鋼結構制造與安裝單元三.

1、鋼結構制作與安裝教案單元三 鋼結構構件單元單元3 3 鋼鋼 結結 構構 構構 件件單元概述：單元概述：本單元講述了軸心受力構件的強度、剛本單元講述了軸心受力構件的強度、剛度、穩(wěn)定計算；受彎構件的強度、剛度、穩(wěn)定計算；度、穩(wěn)定計算；受彎構件的強度、剛度、穩(wěn)定計算；拉彎和壓彎構件的強度、剛度、穩(wěn)定計算。拉彎和壓彎構件的強度、剛度、穩(wěn)定計算。學習目標：學習目標：通過本單元的學習、訓練，學生應掌握通過本單元的學習、訓練，學生應掌握軸心受力構件的基本計算方法；掌握受彎構件的基軸心受力構件的基本計算方法；掌握受彎構件的基本計算方法；了解拉彎和壓彎構件的基本計算方法。本計算方法；了解拉彎和壓彎構件的基本計算

2、方法。單元三單元三 鋼結構構件鋼結構構件 課題課題1 1 軸心受力構件軸心受力構件 課題課題2 2 受彎構件受彎構件 課題課題3 3 拉彎和壓彎構件拉彎和壓彎構件課題課題1 1 軸心受力構件軸心受力構件1.概述 軸心受力構件包括軸心受拉構件與軸心受壓構件。在鋼結構中，此類構件的應用十分廣泛，例如桁架、塔架和網(wǎng)架、網(wǎng)殼等桿件體系。通常假設它的節(jié)點為鉸接連接，當無節(jié)間荷載作用時，只受軸向拉力和軸向壓力的作用。 2 2、軸心受力構件的截面形式、軸心受力構件的截面形式一般分為兩類，第一類是熱軋型鋼截面（一般分為兩類，第一類是熱軋型鋼截面（a a）；第二類）；第二類是型鋼組合截面（圖是型鋼組合截面（圖b

3、 b）或格構式組合截面（）或格構式組合截面（c c）。）。圖（圖（a）熱軋型鋼截面）熱軋型鋼截面圖（圖（b）型鋼組合截面）型鋼組合截面圖（圖（c）格構式組合截面）格構式組合截面 圖（圖（a a）熱軋型鋼截面，一般用于受力較小的桿件。）熱軋型鋼截面，一般用于受力較小的桿件。其中圓鋼回轉半徑最小，多用作拉桿，作壓桿時用于格構其中圓鋼回轉半徑最小，多用作拉桿，作壓桿時用于格構式壓桿的弦桿。鋼管的回轉半徑較大、對稱性好、材料利式壓桿的弦桿。鋼管的回轉半徑較大、對稱性好、材料利用率高，拉、壓均可。大口徑鋼管一般用作壓桿。型鋼的用率高，拉、壓均可。大口徑鋼管一般用作壓桿。型鋼的回轉半徑存在各向異性，作壓桿

4、時有強軸和弱軸之分，材回轉半徑存在各向異性，作壓桿時有強軸和弱軸之分，材料利用率不高，但連接較為方便，單價低。料利用率不高，但連接較為方便，單價低。 圖（圖（b)b)型鋼組合截面，改善了單型鋼截面的穩(wěn)定各向型鋼組合截面，改善了單型鋼截面的穩(wěn)定各向異性特征，受力較好，連接也較方便異性特征，受力較好，連接也較方便 圖（圖（c) c) 類為格構式截面，其回轉半徑大且各向均勻，類為格構式截面，其回轉半徑大且各向均勻，用于較長、受力較大的軸心受力構件，特別是壓桿。但其用于較長、受力較大的軸心受力構件，特別是壓桿。但其制作復雜，輔助材料用量多。制作復雜，輔助材料用量多。 H H型鋼的寬度與高度相同時對強軸

5、的回轉半徑約為型鋼的寬度與高度相同時對強軸的回轉半徑約為弱軸回轉半徑的弱軸回轉半徑的2 2倍，對于在中點有側向支撐的獨立柱最倍，對于在中點有側向支撐的獨立柱最適合。適合。 焊接工字形截面制造簡單，其腹板按局部穩(wěn)定的要焊接工字形截面制造簡單，其腹板按局部穩(wěn)定的要求可作得很薄而節(jié)約鋼材，應用十分廣泛。為使翼緣與腹求可作得很薄而節(jié)約鋼材，應用十分廣泛。為使翼緣與腹板便于焊接，截面的高度和寬度應大致相同。板便于焊接，截面的高度和寬度應大致相同。 十字形截面在兩個主軸方向的回轉半徑是相同的，十字形截面在兩個主軸方向的回轉半徑是相同的，對于重型中心受壓柱，當兩個方向的計算長度相同時，這對于重型中心受壓柱，

6、當兩個方向的計算長度相同時，這種截面最為有利。種截面最為有利。 方管或由鋼板焊成的箱形截面，承載能力和剛度都方管或由鋼板焊成的箱形截面，承載能力和剛度都較大，但連接構造復雜，常用作高大的承重支柱。較大，但連接構造復雜，常用作高大的承重支柱。 確定軸心受力構件截面形式的原則：確定軸心受力構件截面形式的原則： 能提供強度所需要的截面面積；能提供強度所需要的截面面積； 制作簡便；便于和相鄰構件連接；制作簡便；便于和相鄰構件連接； 截面寬大而壁厚較薄，以滿足剛度要求。截面寬大而壁厚較薄，以滿足剛度要求。 （1 1）軸心受力構件強度計算）軸心受力構件強度計算 軸心受力構件的強度承載能力極限狀態(tài)是截面的平

