钢结构方案设计阶段的估算

(三) 预估截面

结构布置结束后，需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸的假定。

钢梁可选择槽钢、轧制或焊接H型钢截面等。根据荷载与支座情况，其截面高度通常在跨度的1/20~1/50之间选择。翼缘宽度根据梁间侧向支撑的间距按l/b限值确定时，可回避钢梁的整体稳定的复杂计算，这种方法很受欢迎。确定了截面高度和翼缘宽度后，其板件厚度可按规范中局部稳定的构造规定预估。

柱截面按长细比预估. 通常50~150, 简单选择值在80附近。根据轴心受压、双向受弯或单向受弯的不同,可选择钢管或H型钢截面等.

对应不同的结构，规范对截面的构造要求有很大的不同，如钢结构所特有的组成构件的板件的局部稳定问题，在普钢规范和轻钢规范中的限值有很大的区别。

除此之外，构件截面形式的选择没有固定的要求，结构工程师应该根据构件的受力情况，合理的选择安全经济美观的截面。

【焊接组合梁设计】

组合梁的型式多采用焊接工字形截面。对于这种梁的截面设计与型钢梁设计不同，对型钢梁只要确定型钢的型号即可。对组合梁则需要确定腹板的高度及厚度、翼缘的宽度及厚度等几个尺寸，而谢谢尺寸又是互相联系的。总的设计原则是既要保证梁的强度、稳定性、刚度等要求，又要使钢材用量经济合理。因此，需要根据各方面要求综合分析计算。具体方法是先根据各方面要求逐项选择截面每一个尺寸，然后进行验算。

一、梁截面选择

㈠、梁截面高度确定

确定梁的截面高度应根据建筑设计要求（确定最大允许高度hmax）、刚度要求（确定梁最小高度hmin），且使钢材用量最小（经济高度he）等条件确定。

㈡、腹板高度hw

腹板高度hw的确定与梁高h尺寸有关。由于上下翼缘厚度一般较小，所以腹板高度hw可略小于梁高，并按钢板规格尺寸取50mm的倍数。

㈢、腹板厚度tw

腹板的主要作用是抗剪，在腹板高度hw确定后可根据抗剪强度公式计算腹板厚度tw。为简化计算，可近似假定最大剪应力为腹板平均剪应力的1.2倍。

以上确定的腹板高度及厚度两尺寸，还关系到腹板本身的局部稳定及梁的总用钢量。为满足梁的刚度及抗弯等要求，所确定的腹板高度一般都比较大，此时腹板厚度如取值太小（如按抗剪要求计算的厚度就很小），腹板本身很薄，会引起局部失去稳定，为此，要考虑配置纵横加劲肋。此外，厚度太小，容易由于锈蚀而降低承载能力，在制造过程中也易发生较大变形。而腹板厚度取值过大，又会使用钢量迅速增加。因此应全面考虑上述因素。腹板厚度tw应符合钢板现有规格，最小尺寸6~8mm。

㈣、翼缘尺寸b、t

根据截面对x轴的惯性矩公式及截面对x轴的抵抗矩公式，反解出一个翼缘的截面面积（近似取h≈h1≈hw），则翼缘面积A1为：

A1＝Wx/hw－（tw×hw）/b

当已知腹板尺寸hw及tw时，可根据上式求出需要的翼缘面积A1；A1＝b×t，可先选定翼缘板宽度b，后确定厚度t。

确定翼缘尺寸b及t值，关系到以下几方面：宽度b太小，对梁的整体稳定不利。宽度b

太大、厚度t很小，则可能影响翼缘在抗弯强度计算中考虑塑性发展以及对翼缘局部稳定的保证。且要求受压翼缘的自由外伸宽度b1与厚度t之比，b1/t≤13√235/fy；按翼缘的局部稳定要求b1/t≤15√235/fy。

一般可取b=(1/3~1/5)h，且取10mm的倍数；厚度t不应小于8mm，取2mm的倍数。二、截面验算

截面尺寸选定后，根据相关要求计算梁的实际荷载（包括梁自重）、内力，并计算截面面积、截面惯性矩、截面抵抗矩等各种几何特性，然后进行强度、稳定性、刚度验算。

三、翼缘焊缝计算

组合成工字形截面的翼缘与腹板，应用角焊缝焊接，以抵抗翼缘与腹板之间的剪力，保证截面能够整体工作，防止相互错动。

四、截面沿梁长度方向改变

组合梁的截面设计，按简支梁在均布荷载作用下的弯矩计算时，弯矩图曲线为抛物线，取跨中最大弯矩为计算依据，所设计截面尺寸在弯矩较小处，材料强度未充分利用。简支梁两端支座处剪力最大，但等截面两端材料抗剪能力也未充分发挥。为节约钢材，可使梁的截面沿梁长度方向改变，达到经济效果。具体方法：

㈠、改变翼缘的宽度，在梁跨中部分宽度b较大，在两端离支座各1/6跨度处减小至宽度b'。宽度b'按截面改变处的弯矩M'计算确定。宽度从b减少至b'，应做成不大于1:4的坡度，以减少应力集中。采用对接焊缝，上翼缘受压可用直缝，下翼缘受拉可直缝或斜缝。这种改变宽度的方法较改变厚度方法好，可避免应力集中，且使外表面在一个平面内。经过一次变截面节约钢材约10%~20%。

㈡、采用多层翼缘板改变截面，即沿梁跨度方向改变翼缘板层数，使梁的截面大小改变。梁的翼缘有两层，切断外层翼缘板，从而减小截面。外层板实际切断点的位置应由理论切断点处延伸长度La，以保证外层板在理论切断点处部分能参加工作。

㈢、改变梁的高度，在靠近梁两端（1/5~1/6）L处，将下翼缘做成折线形，翼缘的截面不变，腹板的高度逐渐减小。梁端部高度应满足抗剪要求，且不应小于抗剪要求的一半。这种方法可以降低建筑物的高度，但梁的构造较为复杂。

四、矫正焊接残余变形的方法

1、机械矫正法；用机械方法对残余变形的焊件施加一个外力使其发生与残余变形方向相反的屈服变形，已达到矫正残余变形的目的，这种方法属于冷矫正。

2、火焰矫正（局部加热法）；它是根据焊接残余变形产生的原理，利用局部加热后的收缩而引起的变形来矫正已产生的变形，这种方法属于热矫正。

钢结构屋面顶一般取值为1/20---1/8，钢屋架坡度较大一般取值为1/3--1/5，我公司做的图纸一般按1/10，跨度较大的按1/15做。个人认为：各地区之间存在取值范围不同。

一般设计是不会勾选45度这个选项的，而是直接输入数值的。原因：方便加工，方便安装，假如勾选了45度，那么隅撑孔距支座距离就直接等于梁上的隅撑孔道檩条上隅撑的高度啦，但是实际工程中往往做的是变截面的梁，这就意味着我们第一排檩条的隅撑孔距离支座肯定会分好多种，比如550,650,700的，所以一般都输入数值，至于多少，一般隅撑到支座的距离都是统一的，只要知道你挑出多少就知道这个距离啦