 二 一 一

柱子截面一般取 不宜小于400mm； 不宜小于350mm，柱子净高与截面的高度 之比宜大于4，否则为短柱。
地震地区柱子截面宜是方形或接近方形的矩形。

框架柱截面的快速估算
2007-10-16 20:45柱截面估算：
1、估算公式：Ac>=Nc/(a*fc)
其中：a----轴压比（一级0.7、二级0.8、三级0.9，短柱减0.05）
　　　fc---砼轴心抗压强度设计值
　　　Nc---估算柱轴力设计值

2、柱轴力设计值：Nc=1.25CβN
其中：N---竖向荷载作用下柱轴力标准值（已包含活载）
　　　β---水平力作用对柱轴力的放大系数
　　　　　七度抗震：β=1.05、八度抗震：β=1.10

　　　C---中柱C＝1、边柱C＝1.1、角柱C＝1.2

3、竖向荷载作用下柱轴力标准值：N=nAq
其中：n---柱承受楼层数
　　　A---柱子从属面积
　　　q---竖向荷载标准值（已包含活载）
框架结构：10~12（轻质砖）、12~14（机制砖）
框剪结构：12~14（轻质砖）、14~16（机制砖）
筒体、剪力墙结构：15~18 单位：KN/(M*M)
4、适用范围
　 轴压比控制小偏心受压或轴心受压柱的破坏，因此适用于高层建筑中的底部楼层柱截面的估算
梁高按构造取：
剪支梁－－1/8～1/12
连续梁－－1/12～1/15
挑梁－－－1/5～1/6
梁宽与梁高比为1/3～1/2，柱宽要大于梁宽，所以由梁宽得出柱宽， 同时，我们也要考虑层高及柱子的主要受力方向来调整柱子的尺寸， 以及通过PK验算柱的轴压比来调整柱子的尺寸～
楼板厚度按构造取：
单向板：短边的1/35
双向板：短边的1/40
悬臂板：悬臂长的1/12
不过个人觉得板厚一般不要小于80，通常取的板厚有80，100，120，130，150
楼板厚度估算：
单向板：短边的1/35
双向板：短边的1/40
悬臂板：悬臂长的1/12

梁高与跨度的关系
主梁一般取为跨度的1/8~1/12
次梁一般取为跨度的1/12~1/15
悬挑梁一般取为悬臂长的1/4~ 1/6
梁宽
主梁 200，250，300……
次梁 200……
型钢梁设计较为简单，焊接组合截面梁稍复杂，难点在于初始截面的假定。我总结了个截面假定步骤：
1、截面高度h：
1) 容许最大高度hmax。由于建筑或工艺专业的限制，梁高不能突破的高度。
2) 刚度要求的最小高度hmin。hmin≥0.778x10-6fl2/[w]
3) 经济梁高he。he=7·(Wx/)1/3-300mm
最终梁高的确定：hmin≤h≤hmax且h≈he
2、腹板厚度tw：
1) 抗剪要求的最小厚度twmin。twmin =1.2Vmax/(h0·fv)
2) 经济厚度twe。twe=h01/2/3.5
3) 构造要求。规范GB50017规定：h0/tw≤250·(235/fy)1/2
最终腹板厚度的确定：tw≥ twmin，tw≈twe并满足构造要求。
3、翼缘板的宽度b、厚度t：
根据WX/的值，先算出翼缘板面积Af，再确定b、t。
1)翼缘板面积Af。Af≥Wx//h0-tw·h0/6
2)翼缘板的宽度b、厚度t 。已知Af确定b、t时，需考虑以下条件：① b=h/6~h/2.5② b≥180mm③t≥(Af/26)1/2
此处顺便验算了翼缘板的局部稳定，即自由宽厚比。
至此梁截面的所有参数都已初步确定。
门式刚架规程适用范围：
1.跨度：宜9-36米。
2.高度：宜4.5-9米。
3.挑檐长度：宜0.5-1.2米。
4。吊车：可设置起重量<3吨的悬挂起重机，起重量<20吨的轻、中级工作制的单梁或双梁桥式车。
一、如何既保证强度，稳定性等指标，又兼顾结构的刚度
在设计中，人们常常比较重视强度，稳定性等指标，
由于大部分程序不对结构的刚度进行比较，而忽略了结构的刚度。
提高结构的刚度的方法：
a.构件的翼缘，腹板不要太厚（6-12mm）
b.翼缘的宽度不要太宽（150-220），尽量用高度
调整强度，稳定性等指标
二、如何确定梁的分段比： 为了降低用钢量，对梁进行分段是个有效的措施之一。
分段比的确定：
1、分段点的确定
2、一般比率：1：2：1或1：2
3、参照弯距图调整
三、如何定义梁、柱的平面外计算长度：
梁、柱平面外计算长度应取侧向支撑点的距离；当两翼缘侧向支撑点间的距离不等时，应取最大受压翼缘侧向支撑点间的距离。
一般取隅撑的间距。
注意：边柱的平面外计算长度中柱的平面外计算长度
四、支撑的布置：
无吊车门刚的支撑布置：
1、在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置
能独立构成空间稳定结构的支撑体系。
2、在设置柱间支撑的开在同时设计屋盖横向水平支撑，以组成几何不变体系。
3、有托架，托架处应局部加强时，有较大振动设备，且对结构产生一定影响时或对厂房有较大空间刚度要求时，可设置纵向水平支撑。
4、柱间支撑的间距一般取30米—40米，且不大于60米。
5、当房屋较高时，柱间支撑应分层设置。
6、当端部支撑设在第二开间时，在第一开间的相应位置应设刚性系杆
7、在刚架转折处（柱顶和屋脊）应设刚性系杆。
8、由支撑斜杆、竖杆组成的水平桁架和柱间竖向平面
内的桁架，其直腹杆应按刚性系杆考虑，可由檩条兼作。
9、门式刚架的支撑宜采用张的十字交叉圆钢支撑，常用Ф18～Ф22或更大。
10、圆钢支撑与刚架构件的连接，一般不设连接板， 可直接在刚架构件上靠外侧设孔连接。当腹板厚度≤5mm时，应对支撑孔周边进行加强。
有吊车门刚的支撑布置：
1、当柱较高或有较大吨位（>5吨）的桥式吊车时宜采用型钢作为支撑。
2、刚性系杆不宜用檩条代替，可用钢管、H型钢、十字型角钢等截面形式的构件。
3、 柱间支撑的间距一般<40米,应尽量取下限。
五、刚接柱脚的节点设计：
1、当用于工业厂房且有桥式吊车时，宜将柱脚设计为刚性。
2、刚性柱脚应注意以下问题：基础施工单位应有一定的技术水平应设置抗剪件
六、抗风柱的节点设计：
目前的抗风柱与刚架连接的节点形式较多。
有些节点连接形式不符合抗风柱计算的力学模型。
抗风柱计算的力学模型为受弯构件。
若抗风柱计算的力学模型不对，主刚架也要分两次计算。
七、檩条的设计：
檩条设计往往忽视，对于不同跨度，不同荷载的檩条一定要计算。
墙面檩条容易忽视拉条的设计隅撑的作用，关系到刚架的安全，一定要引起重视。
檩条按单跨简支构件还是连续梁构件考