7、均應力軸心受力構件的強度承載能力極限狀態(tài)是截面的平均應力達到鋼材的屈服強度達到鋼材的屈服強度y y。 軸心受力構件的強度按下式驗算：軸心受力構件的強度按下式驗算：式中式中 N N構件的軸心拉力或壓力設計值；構件的軸心拉力或壓力設計值； A An n構件的凈截面面積；構件的凈截面面積； 鋼材的抗拉或抗壓強度設計值。鋼材的抗拉或抗壓強度設計值。 2 2、 軸心受力構件的強度與剛度軸心受力構件的強度與剛度fANn（2 2）剛度驗算）剛度驗算軸心受力構件的剛度是以其長細比來衡量的。軸心受力構件的剛度是以其長細比來衡量的。軸心受力構件的剛度按下式驗算：軸心受力構件的剛度按下式驗算： 式中式中 構件最不利

8、方向的長細比；構件最不利方向的長細比； I I 相應方向的截面回轉半徑；相應方向的截面回轉半徑； 構件的容許長細比。構件的容許長細比。 il0 控制剛度的原因：控制剛度的原因： 長細比過大容易使構件在制造、運輸和吊裝過程中長細比過大容易使構件在制造、運輸和吊裝過程中產(chǎn)生彎曲或過大的變形；產(chǎn)生彎曲或過大的變形； 長細比過大會使構件在使用期間因其自重而明顯下長細比過大會使構件在使用期間因其自重而明顯下?lián)?；撓?長細比過大會使構件在動力荷載作用下會發(fā)生較大長細比過大會使構件在動力荷載作用下會發(fā)生較大振動；振動； 長細比過大會使構件可能使得構件的極限承載力顯長細比過大會使構件可能使得構件的極限承載力顯

9、著降低；著降低； 長細比過大會使構件初彎曲和自重產(chǎn)生的撓度也將長細比過大會使構件初彎曲和自重產(chǎn)生的撓度也將對構件的整體穩(wěn)定帶來不利影響。對構件的整體穩(wěn)定帶來不利影響。 3.3.軸心拉桿的設計軸心拉桿的設計 鋼材比其他材料更適合于受拉，因此鋼拉桿不鋼材比其他材料更適合于受拉，因此鋼拉桿不但用于鋼結構，還用于鋼與鋼筋混凝土或木材的組但用于鋼結構，還用于鋼與鋼筋混凝土或木材的組合結構中。受拉構件沒有整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的問合結構中。受拉構件沒有整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的問題，極限承載力一般由強度控制，所以，設計時只題，極限承載力一般由強度控制，所以，設計時只考慮強度和剛度?？紤]強度和剛度。 鋼結構設計規(guī)范鋼

10、結構設計規(guī)范規(guī)定：單規(guī)定：單面連接單角鋼按軸心受力計算強度和連接時，其強面連接單角鋼按軸心受力計算強度和連接時，其強度設計值降低度設計值降低1515，即應乘以，即應乘以0.850.85的折減系數(shù)的折減系數(shù)4.4.軸心受壓構件的整體穩(wěn)定軸心受壓構件的整體穩(wěn)定穩(wěn)定性驗算的重要性：若結構或構件處于不穩(wěn)定狀態(tài)時，穩(wěn)定性驗算的重要性：若結構或構件處于不穩(wěn)定狀態(tài)時，輕微擾動就將使結構或其組成構件產(chǎn)生很大的變形而最終喪輕微擾動就將使結構或其組成構件產(chǎn)生很大的變形而最終喪失承載能力失承載能力, ,這種現(xiàn)象稱為失去穩(wěn)定性。在鋼結構工程事故這種現(xiàn)象稱為失去穩(wěn)定性。在鋼結構工程事故中，因失穩(wěn)導致破壞者十分常見。中，

11、因失穩(wěn)導致破壞者十分常見。近幾十年來，由于結構形式的不斷發(fā)展和高強鋼材的應近幾十年來，由于結構形式的不斷發(fā)展和高強鋼材的應用，使構件更加輕型而薄壁，更容易出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，因而對用，使構件更加輕型而薄壁，更容易出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，因而對鋼結構穩(wěn)定性的驗算顯得特別重要。鋼結構穩(wěn)定性的驗算顯得特別重要。 在軸心受力構件中，對于軸心受拉構件，由在軸心受力構件中，對于軸心受拉構件，由于在拉力作用下，構件總有拉直繃緊的傾向，其于在拉力作用下，構件總有拉直繃緊的傾向，其平衡狀態(tài)總是穩(wěn)定的，不必進行穩(wěn)定性驗算。平衡狀態(tài)總是穩(wěn)定的，不必進行穩(wěn)定性驗算。 對于軸心受壓構件，截面若沒有孔洞削弱，對于軸心受壓構件，截面若沒有

12、孔洞削弱，一般不會因強度不足而喪失承載能力，但當其長一般不會因強度不足而喪失承載能力，但當其長細比較大時，穩(wěn)定性是導致其破壞的主要因素。細比較大時，穩(wěn)定性是導致其破壞的主要因素。因此可以說，軸心受壓構件往往是由其穩(wěn)定性來因此可以說，軸心受壓構件往往是由其穩(wěn)定性來確定構件截面的。確定構件截面的。fAN 式中式中N N 軸心受壓構件的壓力設計值；軸心受壓構件的壓力設計值； A A 構件的毛截面面積；構件的毛截面面積； 鋼材的抗壓強度設計值；鋼材的抗壓強度設計值； 軸心受壓構件的整體穩(wěn)定系數(shù)。軸心受壓構件的整體穩(wěn)定系數(shù)。 (1)(1)軸心受壓構件的整體穩(wěn)定驗算軸心受壓構件的整體穩(wěn)定驗算軸心受壓構件的

13、整體穩(wěn)定性按下式驗算軸心受壓構件的整體穩(wěn)定性按下式驗算: :整體穩(wěn)定系數(shù)整體穩(wěn)定系數(shù) 值應根據(jù)截面分類（值應根據(jù)截面分類（a a、b b、c c三類）和構三類）和構件的長細比件的長細比 以及所采用的鋼的牌號，按附表以及所采用的鋼的牌號，按附表2-1(a2-1(a、b b、c c、d)d)查出。查出。 構件的長細比按照下列規(guī)定確定：構件的長細比按照下列規(guī)定確定： 1)1)截面為雙軸對稱或極對稱的構件截面為雙軸對稱或極對稱的構件 構件對主軸和的計算長度；構件對主軸和的計算長度； 構件截面對主軸和的回轉半徑構件截面對主軸和的回轉半徑對雙軸對稱十字形截面構件，對雙軸對稱十字形截面構件， 或或 取值不得

14、小于取值不得小于5.07b/t5.07b/t（其中（其中b/tb/t為懸伸板件寬厚比）。為懸伸板件寬厚比）。xoxxil/yoyyil/oxloyloxioyixy2)2)截面為單軸對稱的構件截面為單軸對稱的構件 對于單軸對稱截面，由于截面形心與剪心（剪對于單軸對稱截面，由于截面形心與剪心（剪切中心）不重合，繞對稱軸失穩(wěn)時，在彎曲的切中心）不重合，繞對稱軸失穩(wěn)時，在彎曲的同時總伴隨著扭轉，即形成彎扭屈曲。相同的同時總伴隨著扭轉，即形成彎扭屈曲。相同的情況下，彎扭失穩(wěn)比彎曲失穩(wěn)的臨界應力要低。情況下，彎扭失穩(wěn)比彎曲失穩(wěn)的臨界應力要低。注意：無任何對稱軸且又非極對稱的截面（單面連注意：無任何對稱軸

15、且又非極對稱的截面（單面連接的不等邊單角鋼除外）不宜用作軸心受壓構接的不等邊單角鋼除外）不宜用作軸心受壓構件件。 概念：軸心受壓構件的整體穩(wěn)定系數(shù)概念：軸心受壓構件的整體穩(wěn)定系數(shù) 與長細比與長細比 的關系的關系曲線，稱為柱子曲線曲線，稱為柱子曲線. .以便于軸心受壓構件整體穩(wěn)定性驗算。以便于軸心受壓構件整體穩(wěn)定性驗算。圖中的圖中的a a、b b、c c、d d四條曲線，各代表一組截面，如表所示。四條曲線，各代表一組截面，如表所示。 概念：如圖所示的工字型截概念：如圖所示的工字型截面軸心受壓構件，若腹板及翼緣面軸心受壓構件，若腹板及翼緣的板件太寬太薄，當軸壓力達到的板件太寬太薄，當軸壓力達到某一

16、數(shù)值時，板件就可能在構件某一數(shù)值時，板件就可能在構件喪失強度和整體穩(wěn)定之前不能維喪失強度和整體穩(wěn)定之前不能維持平面持平面平衡狀態(tài)而產(chǎn)生凹凸鼓出平衡狀態(tài)而產(chǎn)生凹凸鼓出變形，這種現(xiàn)象稱為板件失去穩(wěn)變形，這種現(xiàn)象稱為板件失去穩(wěn)定，或稱板件屈曲。因板件是組定，或稱板件屈曲。因板件是組成構件的一部分，故又把這種屈成構件的一部分，故又把這種屈曲現(xiàn)象稱為構件失去局部穩(wěn)定或曲現(xiàn)象稱為構件失去局部穩(wěn)定或局部屈曲。局部屈曲。（2 2）軸心受壓構件的局部穩(wěn)定驗算）軸心受壓構件的局部穩(wěn)定驗算實腹式軸心受壓構件局部屈曲實腹式軸心受壓構件局部屈曲保證局部穩(wěn)定的重要性：喪失局部穩(wěn)定的構保證局部穩(wěn)定的重要性：喪失局部穩(wěn)定的構

