例4-3 验算图4-49所示多层框架楼层中组合梁的强度。按塑性设计。已知梁的跨长l=6m,计算弯矩M=150kNm,楼板厚80mm,托板厚70mm。采用混凝土C35,钢梁I20a,截面A=3550 mm2,为3号钢,钢筋连接件为I级钢筋。
图4-49 组合梁计算
【解】: (1)计算混凝土翼板的有效宽度be。按式(4-2):
be?b0?2b2?240?2?480?1200mm
(2)判别中和轴位置,按式(4-13):
behc1fcm?1200?80?19?10?3?1824kN Af?3550?215?0.9?10?3?687kN kN?Af?687kN 则 behc1fcm?1824故中和轴在翼板之内,可根据图4-45塑性中和轴
在钢筋混凝土翼板内计算。
(3)计算组合梁的承载力,按式(4-14): 中和轴至混凝土翼缘板顶面的距离: x?Af/befcm?687000/(1200?19)?30.13mm
钢梁截面合力至混凝土受压区合力间之距离:
x1y?(100?70?80)??250??30.13?234.935mm
22bexfcmy?1200?30.13?19?234.935?10?3?161.39kN?m
bexfcmy?161.39kN?m?M?150kN?m 安全
(4)连接件设计
采用弯起钢筋,混凝土翼板与钢梁间的纵向剪力为:
V?Af?3550?215?0.9?10?687kN
?3钢筋直径φ12,连接件的受剪承载力设计值按式(4-19)计算,为:
Nvc?A1fst???62?205?10?3?23.18kN
组合梁上最大弯矩处至梁端区段内的连接件总数为:
n?V/N?687/23.18?29.63根,取 32根放两排,
每排16根。连接件之间的间距:
l/23000a???187.5mm?4hc1?4?80?320mm
1616cu连接件构造如图4-50所示。
图7-50 组合梁连接件构造
五、梁与柱连接构造
多层框架梁的截面多用工字形(图4-51a),柱的
截面则常用宽翼缘工字钢或3块板焊成工字形(图4-51b),使柱在平面内外的惯性矩比较接近。此外,在受力很大而且主要是强度控制的柱中,采用焊接十字形截面(图4-51c)。
图4-50 多框架的梁和柱截面
梁与柱的连接构造可以设计成铰接、柔性连接和刚性连接,前两种连接在平台结构中已有叙述,在多层框架中用得不多,这里主要介绍梁与柱的刚性连接。
梁与柱的刚性连接有下列几种构造形式:
(1)梁与柱丁字形连接(图4-52),柱上焊有安装用支托,柱的腹板用横向加劲肋加强,这种连接刚度较大,但梁的长度必须制造精确,安装焊缝有仰缝。
图4-52 梁与柱丁字形连接
(2)梁与柱通过宽翼缘T形钢连接(图4-53),T形钢起竖向加劲肋作用,特别适合于十字形横梁的连接。T形钢可用工字钢在腹板上裁开而得,接头长度大于横梁高度,并使柱的抗扭刚度得到加强,与柱翼缘直接焊接的东西向横梁,要比通过T形加劲肋连接的南北向横梁刚度大一些。
图4-53 有T形加劲肋的梁与柱四个方向连接 (3)梁与柱通过盖板和角钢连接(图4-54)。在柱的东西方向,通过盖板与梁翼缘连接,以传递弯矩。通过竖直角钢与梁腹板连接,以传递剪力。柱上有安装支托,为避免仰焊,上部水平板小于梁翼缘,下部水平板大于梁翼缘。