钢结构直升机坪设计之钢梁设计及选型

一、概述

在上一期文章中，我们讨论了安全网支撑臂的设计，本期我们来研究一下钢梁设计。任何一个直升机坪结构，无外乎柱、梁、板的组合，机坪荷载通过板传递到梁，梁再将荷载传递到柱，最后通过柱传递给下部基础。此处对梁的设计及选型作个简单分析，以使大家对机坪钢梁设计有个基本理解。鉴于笔者能力有限，若有不足之处，请读者多多指正。

二、钢梁布置

钢梁布置需考虑以下几点：

1、根据前述，钢梁承受机坪甲板的荷载，并将荷载传递给钢柱。因此，钢梁布置中，必须与上部甲板的布置相结合，比如：当上部甲板截面较大，承载能力较高时候，钢梁的布置间距可稍微加大;反之，布置间距需减小。

2、钢梁的布置需要考虑建筑空间的要求，当钢梁布置间距太大时，单根钢梁受力较大，钢梁截面会比较高，此时会占据较大的空间，可能会影响其它专业的布置。

3、钢梁的布置需考虑钢梁与其它构件的连接要求，由于次梁一般采用铰接节点，主梁为刚接节点，在受力集中区域，次梁需加密布置，否则次梁的计算截面可能大于主梁计算截面，此时主次梁的连接节点难以满足受力要求。

三、钢梁选型

市场上常用于钢梁的截面有箱形、H形，我们可以从受力及经济角度分析为什么选用这两种结构，同时对比这两种结构的经济性能。

矩形截面抵抗矩：W=bh²/6(其中b为截面宽度，h为截面高度)。由公式可知，构件截面抵抗矩正比于截面高度的平方，当我们想增大某一构件的抗弯能力时，最有效的方式是加大截面高度。这就是钢梁构件多为矩形截面的原因。

我们可以简单想象，当钢梁向下弯曲时，梁的截面上面会受压，下面会受拉(这和向下折弯一根筷子是一个道理，下端先拉断，上端受压凸起)。梁截面受力从受压过渡到受拉，其中必定有一个既不受压又不受拉的位置，我们把这个位置叫做中性层，中性层的弯拉力/弯压力为零。由于中性层受力需求小，从节省材料用量及减轻结构自重考虑，我们可以将此处掏空，仅留适当的上下翼缘，而箱型截面及H形截面正好满足该构造，而H形截面的腹板比箱型截面节省。所以，对于面内稳定要求不是非常严格的构件，H形截面具有非常好的经济性能。当构件的设计由面内稳定控制时，则需要选用箱形截面。

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