17、件還能繼續(xù)承受荷載，但由于鼓屈部分退出工作，件還能繼續(xù)承受荷載，但由于鼓屈部分退出工作，使構件應力分布惡化，會降低構件的承載力，導使構件應力分布惡化，會降低構件的承載力，導致構件提早破壞。致構件提早破壞。 鋼結構規(guī)范鋼結構規(guī)范規(guī)定，受壓構件中板件的局規(guī)定，受壓構件中板件的局部穩(wěn)定以板件屈曲不先于構件的整體失穩(wěn)為條件，部穩(wěn)定以板件屈曲不先于構件的整體失穩(wěn)為條件，并以限制板件的寬厚比來加以控制。并以限制板件的寬厚比來加以控制。對于軋制型鋼，由于翼緣、腹板較厚，一般對于軋制型鋼，由于翼緣、腹板較厚，一般都能滿足局部穩(wěn)定要求，無需計算。都能滿足局部穩(wěn)定要求，無需計算。以工字形截面為例，以工字形截面為例

18、，鋼結構設計規(guī)范鋼結構設計規(guī)范規(guī)定：規(guī)定：1)1)翼緣翼緣 由于翼緣板懸伸部分的寬厚比由于翼緣板懸伸部分的寬厚比b/tb/t與長細比的與長細比的關系曲線的關系式較為復雜，為了便于應用，關系曲線的關系式較為復雜，為了便于應用，采用下列簡單的直線式表達：采用下列簡單的直線式表達：式中，式中， 為構件兩方向長細比的較大值。為構件兩方向長細比的較大值。當當 時時, , 取取 , , 當當 時時, ,取取 . .yftb2351.010/30301001002) 2) 腹板腹板 腹板可視為四邊支承板，這種嵌固作用可使腹板的臨腹板可視為四邊支承板，這種嵌固作用可使腹板的臨界應力提高，經(jīng)簡化可得腹板高厚比界

19、應力提高，經(jīng)簡化可得腹板高厚比 的的 簡化表達式為：簡化表達式為： (3-11(3-11） 當工字形截面的腹板高厚比當工字形截面的腹板高厚比 不滿足式（不滿足式（3-113-11）的要求時，除了加厚腹板（此法不一定經(jīng)濟）外，還可的要求時，除了加厚腹板（此法不一定經(jīng)濟）外，還可采用有效截面的概念進行計算。采用有效截面的概念進行計算。 當腹板高厚比不滿足要求時，亦可在腹板中部設置縱當腹板高厚比不滿足要求時，亦可在腹板中部設置縱向加勁肋，用縱向加勁肋加強后的腹板仍按式（向加勁肋，用縱向加勁肋加強后的腹板仍按式（3-113-11）計算，計算， woth /ywofth2355.025woth / 5.

20、 5. 軸心受壓柱的設計軸心受壓柱的設計(1) (1) 截面形式截面形式: :實腹式軸性受壓柱一般采用雙軸對實腹式軸性受壓柱一般采用雙軸對稱截面，以避免彎扭失穩(wěn)。稱截面，以避免彎扭失穩(wěn)。 選擇軸心受壓實腹柱的截面時，應考慮以下幾選擇軸心受壓實腹柱的截面時，應考慮以下幾個原則：個原則：1) 1) 面積的分布應盡量開展，以增加截面的慣性面積的分布應盡量開展，以增加截面的慣性矩和回轉半徑，提高柱的整體穩(wěn)定性和剛度；矩和回轉半徑，提高柱的整體穩(wěn)定性和剛度；2) 2) 使兩個主軸方向等穩(wěn)定性，以達到經(jīng)濟的效使兩個主軸方向等穩(wěn)定性，以達到經(jīng)濟的效果；果；3) 3) 便于與其他構件進行連接；便于與其他構件進

21、行連接；4) 4) 盡可能構造簡單，制造省工，取材方便。盡可能構造簡單，制造省工，取材方便。(2) (2) 截面設計截面設計 截面設計時，首先按上述原則選定截面設計時，首先按上述原則選定合適的截面形式，再初步選擇截面尺寸，然后合適的截面形式，再初步選擇截面尺寸，然后進行強度、剛度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定等的驗進行強度、剛度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定等的驗算。算。 具體步驟如下：具體步驟如下： 1)1)假 定 柱 的 長 細 比假 定 柱 的 長 細 比 ， 求 出 需 要 的 截 面， 求 出 需 要 的 截 面積積 。 2) 2) 求兩個主軸所需要的回轉半徑求兩個主軸所需要的回轉半徑 AfNAoxxl

22、ioyyli3) 3) 由已知截面面積由已知截面面積 、兩個主軸的回轉半徑、兩個主軸的回轉半徑 、 優(yōu)先選用軋制型鋼，如普通工字鋼、優(yōu)先選用軋制型鋼，如普通工字鋼、H H型鋼等。型鋼等。 4)4)由所需要的由所需要的 、 、 等，再考慮構造要求、等，再考慮構造要求、局部穩(wěn)定以及鋼材規(guī)格等，確定截面的初步尺局部穩(wěn)定以及鋼材規(guī)格等，確定截面的初步尺寸。寸。AxiyiAhb(3)(3)構件強度、剛度和穩(wěn)定性驗算構件強度、剛度和穩(wěn)定性驗算1)1)當截面有削弱時，需進行強度驗算。當截面有削弱時，需進行強度驗算。式中式中 構件的凈截面面積。構件的凈截面面積。2)2)剛度驗算。軸心受壓實腹柱的長細比應符合規(guī)

23、范剛度驗算。軸心受壓實腹柱的長細比應符合規(guī)范所規(guī)定的容許長細比要求。所規(guī)定的容許長細比要求。3)3)整體穩(wěn)定驗算整體穩(wěn)定驗算fANnnAfAN 4) 4)局部穩(wěn)定驗算。軸心受壓構件的局部穩(wěn)定是以局部穩(wěn)定驗算。軸心受壓構件的局部穩(wěn)定是以限制其組成板件的寬厚比來保證。對于熱軋型限制其組成板件的寬厚比來保證。對于熱軋型鋼截面，由于其板件的寬厚比較小，一般能滿鋼截面，由于其板件的寬厚比較小，一般能滿足要求，可不驗算。對于組合截面，則應根據(jù)足要求，可不驗算。對于組合截面，則應根據(jù)規(guī)定對板件的寬厚比進行驗算。規(guī)定對板件的寬厚比進行驗算。(6) (6) 格構式軸心受壓柱格構式軸心受壓柱 為提高軸心受壓構件的

24、承為提高軸心受壓構件的承載能力，應在不增加材料用量的前提下，盡可載能力，應在不增加材料用量的前提下，盡可能增大截面的慣性矩，并使兩個主軸方向的慣能增大截面的慣性矩，并使兩個主軸方向的慣性矩相同，即令性矩相同，即令x x軸與軸與y y軸具有相等的穩(wěn)定性。軸具有相等的穩(wěn)定性。格構式受壓構件就是把肢桿布置在距截面形心格構式受壓構件就是把肢桿布置在距截面形心一定距離的位置上，通過調整肢間距離以使兩一定距離的位置上，通過調整肢間距離以使兩個方向具有相同的穩(wěn)定性。個方向具有相同的穩(wěn)定性。 格構式構件制造復雜，由于柱肢只宜采用型鋼（或格構式構件制造復雜，由于柱肢只宜采用型鋼（或鋼管），所以其承載能力及應用也

25、受到一定的限制。鋼管），所以其承載能力及應用也受到一定的限制。 格構式軸心受壓柱對實軸的穩(wěn)定計算與實腹柱完格構式軸心受壓柱對實軸的穩(wěn)定計算與實腹柱完全相同，因為它相當于兩個并列的實腹柱。但格構全相同，因為它相當于兩個并列的實腹柱。但格構柱虛軸的穩(wěn)定性卻比具有同樣長細比的實腹柱穩(wěn)定柱虛軸的穩(wěn)定性卻比具有同樣長細比的實腹柱穩(wěn)定性小。性小。 課題課題2 2 受彎構件受彎構件 1. 受彎構件的形式和應用 建筑結構中，承受橫向荷載的構件稱為受彎構件，其形式有實腹式和格構式兩個系列。 (1)實腹式受彎構件梁 鋼梁按制作方法的不同可以分為型鋼梁和組合梁兩大類。 型鋼梁又分為熱軋型鋼梁和冷軋薄壁型鋼梁。型鋼梁

26、構造簡單，制造省工，成本較低，因而應優(yōu)先采用。熱軋型鋼梁的截面有熱軋工字鋼、槽鋼和熱軋H型鋼三種。 當所受荷載較小、跨度不大時某些受彎構件當所受荷載較小、跨度不大時某些受彎構件（如檁條）可采用（如檁條）可采用冷彎薄壁冷彎薄壁C C型鋼型鋼或或Z Z形鋼形鋼做梁，做梁，可以有效地節(jié)約鋼材，如檁條和墻梁等，但防可以有效地節(jié)約鋼材，如檁條和墻梁等，但防腐要求較高。腐要求較高。 當荷載和跨度較大時，型鋼梁受到尺寸和規(guī)當荷載和跨度較大時，型鋼梁受到尺寸和規(guī)格的限制，往往不能滿足承載力和剛度的要求，格的限制，往往不能滿足承載力和剛度的要求，此時應采用此時應采用組合梁組合梁。按其連接方法和使用材料。按其連接

27、方法和使用材料的不同，組合梁可以分為的不同，組合梁可以分為焊接組合梁焊接組合梁（簡稱為（簡稱為焊接梁）、焊接梁）、鉚接組合梁鉚接組合梁（簡稱為鉚接梁）、（簡稱為鉚接梁）、異異種鋼組合梁種鋼組合梁和和鋼與混凝土組合梁鋼與混凝土組合梁等幾種。等幾種。 根據(jù)梁的支承情況，鋼梁可做成根據(jù)梁的支承情況，鋼梁可做成簡支梁簡支梁、連續(xù)梁連續(xù)梁、懸伸梁懸伸梁等。等。 根據(jù)荷載受力情況，梁又分為僅在一個主平面內根據(jù)荷載受力情況，梁又分為僅在一個主平面內受彎的受彎的單向受彎梁單向受彎梁和在兩個主平面內受彎的和在兩個主平面內受彎的雙向受雙向受彎梁彎梁。雙向彎曲梁也稱為斜彎曲梁。雙向彎曲梁也稱為斜彎曲梁。 鋼結構中，

28、除少數(shù)情況如吊車梁、起重機大梁或鋼結構中，除少數(shù)情況如吊車梁、起重機大梁或上承式鐵路板梁橋等可單根或兩根梁成對布置外，上承式鐵路板梁橋等可單根或兩根梁成對布置外，通常采用縱橫交叉的主、次梁組成梁格，再在梁格通常采用縱橫交叉的主、次梁組成梁格，再在梁格上鋪設面板，形成結構的承重體系上鋪設面板，形成結構的承重體系。 根據(jù)主梁和次梁的排列情況，梁格可分為三種類型：根據(jù)主梁和次梁的排列情況，梁格可分為三種類型： 1 1）單向梁只有主梁，適用于的跨度較小或面板寬度較大的樓蓋）單向梁只有主梁，適用于的跨度較小或面板寬度較大的樓蓋或平臺結構?；蚱脚_結構。 2 2）雙向梁格有主梁及一個方向的次梁，次梁由主梁支

29、承，并將）雙向梁格有主梁及一個方向的次梁，次梁由主梁支承，并將板劃分為較小區(qū)格，減小了面板的跨度和厚度，使梁格更為板劃分為較小區(qū)格，減小了面板的跨度和厚度，使梁格更為經(jīng)濟，是最為常用的梁格類型。經(jīng)濟，是最為常用的梁格類型。 3 3）復式梁格在主梁間設縱向次梁，縱向次梁間再設與主梁平行）復式梁格在主梁間設縱向次梁，縱向次梁間再設與主梁平行的橫向次梁，以減小面板的支承跨度和厚度，使梁格更為經(jīng)的橫向次梁，以減小面板的支承跨度和厚度，使梁格更為經(jīng)濟。濟。 (2)2)格構式受彎構件格構式受彎構件桁架桁架 格構式受彎構件又稱為桁格構式受彎構件又稱為桁架，與梁相比，其特點是以弦桿代替翼緣，以腹桿架，與梁相比

30、，其特點是以弦桿代替翼緣，以腹桿代替腹板，而在各節(jié)點將腹桿與弦桿連接。代替腹板，而在各節(jié)點將腹桿與弦桿連接。鋼桁架的結構類型有：鋼桁架的結構類型有：1)1)簡支梁式簡支梁式: :簡支梁式鋼桁架受力明確，桿件內力不受簡支梁式鋼桁架受力明確，桿件內力不受支座沉陷的影響，施工方便。支座沉陷的影響，施工方便。2)2)鋼架橫梁式鋼架橫梁式: :鋼架橫梁式的桁架端部上下弦與鋼柱相鋼架橫梁式的桁架端部上下弦與鋼柱相連組成單跨或多跨剛架，可提高其水平剛度，常用連組成單跨或多跨剛架，可提高其水平剛度，常用于單層廠房結構；于單層廠房結構； 3)連續(xù)式:連續(xù)式鋼桁架跨越較大的橋架常用多跨連續(xù)的桁架，可增加剛度并節(jié)約

31、材料； 4)伸臂式:伸臂式鋼桁架既有連續(xù)式節(jié)約材料的優(yōu)點，又有靜定桁架不受支座沉陷的影響的優(yōu)點，只是鉸接處的構造較復雜； 5)懸臂式:懸臂式鋼桁架用于塔架等，主要承受水平風荷載引起的彎矩。2、受彎構件的強度與剛度、受彎構件的強度與剛度（1 1）強度計算）強度計算梁在荷載作用下將產(chǎn)生彎應力、剪應力，在集中荷梁在荷載作用下將產(chǎn)生彎應力、剪應力，在集中荷載作用處還有局部承壓應力，故梁的強度應包括：抗彎載作用處還有局部承壓應力，故梁的強度應包括：抗彎強度、抗剪強度、局部承壓強度，在彎應力、剪應力及強度、抗剪強度、局部承壓強度，在彎應力、剪應力及局部壓應力共同作用處還應驗算折算應力。局部壓應力共同作用處

32、還應驗算折算應力。1 1）梁的抗彎強度）梁的抗彎強度鋼梁在彎矩作用下，可分為三個工作階段，即彈性、鋼梁在彎矩作用下，可分為三個工作階段，即彈性、彈塑性及塑性階段。彈塑性及塑性階段。彈性階段：以邊緣屈服為最大承載力彈性階段：以邊緣屈服為最大承載力彈塑性階段：以塑性鉸彎矩為最大承載力彈塑性階段：以塑性鉸彎矩為最大承載力 彈性工作階段：如圖所示的工字形截面梁，當彎彈性工作階段：如圖所示的工字形截面梁，當彎矩矩M M較小時，截面上的彎曲應力呈三角形直線分布，其外較小時，截面上的彎曲應力呈三角形直線分布，其外緣纖維最大應力為緣纖維最大應力為=M M/ /W Wn n。這個階段可以持續(xù)到。這個階段可以持續(xù)

33、到達到達到屈服點屈服點f fy y，此時梁截面的彎矩達到彈性極限彎矩，此時梁截面的彎矩達到彈性極限彎矩M Me e。 M Me eW Wn nf fy y式中式中 M Me e梁的彈性極限彎矩；梁的彈性極限彎矩； W Wn n梁的凈截面（彈性）模量。梁的凈截面（彈性）模量。 彈塑性工作階段：彎矩繼續(xù)增加，截面外緣部分彈塑性工作階段：彎矩繼續(xù)增加，截面外緣部分進入塑性狀態(tài)，中央部分仍保持彈性。截面彎曲應力進入塑性狀態(tài)，中央部分仍保持彈性。截面彎曲應力呈折線分布。隨著彎矩增大，塑性區(qū)逐漸向截面中央擴展，呈折線分布。隨著彎矩增大，塑性區(qū)逐漸向截面中央擴展，中央彈性區(qū)相應逐漸減小。中央彈性區(qū)相應逐漸減

34、小。 塑性工作階段：在塑性工作階段，若彎矩不斷增大，塑性工作階段：在塑性工作階段，若彎矩不斷增大，直到彈性區(qū)消失，截面全部進入塑性狀態(tài)，即達到塑性工作直到彈性區(qū)消失，截面全部進入塑性狀態(tài)，即達到塑性工作階段，此時梁截面應力呈兩個矩形分布。彎矩達到最大極限，階段，此時梁截面應力呈兩個矩形分布。彎矩達到最大極限，稱為塑性彎矩稱為塑性彎矩M MP P。 M Mp p= =W Wpnpnf fy y式中式中 W Wpnpn梁的凈截面塑性模量。梁的凈截面塑性模量。塑性鉸：當截面上彎矩達到塑性鉸：當截面上彎矩達到M Mp p時，荷載不能再增加，時，荷載不能再增加，但變形仍可繼續(xù)增大，截面可以轉動，猶如一個

35、鉸，稱但變形仍可繼續(xù)增大，截面可以轉動，猶如一個鉸，稱為塑性鉸。為塑性鉸。彈性設計與塑性設計：把梁的邊緣纖維達到屈服強彈性設計與塑性設計：把梁的邊緣纖維達到屈服強度作為設計的極限狀態(tài)，叫做彈性設計。在一定條件下，度作為設計的極限狀態(tài)，叫做彈性設計。在一定條件下，考慮塑性變形的發(fā)展，稱為塑性設計?？紤]塑性變形的發(fā)展，稱為塑性設計。規(guī)范以梁截面塑性發(fā)展到一定深度（即截面只有部規(guī)范以梁截面塑性發(fā)展到一定深度（即截面只有部分區(qū)域進入塑性區(qū)）作為設計極限狀態(tài)。分區(qū)域進入塑性區(qū)）作為設計極限狀態(tài)。 梁的抗彎強度按下列公式計算：梁的抗彎強度按下列公式計算： 單向彎曲時：單向彎曲時： 雙向彎曲時：雙向彎曲時：

36、式中式中M M 彎矩；彎矩； 截面塑性發(fā)展系數(shù)。對于工字形截面截面塑性發(fā)展系數(shù)。對于工字形截面 x x=1.05=1.05，y y=1.2=1.2；對于箱形截面；對于箱形截面x x=y y=1.05=1.05；對其它截面按表對其它截面按表11.2.411.2.4采用，此處采用，此處x x為強軸，為強軸，y y為為弱軸。弱軸。 fwMnfwMwMnyyynxxxyf/235yf/235 對于直接承受動力荷載且需計算疲勞的梁，考慮塑性對于直接承受動力荷載且需計算疲勞的梁，考慮塑性發(fā)展會使鋼材硬化，促使疲勞斷裂提早出現(xiàn)。發(fā)展會使鋼材硬化，促使疲勞斷裂提早出現(xiàn)。 當梁的受壓翼緣自由外伸寬度與其厚度之比

37、較大，超過當梁的受壓翼緣自由外伸寬度與其厚度之比較大，超過13 13 ，但不超過但不超過15 15 時，考慮塑性發(fā)展對翼時，考慮塑性發(fā)展對翼緣局部穩(wěn)定有不利影響。緣局部穩(wěn)定有不利影響。 2 2）梁的抗剪強度）梁的抗剪強度 規(guī)范以截面最大剪力達到所用鋼材剪應力屈服點作為抗規(guī)范以截面最大剪力達到所用鋼材剪應力屈服點作為抗剪承載力極限狀態(tài)。于是梁的抗剪強度計算公式為剪承載力極限狀態(tài)。于是梁的抗剪強度計算公式為 式中式中V V 計算截面沿腹板平面作用的剪力；計算截面沿腹板平面作用的剪力； I I 梁的毛截面慣性矩；梁的毛截面慣性矩； S S 中和軸以上或以下截面對中和軸的面積矩，按毛中和軸以上或以下截

38、面對中和軸的面積矩，按毛截面計算；截面計算； t tw w腹板厚度；腹板厚度； f fv v鋼材抗剪強度設計值。鋼材抗剪強度設計值。 對于軋制工字鋼和槽鋼因受軋制條件限制，腹板厚度對于軋制工字鋼和槽鋼因受軋制條件限制，腹板厚度t tw w相對較大，當無較大截面削弱時，可不必驗算抗剪強度。相對較大，當無較大截面削弱時，可不必驗算抗剪強度。VwxftIVS 3 3）梁的局部承壓強度）梁的局部承壓強度 當梁的上翼緣有沿腹板平面作用的固定集中荷載而未當梁的上翼緣有沿腹板平面作用的固定集中荷載而未設支承加勁肋，或受有移動集中荷載（如吊車輪壓）作設支承加勁肋，或受有移動集中荷載（如吊車輪壓）作用時，可認為

