组合梁中钢梁受压区板件宽厚比该如何控制,经常让人一头雾水。设计人往往偏安全处理,导致无谓的浪费。
钢梁与混凝土楼板组合形成的组合梁(常见为次梁),一旦钢梁中和轴下移到钢梁内,翼缘和部分腹板即进入受压区,那么按照《钢标》,翼缘和腹板的宽厚比是有要求的:
也就是说,按《钢标》第14章,采用塑性设计方法,即截面按矩形应力分布的塑性极限状态,与三角形应力分布的弹性设计不同。那么,钢梁应遵照按塑性设计的板件宽厚比。按《钢标》14.1.6,翼缘由于有混凝土板和栓钉,可以通过构造免除宽厚比控制,但钢梁腹板的宽厚比控制就得有问题了。
按如下《钢标》14.1.6条文说明,板件宽厚比应满足《钢标》10.1.5条,否则组合梁设计应按弹性设计方法。当然这也是一条路,理论上可行,只是很难操作,因为钢标第14章给的公式都是按塑性设计方法来的,得自己按截面三角形应力分布推导公式(有的程序有这个选择,具体怎么算的需要验证)。
《钢标》10.1.5条的要求如下:
那么问题又来了,这组合梁是简支梁,适用第1款还是第2款呢?还有人说,简支梁哪来啥塑性铰,又不是框架梁端。实际上这是一种误解,简支梁这个塑性铰是和第14章计算公式的极限状态对应的,简支梁受力极限状态就是跨中出现塑性铰,且就这一个,没有先后之分,所以没得选择,肯定得按第1款S1截面执行(可别一说塑性铰就是抗震)。
第二个问题,既然钢梁腹板要按S1截面控制,那么假设组合截面受力状态如下图,那腹板宽厚比怎么计算?是 h 0/ t w吗( h 0为腹板净高)?实际上好多人是按这个去计算的,会导致腹板很厚。
实际上,钢梁的腹板受压区高度 h c可能远没到 h 0的1/2,按受弯构件局部屈曲的计算(《钢标》6.3.2),此时的 h 0应按2 h c(即腹板的计算高度)来计算。组合梁这种情况类似于钢梁的单轴对称截面,腹板净高和计算高度是不同的,应该注意。
当然还有一种思路,你可以把钢梁和混凝土板分开看,钢梁相当于压弯构件,此时的宽厚比显然是 h 0/ t w,但截面宽厚比限值不再是纯弯的那个,其实大差不离,你可以试试。
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钢结构工程
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