截面选择是整个焊接组合梁设计的关键,也是其余各部分设计的基础,而截面选择的关键又是截面高度的选择,截面选择是否合理、经济都与梁高的选择密切相关。

1)梁高的选择

梁高的选择应考虑建筑高度、梁的刚度和经济条件的要求。

(1)最大梁高hmax

最大梁高是满足建筑物净空要求允许的最大高度。在实际工程中,建筑钢结构构件相对建筑物本身来说构件截面尺寸较小,一般不会受建筑物净空要求的限制,而桥梁工程中的钢结构构件尺寸很大,所以梁高的选择应考虑建筑高度、梁的刚度、强度和经济条件的要求。通常主梁以截面应力控制设计时的用钢量比刚度控制设计的用钢量要省,为了有效地发挥钢材的作用和提高钢材的利用效率,节省钢材,主梁设计应该尽可能采用以截面应力为控制目标的设计方法。

(2)最小梁高hmin

最小梁高指满足梁的刚度要求所必需的最小高度,即在充分利用材料强度的同时,又刚好满足梁的刚度要求。下面以承受均布荷载作用的简支梁为例来说明最小梁高的计算方法。梁的刚度要求v≤[v](v为由荷载标准值引起的梁中最大挠度,[v]为梁的容许挠度值),见附表2.1。

由式(4.29)可见,梁的刚度与梁高成反比,满足最大挠度要求的梁高即为刚度确定的最小梁高。为了既能充分发挥材料的强度又能满足梁的刚度要求,上式取等号,令σkmax=f/1.3(1.3为永久荷载分项系数和活荷载分项系数的平均值)并整理得:

(3)经济梁高he

确定经济梁高的条件是使梁的自重最轻,并且不考虑梁高对于整个承重结构的影响。考虑这种影响,必须通过结构优化设计来解决。经济梁高可用如下的经验公式计算:

(www.daowen.com)

选择梁高时,应满足hmin≤h≤hmax,还应注意梁高在he附近变动,对梁重的影响较小。根据统计,即使h与he相差20%左右,梁重也仅相差4%左右,而选择较小的梁高,对梁的稳定、减小整个结构的建筑高度、节省横向连接系钢材等有利,因此选择梁高时一般选择较经济梁高小,而接近最小梁高。

腹板高度与梁高相差不大,一般可直接按上面所计算的梁高选取符合钢板规格的整数作为腹板的高度。钢板的宽度一般以50mm为级差。

2)腹板厚度tw

腹板厚度应满足抗剪强度、腹板的局部稳定性、防锈和钢板规格的要求。从截面受力来看,腹板宜既薄又高,但高而薄的腹板受力后,容易丧失局部稳定性。为满足局部稳定性的要求,要设置过多的加劲肋,反而不经济。

抗剪要求的腹板厚度:

式中假设腹板最大剪应力为平均剪应力的1.2倍,Vmax为梁的最大剪力设计值。

由式(4.32)计算得到抗剪要求的最小厚度为:

由式(4.33)计算所得的腹板厚度一般较小,为满足局部稳定和构造的要求,常按下列经验公式估算: