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钢结构钢结构-钢梁钢梁梁的类型梁的类型按制作方式分：型钢梁和组合梁按制作方式分：型钢梁和组合梁 型钢梁型钢梁截面：热轧工字钢、热轧截面：热轧工字钢、热轧H型钢、槽钢型钢、槽钢腹板较厚，用钢量大。腹板较厚，用钢量大。冷弯薄壁型钢冷弯薄壁型钢经济，但防腐要求高经济，但防腐要求高特点：构造简单，制造省工，成本较低，优先选用。特点：构造简单，制造省工，成本较低，优先选用。组合梁组合梁当荷载较大或跨度较大时，由于轧制条件的限制，型钢当荷载较大或跨度较大时，由于轧制条件的限制，型钢的尺寸、规格不能满足梁承载能力和刚度的要求，就必须采用组的尺寸、规格不能满足梁承载能力和刚度的要求，就必须采用组合梁。合梁。截面：工字型、箱型截面：工字型、箱型优点；截面组成灵活、材料分布合理，节省钢材。优点；截面组成灵活、材料分布合理，节省钢材。楔形梁楔形梁 按梁截面沿按梁截面沿长度有无度有无变化分：等截面梁和化分：等截面梁和变截面梁截面梁蜂窝梁蜂窝梁双向弯曲梁双向弯曲梁 按受力情况分：按受力情况分：单向弯曲梁和双向弯曲梁向弯曲梁和双向弯曲梁(a)屋面檩条屋面檩条 (b)吊车梁吊车梁 预应力梁力梁 基本原理：受拉基本原理：受拉侧设置高置高预拉力的拉力的钢筋，使梁受荷前反弯筋，使梁受荷前反弯曲。曲。制作、施工制作、施工过程程复复杂。预应力梁预应力梁 受弯构件的计算原理受弯构件的计算原理 Design Principle of Flexural Members 截面强度和刚度截面强度和刚度 整体稳定整体稳定 局部稳定局部稳定受弯构件的强度和刚度受弯构件的强度和刚度Strength and Stiffness of the Flexural Members 一一.弯曲强度弯曲强度弹性阶段：弹性阶段：边缘应力小于或等于屈服应力边缘应力小于或等于屈服应力弹塑性阶段：弹塑性阶段：a高度范围内进入塑性高度范围内进入塑性塑性阶段：塑性阶段：全截面进入塑性全截面进入塑性 屈服弯矩屈服弯矩 My=fyWx 全塑性弯矩全塑性弯矩 Mp=fyWp=fy Wx 称为截面形状系数称为截面形状系数 =1.5(矩形）矩形）1.11.17(工字形）工字形）弹塑性弯矩弹塑性弯矩 M=fy Wx 截面塑性发展系数截面塑性发展系数 1.0 x，y 塑性发展系数，我国规范按弹塑性阶段进行设计。塑性发展系数，我国规范按弹塑性阶段进行设计。一般要求一般要求 a 0.125h。在超静定梁中可以采用塑性设计，形成可以转。在超静定梁中可以采用塑性设计，形成可以转动的塑性铰，考虑塑性内力重分布。动的塑性铰，考虑塑性内力重分布。取值要点：取值要点：（1）对截面有平翼缘板的一侧）对截面有平翼缘板的一侧 =1.05;（2）对截面无平翼缘板的一侧）对截面无平翼缘板的一侧 =1.20;（3）对圆管边缘）对圆管边缘 =1.15。特殊情况特殊情况 x=y=1.0：（1）直接承受动荷载的梁；）直接承受动荷载的梁；（2）工字形截面受压翼缘板的自由外伸宽度与其厚度之比大于）工字形截面受压翼缘板的自由外伸宽度与其厚度之比大于 时。时。对截面有平翼缘板的一侧对截面有平翼缘板的一侧 =1.05对截面无平翼缘板的一侧对截面无平翼缘板的一侧 =1.20对圆管边缘对圆管边缘 =1.15二二.抗剪强度抗剪强度三三.同时存在弯曲应力和剪应力时同时存在弯曲应力和剪应力时四四.局部压应力局部压应力局部压力在轨道高度范围内以45o角扩散，在梁体内以1:2.5坡度角扩散。集中荷载增大系数，重级工作制吊车梁 =1.35，其他梁 =1.0 五五.正应力、剪应力、局部压应力同时作用正应力、剪应力、局部压应力同时作用六六.受弯构件的刚度受弯构件的刚度V 荷载标准值引起的梁中最大挠度v容许挠度，附表2.1钢梁的整体稳定Lateral Buckling of Beams一、整体稳定的概念一、整体稳定的概念 一般情况下，钢梁截一般情况下，钢梁截面高而窄，侧向支撑较弱。面高而窄，侧向支撑较弱。当荷载增大到某一数当荷载增大到某一数值时后，梁在向下弯曲的值时后，梁在向下弯曲的同时，会突然发生侧向弯同时，会突然发生侧向弯曲和扭转变形的破坏，这曲和扭转变形的破坏，这种现象称之为梁的整体失种现象称之为梁的整体失稳，或称弯扭屈曲。稳，或称弯扭屈曲。梁维持其稳定状态所梁维持其稳定状态所承担的最大荷载（或弯矩）承担的最大荷载（或弯矩）称为临界荷载（或临界弯称为临界荷载（或临界弯矩）矩）公式中包含三种刚度公式中包含三种刚度EIy(抗弯刚度抗弯刚度)、GIt(抗扭刚度抗扭刚度)、EIw(抗翘曲刚度抗翘曲刚度)及及梁的侧向支承点间距梁的侧向支承点间距l1。提高梁整体稳定的有效措施：提高梁整体稳定的有效措施：加宽受压翼缘板，增大加宽受压翼缘板，增大Iy、It、Iw；减少梁受压翼缘的自由长度减少梁受压翼缘的自由长度 l1;加强抗扭转约束。加强抗扭转约束。纯弯曲时双轴对称工字形截面简支梁的临界弯矩纯弯曲时双轴对称工字形截面简支梁的临界弯矩影响梁临界弯矩（整体稳定性）的主要因素：影响梁临界弯矩（整体稳定性）的主要因素：（1）梁的侧向抗弯刚度）梁的侧向抗弯刚度EIy，抗扭刚度，抗扭刚度GIt、抗翘曲刚度、抗翘曲刚度EIw。EIy、GIt、EIw愈大，临界弯矩愈大，箱形截面、工字形截面较为有愈大，临界弯矩愈大，箱形截面、工字形截面较为有利，槽形、利，槽形、T形截面次之，避免选用形截面次之，避免选用L形截面。加强梁的受压形截面。加强梁的受压翼缘，增加其对翼缘，增加其对y轴的惯性矩，能有效地提高临界弯矩；轴的惯性矩，能有效地提高临界弯矩；（2）梁受压翼缘侧向支承点间的距离）梁受压翼缘侧向支承点间的距离l1。梁侧向支承点间距愈小，。梁侧向支承点间距愈小，临界弯矩愈大；临界弯矩愈大；（3）荷载类型和弯矩图形状。弯矩图愈接近矩形，临界弯矩愈小；）荷载类型和弯矩图形状。弯矩图愈接近矩形，临界弯矩愈小；（4）荷载作用于截面的不同位置。荷载作用于梁的上翼缘，促使梁）荷载作用于截面的不同位置。荷载作用于梁的上翼缘，促使梁截面扭转加剧截面扭转加剧,临界弯矩愈小。作用于下翼缘，阻碍梁截面扭临界弯矩愈小。作用于下翼缘，阻碍梁截面扭转，临界弯矩愈大；转，临界弯矩愈大；（5）端部支承条件；）端部支承条件；（6）初始变形、初始偏心、残余应力等初始缺陷。）初始变形、初始偏心、残余应力等初始缺陷。二、梁整体稳定性的验算二、梁整体稳定性的验算单向弯矩单向弯矩Mx：双向弯矩双向弯矩Mx、My：工字形截面对弱轴工字形截面对弱轴y弯曲时，不会有稳定问题，只需要验算抗弯强弯曲时，不会有稳定问题，只需要验算抗弯强度，把对度，把对x轴的稳定和对轴的稳定和对y轴的强度两个验算公式相加，得，轴的强度两个验算公式相加，得，为梁整体稳定系数为梁整体稳定系数 规范规范 计算公式计算公式 1.焊接工字形截面焊接工字形截面 梁整体稳定的等效临界弯矩系数，附表梁整体稳定的等效临界弯矩系数，附表9.1 截面不对称影响系数截面不对称影响系数 双轴对称工字形截面双轴对称工字形截面 单轴对称工字形截面单轴对称工字形截面 加强受压翼缘加强受压翼缘 加强受拉翼缘加强受拉翼缘 当考虑初弯曲、加荷偏心及残余应力等缺陷的影响，此时考虑初弯曲、加荷偏心及残余应力等缺陷的影响，此时材料已进入弹塑性阶段，整体稳定临界力显著降低材料已进入弹塑性阶段，整体稳定临界力显著降低.2.箱形截面箱形截面 由于截面的抗扭刚度远大于开口截面（工字形截面）的抗扭由于截面的抗扭刚度远大于开口截面（工字形截面）的抗扭刚度，具有较好的整体稳定性。刚度，具有较好的整体稳定性。规范规范规定，截面尺寸满足规定，截面尺寸满足h/b0 6，且，且 时可不验算梁的整体稳定。时可不验算梁的整体稳定。上述两个条件在实际工程中都能做到，因此规范无箱形截面梁上述两个条件在实际工程中都能做到，因此规范无箱形截面梁整体稳定系数的计算方法。整体稳定系数的计算方法。1）荷载的类型；荷载的类型；2）荷载的作用位置；荷载的作用位置；3）梁的侧向刚度梁的侧向刚度EIy、扭转刚度扭转刚度GIt、翘曲刚度翘曲刚度EI；4）受压翼缘的自由长度受压翼缘的自由长度l1；5）梁的支座约束程度。梁的支座约束程度。影响梁整体稳定的因素及增强梁整体稳定的措施影响梁整体稳定的因素及增强梁整体稳定的措施 提高梁受压翼缘的侧向稳定性是提高梁整体稳定的有效方法。较经济合理的方法是设置侧向支撑，减少梁受压翼缘的自由长度。1.1.影响梁整体稳定的因素影响梁整体稳定的因素2.2.增强梁整体稳定的措施增强梁整体稳定的措施1）增大受压翼缘的宽度增大受压翼缘的宽度；2）在受压翼缘设置侧向支撑在受压翼缘设置侧向支撑；3）当梁跨内无法增设侧向支撑时，宜采取闭合箱形截面当梁跨内无法增设侧向支撑时，宜采取闭合箱形截面；4）增加梁两端的约束提高其稳定承载力。采取措施使梁端不能发增加梁两端的约束提高其稳定承载力。采取措施使梁端不能发 生扭转。生扭转。不需验算梁的整体稳定的情况不需验算梁的整体稳定的情况 （2）H型钢或工字形截面简支梁受压翼缘自由长度型钢或工字形截面简支梁受压翼缘自由长度l1与其与其宽度宽度b1之比不超过下表所列数值时之比不超过下表所列数值时。H型钢或工字形截面简支梁不需验算整体稳定性的最大型钢或工字形截面简支梁不需验算整体稳定性的最大l1/b1值值 （1 1）有有刚刚性性铺铺板板密密铺铺在在梁梁的的受受压压翼翼缘缘上上并并与与其其牢牢固固相相连连接接，能能阻止梁受压翼缘侧向位移（截面扭转）时。阻止梁受压翼缘侧向位移（截面扭转）时。（3 3）对箱形截面简支梁，当满足对箱形截面简支梁，当满足h/b0 6，且，且 l1/b195（235/fy）时）时结构就不会丧失整体稳定。结构就不会丧失整体稳定。bb0t1h0twtwt2b1b2h焊接工字形截面受弯构件焊接工字形截面受弯构件 的近似公式的近似公式当当 时，可按下式计算稳定系数：时，可按下式计算稳定系数：(工字形截面）工字形截面）1.双轴对称双轴对称2.单轴对称单轴对称公式中已考虑了公式中已考虑了 的情况，因此不必换算成的情况，因此不必换算成 。例题4-1梁板件的局部稳定Local Buckling of Thin Plate 为了提高焊接组合梁的强度和刚度，腹板宜选得高一些，而为了提为了提高焊接组合梁的强度和刚度，腹板宜选得高一些，而为了提高梁的整体稳定性，翼缘宜选得宽一些。由于板件过宽而薄，常会在梁高梁的整体稳定性，翼缘宜选得宽一些。由于板件过宽而薄，常会在梁发生强度破坏或丧失整体稳定性之前，梁的部分板面会偏离原来的平面发生强度破坏或丧失整体稳定性之前，梁的部分板面会偏离原来的平面位置而发生波形鼓曲，称此现象为局部失稳，或称板屈曲。局部失稳后，位置而发生波形鼓曲，称此现象为局部失稳，或称板屈曲。局部失稳后，就有可能导致梁的过早破坏。就有可能导致梁的过早破坏。热轧型钢梁，一般不需进行局部稳定计算。热轧型钢梁，一般不需进行局部稳定计算。受压翼缘屈曲受压翼缘屈曲腹板屈曲腹板屈曲局部失稳的后果局部失稳的后果：恶化工作条件，降低构件的承载能力，动力荷载作用下易引恶化工作条件，降低构件的承载能力，动力荷载作用下易引起疲劳破坏。起疲劳破坏。还可能因为梁刚度不足，挠度过大，影响正常使用；钢结构还可能因为梁刚度不足，挠度过大，影响正常使用；钢结构表面锈蚀严重，耐久性差。表面锈蚀严重，耐久性差。局部稳定局部稳定构件的局部稳定问题就是保证梁的受压翼缘以及梁的腹板等板构件的局部稳定问题就是保证梁的受压翼缘以及梁的腹板等板件在构件整体失稳前不发生局部失稳或者在设计中合理利用这件在构件整体失稳前不发生局部失稳或者在设计中合理利用这些板件的屈曲后性能。些板件的屈曲后性能。薄板屈曲概念薄板屈曲概念实腹式截面（如工字形、槽形、箱形）构件都由一些板件组成。这实腹式截面（如工字形、槽形、箱形）构件都由一些板件组成。这些板件在中面（平分板厚的平面）内的一定压力作用下，不能保持些板件在中面（平分板厚的平面）内的一定压力作用下，不能保持其平面变形状态下的平衡形式，发生弯曲变形。这种现象称为板件其平面变形状态下的平衡形式，发生弯曲变形。这种现象称为板件失稳，对于整个轴心受压构件来说称局部失稳（屈曲）。失稳，对于整个轴心受压构件来说称局部失稳（屈曲）。Nx单位宽度上的力，单位宽度上的力，Nx=xt，t板厚板厚NxNx面内压力面内压力作用在中面内的压力和剪力作用在中面内的压力和剪力中面中面Nxy矩形薄板的屈曲矩形薄板的屈曲薄板失稳薄板失稳纯弯屈曲纯剪屈曲二、受压翼缘的局部稳定 梁的受压翼缘可近似视为：一个三边简支一边自由单向均匀受压薄板，其临界应力为：将将 E=206E=206X X10103 3 N/mmN/mm2 2，=0.3=0.3代入上式，得：代入上式，得：由由 条件，得：条件，得：当板长趋于无穷大，故当板长趋于无穷大，故=0.425；不考虑腹板对翼缘的；不考虑腹板对翼缘的约束作用约束作用，令，令=0.25，则：，则：因此，规范规定不发生局部失稳的板件宽厚比：强度计算考虑截面塑性发展时：强度计算考虑截面塑性发展时：强度计算考虑截面塑性发展时：强度计算考虑截面塑性发展时：强度计算不考虑截面塑性发展（强度计算不考虑截面塑性发展（强度计算不考虑截面塑性发展（强度计算不考虑截面塑性发展（x x x x=1.0=1.0=1.0=1.0）时：）时：）时：）时：对于箱形截面受压翼缘在两腹板（或腹板与纵向加对于箱形截面受压翼缘在两腹板（或腹板与纵向加对于箱形截面受压翼缘在两腹板（或腹板与纵向加对于箱形截面受压翼缘在两腹板（或腹板与纵向加劲肋）间的无支承宽度劲肋）间的无支承宽度劲肋）间的无支承宽度劲肋）间的无支承宽度b b0 0与其厚度的比值应满足：与其厚度的比值应满足：与其厚度的比值应满足：与其厚度的比值应满足：tbb0th0twbt三、腹板的局部稳定三、腹板的局部稳定腹板可在弯曲正应力、剪应力、局部压应力作用下发生局部失稳。纯弯屈曲纯剪屈曲hoa局部压应力下的屈曲1.腹板的纯剪屈曲腹板的纯剪屈曲 腹板的纯剪切屈曲发生在中性轴附近。四边简支的矩形板，在均腹板的纯剪切屈曲发生在中性轴附近。四边简支的矩形板，在均匀分布的剪应力的作用下，屈曲时呈现沿匀分布的剪应力的作用下，屈曲时呈现沿45方向的倾斜的鼓曲，方向的倾斜的鼓曲，这个方向与主压应力的方向垂直，板弹性阶段临界剪应力为这个方向与主压应力的方向垂直，板弹性阶段临界剪应力为:当当a1.2为弹性状态，为弹性状态，l ls0.8规范认为临界剪应力会进入塑规范认为临界剪应力会进入塑性，而当性，而当0.8l ls1.2时，临界剪应力处于弹塑性状态。时，临界剪应力处于弹塑性状态。规范规范规定仅受剪应力作用的腹板，不会发生剪切失规定仅受剪应力作用的腹板，不会发生剪切失稳的高厚比限值取稳的高厚比限值取:如不设横向加劲肋，如不设横向加劲肋，ah0，h0/a0，k5.34,=1.232.2.腹板的纯弯屈曲腹板的纯弯屈曲如果梁腹板过薄，当弯矩达到一如果梁腹板过薄，当弯矩达到一定值后，在弯曲压应力作用下腹定值后，在弯曲压应力作用下腹板会发生屈曲，形成多波失稳。板会发生屈曲，形成多波失稳。设梁腹板为纯弯作用下的四边简设梁腹板为纯弯作用下的四边简支板，屈曲系数支板，屈曲系数k23.9，如果不，如果不考虑上、下翼缘对腹板的转动约考虑上、下翼缘对腹板的转动约束作用，令束作用，令b=h0,可得到腹板简支可得到腹板简支于翼缘的临界力公式：于翼缘的临界力公式：有效的阻止纯弯屈曲的措施是在有效的阻止纯弯屈曲的措施是在腹板受压区中部偏上的部位设置腹板受压区中部偏上的部位设置纵向加劲肋，加劲肋距受压边的纵向加劲肋，加劲肋距受压边的距离为距离为h1=(1/5-1/4)h0.考虑上、下翼缘对腹板的转动约束作用时：考虑上、下翼缘对腹板的转动约束作用时：受拉翼缘受拉翼缘刚度大，刚度大，梁腹板和受拉翼缘相连接的转动基本被约束，相当于完全嵌固。梁腹板和受拉翼缘相连接的转动基本被约束，相当于完全嵌固。受受压翼缘压翼缘对腹板的约束除与本身的刚度有关外，还和限制其转动的构对腹板的约束除与本身的刚度有关外，还和限制其转动的构造有关。有构造限制时造有关。有构造限制时c c1.66；没有构造限制时没有构造限制时c c=1.23.令令 crfy，可得梁受压翼缘的扭转可得梁受压翼缘的扭转受到约束受到约束和和没有受到约束没有受到约束时，腹时，腹板在纯弯作用下不发生局部失稳的高厚比限值分别为：板在纯弯作用下不发生局部失稳的高厚比限值分别为：规范规定腹板不设置纵向加劲肋的限值为：规范规定腹板不设置纵向加劲肋的限值为：若在局部压应力下不发生局部失稳，应满足：若在局部压应力下不发生局部失稳，应满足：腹板在局部压应力下不会发生腹板在局部压应力下不会发生屈曲的高厚比限值为屈曲的高厚比限值为:hoa规范取：规范取：3.3.腹板在局部压应力作用下的屈曲腹板在局部压应力作用下的屈曲屈曲系数屈曲系数k k与板的边长比有关与板的边长比有关翼缘对腹板的约束系数为：翼缘对腹板的约束系数为：梁腹板受力复杂，厚度较小，主要承受剪力，采用加大板厚的方法梁腹板受力复杂，厚度较小，主要承受剪力，采用加大板厚的方法来保证腹板的局部稳定不经济，也不合理。来保证腹板的局部稳定不经济，也不合理。一般采用加劲肋的方法一般采用加劲肋的方法来减小板件尺寸，来减小板件尺寸，防止腹板屈曲。防止腹板屈曲。从而提高局部稳定承载力。从而提高局部稳定承载力。横向加劲肋横向加劲肋主要防止剪应力和局部压应力作用下的腹板失稳；主要防止剪应力和局部压应力作用下的腹板失稳；纵向加劲肋纵向加劲肋主要防止弯曲压应力可能引起的腹板失稳；主要防止弯曲压应力可能引起的腹板失稳；短加劲肋短加劲肋主要防止局部压应力下的腹板失稳。主要防止局部压应力下的腹板失稳。纵向加劲肋纵向加劲肋横向加劲肋横向加劲肋短加劲肋短加劲肋横向加劲肋应贯通，纵向加劲肋应断开；集中荷载下应横向加劲肋应贯通，纵向加劲肋应断开；集中荷载下应设横向加劲肋或短加劲肋。设横向加劲肋或短加劲肋。加劲肋布置原则加劲肋布置原则1、当 时，可不配置横向加劲肋。有局部压应力时构造配置。2、当 时，按计算配置横向加劲肋。3、当 （受压翼缘受到约束，如连有刚性铺板），同时配置横向加劲肋和纵向加劲肋。当 （其他情况），同时配置横向加劲肋和纵向加劲肋。任何情况下要求加劲肋的间距（1 1）横向加劲肋加强的腹板横向加劲肋加强的腹板h0 0a 计算区格，平均弯矩作用下，腹板计算高度边缘的弯曲压应力；计算区格，平均弯矩作用下，腹板计算高度边缘的弯曲压应力；-计算区格，平均剪力作用下，腹板截面剪应力；计算区格，平均剪力作用下，腹板截面剪应力；c c腹板计算高度边缘的局部压应力，计算时取腹板计算高度边缘的局部压应力，计算时取=1.0=1.0。腹板局部稳定性验算腹板局部稳定性验算（2 2）同时设置横向和纵向加劲肋加强的腹板）同时设置横向和纵向加劲肋加强的腹板h1ah hh h1 1）受压区区格）受压区区格 ：2)2)下区格下区格 ：ah hh hh2 计算区格，平均弯矩作用下，腹板纵向加劲肋处的弯曲计算区格，平均弯矩作用下，腹板纵向加劲肋处的弯曲 压应力；压应力；腹板在纵向加劲肋处的局部压应力，取腹板在纵向加劲肋处的局部压应力，取 计算同前。计算同前。h1)受压翼缘和纵向加劲肋间设有短加劲肋的区格板受压翼缘和纵向加劲肋间设有短加劲肋的区格板ah hh ha a1 16.6.腹板局部稳定验算步骤腹板局部稳定验算步骤实腹梁腹板局部稳定的验算比较复杂。验算步骤如下：实腹梁腹板局部稳定的验算比较复杂。验算步骤如下：(1)计算高厚比。若满足规定限值，或不必设置加劲肋；或根据构计算高厚比。若满足规定限值，或不必设置加劲肋；或根据构造要求设置横向加劲肋，但不需验算稳定性。造要求设置横向加劲肋，但不需验算稳定性。(2)当高厚比超过规定限值时，应按规定设置横向加劲肋或横向、当高厚比超过规定限值时，应按规定设置横向加劲肋或横向、纵向加劲肋。纵向加劲肋。1）先设定加劲肋间距先设定加劲肋间距a。2）计算加劲肋之间板块的平均弯曲正应力、平均力剪应力和局计算加劲肋之间板块的平均弯曲正应力、平均力剪应力和局部压应力。部压应力。3）计算各种单一力学状态下的临界应力：临界弯曲应力计算各种单一力学状态下的临界应力：临界弯曲应力(crcr)、临界剪应力临界剪应力(cr)、临界局部压应力临界局部压应力(c,cr)。4）验算腹板稳定。过于富裕或不满足设计要求时，可调整纵、验算腹板稳定。过于富裕或不满足设计要求时，可调整纵、横向加劲肋的间距，再进行验算。横向加劲肋的间距，再进行验算。（3）需验算的截面位置，首先是梁的端部第一块板段需验算的截面位置，首先是梁的端部第一块板段（此（此处剪力最大）；截面改变处的板段（剪应力小些但正应力大处剪力最大）；截面改变处的板段（剪应力小些但正应力大）和跨中截面（正应力最大和跨中截面（正应力最大 ）。）。加劲肋的构造和截面尺寸加劲肋的构造和截面尺寸加加劲劲肋肋一一般般用用钢钢板板做做成成，腹腹板板两两侧侧成成对对布布置置，亦亦可可单单侧侧布布置置。重重级级工工作作制制吊吊车车和和支支承承加加劲劲肋肋不不可可单侧布置。单侧布置。横横向向加加劲劲肋肋的的间间距距a不不得得小小于于0.5h0，也也不不得得大大于于2h0。(对对 0的的梁梁，时时，可可采采用用2.5 h0)。加加劲劲肋肋应应有有足足够够的的刚刚度度才才能能作作为为腹腹板板的的可可靠靠支支承承，所所以以对对加加劲劲肋肋的的截截面面尺尺寸寸和和截截面面惯惯性性矩矩应应有有一一定要求。定要求。双侧布置的钢板横向加劲肋的外伸宽度双侧布置的钢板横向加劲肋的外伸宽度 (mm)单侧布置时，外伸宽度应比上式增大单侧布置时，外伸宽度应比上式增大20。加劲肋的厚度加劲肋的厚度横横向向和和纵纵向向加加劲劲肋肋相相交交处处切切断断纵纵向向肋肋使使横横向向肋肋连连续续。横横向向肋肋的的截截面尺寸除应符合上述规定外，其截面惯性矩面尺寸除应符合上述规定外，其截面惯性矩纵向加劲肋的截面惯性矩纵向加劲肋的截面惯性矩(对对y轴轴)，应满足下列要求，应满足下列要求支座处支撑加劲肋1.当集中荷载R通过支承加劲肋端部刨平顶紧于柱顶或梁翼缘传递时，按传递全部R计算其端面承压应力 当集中荷载很小时,支承加劲肋和翼缘间也可不刨平顶紧,而靠焊缝传力。2.支承加劲肋应按承受轴心压力R的柱验算其在腹板平面外的整体稳定。计算高度取为h0，柱截面取加劲肋及其两侧 范围内的腹板，但不超出梁端为限。3.支承加劲肋与腹板的连接应按承受全部集中荷载R计算，常采用角焊缝连接，取应力沿焊缝全长均匀分布。型钢梁：型钢梁：(热轧）工字钢、槽钢、角钢热轧）工字钢、槽钢、角钢。（冷弯）卷边槽钢、卷边（冷弯）卷边槽钢、卷边Z形钢形钢 组合钢梁：组合钢梁：钢板组焊钢板组焊 型钢组焊型钢组焊 钢板与形钢组焊钢板与形钢组焊 特殊形式：特殊形式：异种钢梁异种钢梁(翼缘低合金钢，腹板翼缘低合金钢，腹板3号钢）号钢）蜂窝梁蜂窝梁 钢与混凝土组合梁钢与混凝土组合梁 预应力钢梁预应力钢梁梁的设计梁的类型和梁格布置梁的类型和梁格布置 Beam types and Layouts型钢型钢梁的设计梁的设计主要步骤：主要步骤：1.计算弯矩和剪力；计算弯矩和剪力；2.按强度条件计算按强度条件计算Wx；3.查型钢表，选择适当的型钢；查型钢表，选择适当的型钢；4.验算强度，验算整体稳定性；验算强度，验算整体稳定性；5.验算挠度。验算挠度。均布荷载均布荷载 跨中集中荷载跨中集中荷载均布荷载均布荷载+集中荷载集中荷载组合梁的设计 （一）、截面设计（一）、截面设计 组合梁的截面应满足强度、刚度、整体稳定和局部稳定的要求。组合梁的截面应满足强度、刚度、整体稳定和局部稳定的要求。选择截面时先考虑抗弯强度要求，使截面有足够的抵抗矩，并在选择截面时先考虑抗弯强度要求，使截面有足够的抵抗矩，并在计算过程中随时兼顾其它各项要求。不同形式梁截面选择的方法计算过程中随时兼顾其它各项要求。不同形式梁截面选择的方法和步骤基本相同，现以焊接双轴对称工形截面梁为例来说明和步骤基本相同，现以焊接双轴对称工形截面梁为例来说明设计方法。截面设计共需确定四设计方法。截面设计共需确定四个基本尺寸：个基本尺寸：h0(或或h)、tw、b和和t。1、初选截面、初选截面 （1）梁高）梁高 梁的截面高度梁的截面高度h根据根据下面三个参考高度确定：下面三个参考高度确定：、建筑容许最大梁高、建筑容许最大梁高hmax 由建筑设计、工艺设计净空要求或通航净空要求等确定。由建筑设计、工艺设计净空要求或通航净空要求等确定。、刚度要求的最小梁高、刚度要求的最小梁高hmin 刚度要求梁有一定的高度刚度要求梁有一定的高度hmin，否则梁的挠度就会超过规，否则梁的挠度就会超过规定的容许值。简支梁定的容许值。简支梁、经济高度、经济高度he：一般来说，梁的高度大，腹板用钢量增多，：一般来说，梁的高度大，腹板用钢量增多，而翼缘板用钢量相对减少；梁的高度小，则情况相反。最经而翼缘板用钢量相对减少；梁的高度小，则情况相反。最经济的截面高度应使梁的总用钢量为最小。济的截面高度应使梁的总用钢量为最小。经济高度经济高度he 使梁腹板和翼缘板的总用钢量最小。设计时，通常取设计时，通常取hw=（0.80.9)he，宜为，宜为50mm的倍数。的倍数。估算梁高估算梁高h，使，使 hminhhmax腹板厚度腹板厚度按抗剪强度条件按抗剪强度条件 可近似取最大剪应力为平均剪应力的可近似取最大剪应力为平均剪应力的1.2倍倍一般情况，抗剪强度不控制梁截面尺寸，腹板厚度采用经验公式一般情况，抗剪强度不控制梁截面尺寸，腹板厚度采用经验公式估算估算(局部稳定和构造要求）：局部稳定和构造要求）：或或 tw 6mm，并取，并取2mm的倍数的倍数。翼缘的宽度b和厚度t 通常采用通常采用t和和b分别为分别为2和和10mm的倍数，应使的倍数，应使b适当大些，适当大些，以利于整体稳定和梁上铺放面板，也便于变截面时将以利于整体稳定和梁上铺放面板，也便于变截面时将b缩小。缩小。单个翼缘板的截面面积单个翼缘板的截面面积翼缘局部稳定要求翼缘外伸宽厚比翼缘局部稳定要求翼缘外伸宽厚比翼缘宽度与梁高的关系翼缘宽度与梁高的关系梁截面沿梁长度的改变 将梁的截面随弯矩变化而加以改变，可节省钢材，但制造费将梁的截面随弯矩变化而加以改变，可节省钢材，但制造费用增加。设计时常用改变翼缘宽度或改变梁高两种方式。梁改变一用增加。设计时常用改变翼缘宽度或改变梁高两种方式。梁改变一次截面可节省钢材次截面可节省钢材1020%。如改变次数增多，其经济效益并不显。如改变次数增多，其经济效益并不显著。为了便于制造，一般只改变一次截面。著。为了便于制造，一般只改变一次截面。梁的挠度可采用近似公式：梁的挠度可采用近似公式：由整体稳定条件控制设计的梁，不宜沿长度改变截面。由整体稳定条件控制设计的梁，不宜沿长度改变截面。腹板与翼缘间焊缝的计算腹板与翼缘间焊缝的计算 翼缘与腹板间采用焊透的翼缘与腹板间采用焊透的T形连接焊缝时不必进行焊缝强度形连接焊缝时不必进行焊缝强度计算。对于角焊缝连接，必须通过焊缝强度计算来确定焊脚尺计算。对于角焊缝连接，必须通过焊缝强度计算来确定焊脚尺寸寸hf。梁上弯矩变化时，在翼缘与腹板之间将产生剪力。梁上弯矩变化时，在翼缘与腹板之间将产生剪力Vh。Vh由腹板与翼缘间焊缝承受由腹板与翼缘间焊缝承受 当当c0时，焊缝不仅承受水平剪力时，焊缝不仅承受水平剪力Vh，同时还承受由，同时还承受由c引引起的竖向剪力起的竖向剪力Tv。焊缝的强度计算公式为：焊缝的强度计算公式为：可求得可求得 对于直接承受动力荷载的梁，取上式对于直接承受动力荷载的梁，取上式f=1.0；其它情况，；其它情况，取取f=1.22。梁的拼接、连接和支座设计梁的拼接、连接和支座设计 一一.梁的拼接梁的拼接 梁的拼接分为工厂拼接（受钢材尺寸的限制，梁的拼接分为工厂拼接（受钢材尺寸的限制，在工厂把钢材接长或接宽）和工地拼接（受运输或安装条件限在工厂把钢材接长或接宽）和工地拼接（受运输或安装条件限制，梁须分段制造，运至建设现场后在工地进行的拼接）两种。制，梁须分段制造，运至建设现场后在工地进行的拼接）两种。1.工厂拼接工厂拼接 钢梁的拼接位置宜位于弯钢梁的拼接位置宜位于弯矩较小处。翼缘与腹板的拼接矩较小处。翼缘与腹板的拼接位置宜错开，并避免与加劲肋位置宜错开，并避免与加劲肋或次梁连接处重合，以防止焊或次梁连接处重合，以防止焊缝密集与交叉。拼接宜采用对缝密集与交叉。拼接宜采用对接直焊缝。接直焊缝。2.工地拼接翼缘与腹板的拼接宜基本上在同一位置，翼缘与腹板的拼接宜基本上在同一位置，减少分段运输碰损。采用对接焊缝时，减少分段运输碰损。采用对接焊缝时，上、下翼缘宜采用朝上的上、下翼缘宜采用朝上的V形坡口，便形坡口，便于施焊。工地施焊条件较差，宜尽量采于施焊。工地施焊条件较差，宜尽量采用摩擦型高强度螺栓进行拼接。用摩擦型高强度螺栓进行拼接。梁的拼接接头应按拼接截面的内力设计。梁的拼接接头应按拼接截面的内力设计。腹板拼接可按受全部剪力和所分配的弯腹板拼接可按受全部剪力和所分配的弯矩共同作用计算；翼缘拼接按所分配的矩共同作用计算；翼缘拼接按所分配的弯矩设计。弯矩设计。梁翼缘与腹板可按其毛截面惯性矩梁翼缘与腹板可按其毛截面惯性矩Ifx和和Iwx分配弯矩分配弯矩 翼缘翼缘 Mf=M Ifx/Ix，Nf=Mf/h1 腹板腹板 Mw=MIwx/Ix，V w=V 上、下翼缘拼接每侧的螺栓数目按承受上、下翼缘拼接每侧的螺栓数目按承受Nf计算。为便于计算。为便于计算，且偏于安全，螺栓数目也可按承受计算，且偏于安全，螺栓数目也可按承受Anf1f计算（计算（Anf1为一为一个翼缘的净截面面积）。个翼缘的净截面面积）。腹板拼接每侧螺栓承受扭矩腹板拼接每侧螺栓承受扭矩Mw和剪力和剪力Vw，先排列好螺栓，先排列好螺栓，再按扭矩和剪力共同作用验算螺栓连接强度。腹板的净截面再按扭矩和剪力共同作用验算螺栓连接强度。腹板的净截面强度一般不需验算。腹板拼接板的高度应尽量接近腹板高度，强度一般不需验算。腹板拼接板的高度应尽量接近腹板高度，厚度根据其总净截面的惯性矩不小于梁腹板惯性矩的原则确厚度根据其总净截面的惯性矩不小于梁腹板惯性矩的原则确定。定。3.异种钢梁根据工字型梁受弯时翼缘应力大、腹板应力小的特点，将焊接根据工字型梁受弯时翼缘应力大、腹板应力小的特点，将焊接梁的翼缘采用强度较高的低合金钢，腹板采用强度较低的钢材。梁的翼缘采用强度较高的低合金钢，腹板采用强度较低的钢材。二二.次梁与主梁的连接次梁与主梁的连接 次梁与主梁的连接常采用铰接，当次梁为连续梁或跨度较大，次梁与主梁的连接常采用铰接，当次梁为连续梁或跨度较大，要求减小次梁的挠度时采用刚接。要求减小次梁的挠度时采用刚接。1.铰接连接铰接连接 分为叠接和平接两种。叠接结构高度大，构分为叠接和平接两种。叠接结构高度大，构造简单，便于施工。平接平接的结构高度较小，但次梁端部需造简单，便于施工。平接平接的结构高度较小，但次梁端部需做切割处理，以便把次梁连接于主梁的加劲肋或连接角钢上，做切割处理，以便把次梁连接于主梁的加劲肋或连接角钢上，制作较费工。制作较费工。铰接连接需要的焊缝或螺栓数量应按次梁的反力计算，铰接连接需要的焊缝或螺栓数量应按次梁的反力计算，考虑到连接并非理想铰接，会有一定的弯矩作用，计算时宜将考虑到连接并非理想铰接，会有一定的弯矩作用，计算时宜将反力增大反力增大20%30%。2.刚性连接刚性连接 刚性连接可做成叠接和平接。叠接可使次梁在主梁上连续刚性连接可做成叠接和平接。叠接可使次梁在主梁上连续贯通，施工简便，但结构高度较大。贯通，施工简便，但结构高度较大。三梁的支座常用平板支座、弧形支座、铰轴式支座。常用平板支座、弧形支座、铰轴式支座。为了防止支承材料被压坏，支座板与支承结构顶面的接触为了防止支承材料被压坏，支座板与支承结构顶面的接触面积面积A按下式确定：按下式确定：A=abR/fcc 支座底板的厚度，按均布支反力产生的最大弯矩进行计算。支座底板的厚度，按均布支反力产生的最大弯矩进行计算。例例4.3