优化案例分析之十八

【摘要】：已有钢筋砼挑板的再设梯形加劲板来承受抗倾覆力矩是多余的。以承受扭矩为主的梁采用矩形管是最经济的。设计如有另外原因要采用H型钢梁则取消加劲板与花纹钢板，加2—30×3@150就比较经济合理。

【关键词】：填充墙，加劲板，倾覆，弯剪扭，剪应力

春节前我们优化咨询了一个钢结构厂房的设计。这个厂房梁、柱均采用钢结构；楼板采用压型钢板楼承板。压型钢板波高度55，波顶以上钢筋砼板厚为100，楼板总厚度为55+100=155。厂房的四周填充墙不是砌在边钢框梁中心的，而是填充墙中心外偏边钢梁中心300，见图一。这种情况会造成很多问题。本文谈谈当边梁里侧楼板开洞时，如楼梯间、电梯间等的边梁抗扭问题。

设计里侧开洞的边梁节点详图见图二。

由图可知钢板梁设置了-12@200的两侧加劲板。我司认为设计这样处理是为了承受外墙与挑板的偏心荷载引起的倾覆力矩，而不是为了边框梁抗扭。我司认为这种里侧没有楼板的边钢框梁受扭才是主要矛盾。解决偏心荷载抗倾覆下文将会提及。

先看看这个加劲板的造价，两侧各一块加劲板的重为：（1.68×5.02×0.12×2+2.25×5.26×0.5×0.12）×7.85=21.46kg。每米梁长5对加劲板，重量为21.46×5=107.30kg。6厚花纹钢板每米长重为4×10×0.06×7.85=18.84kg。二板共计126.14kg/m。柱网尺寸8400、9000，梁净长算8000，则一根梁二板总重约为1009.12kg。

再分析一下加这些加劲板与花纹钢板有用吗？我司认为100、155厚的钢筋砼板就是强度足够的悬挑板，只需要将此钢筋砼悬挑板的上部受力筋与下部构造钢筋做成连续的，见下图三，并将此钢筋与钢梁上翼缘焊接，钢筋砼悬挑板就不可能发生倾覆破坏。

我司认为此节点边钢框架梁主要承受的内力是扭矩。因为砼悬挑板与外墙及窗都是边钢框梁的偏心荷载。这种弯剪扭，以扭为主的钢梁采用H型钢开口截面其实是很不合理的。H型钢腹板为14厚，只能承受弯矩与剪力。由于扭矩引起的剪应力如下图四所示。所以腹板基本不承受扭矩引起的剪应力。承受弯剪扭的构件最合适的经济的截面为矩形钢管，矩形钢管上下翼缘能承受弯、扭，二个竖壁能承受弯、剪、扭。

那设计这个截面会有问题吗？我司认为加劲板在梁宽边缘部分也能承受扭矩引起的剪应力，加劲板间距200，有12厚。扭矩引起的剪应力够不够要计算确定。根据图四，加劲板越往里边承受的扭矩引起的剪应力越小。

我司上文已经提及以扭矩为主的梁最好改抗扭刚度大得多的矩形管。如果一定要采用H型钢，则可取消加劲板和花纹钢板后，在上下翼缘的两端设-3×30的扁钢，扁钢的间距由剪扭计算确定。一般-3×30@150足够。这样每跟钢梁扁钢的重量为0.3×0.003×5.02×7.85×8000/150×2=3.78kg。比设计的节省1009.12-3.78=1005.34kg≈1吨。由于很多个车间都有这样的梁，都修改的话不但抗扭更好，也可节省很多钢材。