39、集中荷載從作用處以用時，可認為集中荷載從作用處以1 1：2.5(2.5(在高度在高度h hy y范圍）范圍）和和1 1：1 1（在（在h hR R高度范圍）擴散，均勻分布于腹板邊緣，腹高度范圍）擴散，均勻分布于腹板邊緣，腹板計算高度上邊緣的局部承壓強度按下式計算：板計算高度上邊緣的局部承壓強度按下式計算： fltFzwc F F 集中荷載，對動力荷載應考慮動力系數(shù)；集中荷載，對動力荷載應考慮動力系數(shù)； 集中荷載增大系數(shù)，對重級工作制吊車梁集中荷載增大系數(shù)，對重級工作制吊車梁 =1.35=1.35；對其它梁；對其它梁=1.0=1.0。 l lz z集中荷載在腹板計算高度上邊緣的假定分布長度，按集

40、中荷載在腹板計算高度上邊緣的假定分布長度，按下式計算：下式計算： l lz z= =a a+2+2h hy y a a 集中荷載沿梁跨方向的支承長度，對吊車梁取集中荷載沿梁跨方向的支承長度，對吊車梁取50mm50mm； h hy y自吊車梁軌頂或其它梁頂面至腹板計算高度上邊緣的自吊車梁軌頂或其它梁頂面至腹板計算高度上邊緣的距離。距離。 在梁的支座處，當不設置加勁肋時，也應按式計算腹板在梁的支座處，當不設置加勁肋時，也應按式計算腹板計算高度下邊緣的局部壓應力，但計算高度下邊緣的局部壓應力，但取取1.01.0。支座反力的假。支座反力的假定分布長度，應根據(jù)支座具體尺寸計算。定分布長度，應根據(jù)支座具體

41、尺寸計算。 4 4）梁在復雜應力作用下的強度計算）梁在復雜應力作用下的強度計算 在組合梁的腹板計算高度邊緣處，若同時受有較大的正在組合梁的腹板計算高度邊緣處，若同時受有較大的正應力、剪應力和局部壓應力，或同時受有較大的正應力和剪應力、剪應力和局部壓應力，或同時受有較大的正應力和剪應力，應驗算其折算應力，如圖所示。應力，應驗算其折算應力，如圖所示。 折算應力驗算公式為：折算應力驗算公式為： 兩兩同號取同號取1.11.1， 異號取異號取1.21.2fcceq12223 （2）梁的剛度梁的剛度 控制梁的撓跨比小于規(guī)定的限制（為變形量的限制）控制梁的撓跨比小于規(guī)定的限制（為變形量的限制） 梁的撓度梁的

42、撓度v v（按一般材料力學公式計算）或相對撓度（按一般材料力學公式計算）或相對撓度v v / /l l 應滿足下式：應滿足下式： v v v v 或或 v /lv /lv v / l l 式中式中 v v 梁的容許撓度。梁的容許撓度。 梁的剛度屬正常使用極限狀態(tài)，故計算時應采用荷載梁的剛度屬正常使用極限狀態(tài)，故計算時應采用荷載標準值，且不考慮螺栓孔引起的截面削弱，對動力荷載標標準值，且不考慮螺栓孔引起的截面削弱，對動力荷載標準值也不乘動力系數(shù)。準值也不乘動力系數(shù)。 3. 3. 梁的穩(wěn)定設計梁的穩(wěn)定設計(1)(1)梁的整體穩(wěn)定梁的整體穩(wěn)定1)1)梁整體穩(wěn)定的概念：梁整體穩(wěn)定的概念：梁的強度計算時

43、，認為荷載梁的強度計算時，認為荷載作用于梁截面的垂直對稱軸作用于梁截面的垂直對稱軸 ，且它只產(chǎn)生沿軸，且它只產(chǎn)生沿軸方向的彎曲變形。但實際上荷載不可能準確對方向的彎曲變形。但實際上荷載不可能準確對稱作用于梁的垂直平面，同時不可避免地也會稱作用于梁的垂直平面，同時不可避免地也會有各種偶然因素所產(chǎn)生的橫向作用，當荷載較有各種偶然因素所產(chǎn)生的橫向作用，當荷載較小時，梁的彎曲平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。然而，當小時，梁的彎曲平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。然而，當荷載增大到某一數(shù)值后，梁在向下彎曲的同時，荷載增大到某一數(shù)值后，梁在向下彎曲的同時，將突然發(fā)生側向彎曲和扭轉變形而破壞，這種將突然發(fā)生側向彎曲和扭轉變形而破壞，這種

44、現(xiàn)象稱之為現(xiàn)象稱之為梁的側向彎扭屈曲梁的側向彎扭屈曲或或整體失穩(wěn)整體失穩(wěn)。 梁維持其穩(wěn)定平衡狀態(tài)所承擔的最大荷梁維持其穩(wěn)定平衡狀態(tài)所承擔的最大荷載或最大彎矩，稱為載或最大彎矩，稱為臨界荷載臨界荷載或或臨界彎矩臨界彎矩。此時，受壓翼緣相應的最大應力就叫此時，受壓翼緣相應的最大應力就叫臨界臨界應力應力。2)2)梁整體穩(wěn)定的保證：梁整體穩(wěn)定的保證：鋼結構設計規(guī)范鋼結構設計規(guī)范規(guī)定，規(guī)定，當符合下列情況之一時，梁的整體穩(wěn)定可以得當符合下列情況之一時，梁的整體穩(wěn)定可以得到保證，不必計算：到保證，不必計算：有剛性鋪板密鋪在梁的受壓翼緣上并與其牢固連有剛性鋪板密鋪在梁的受壓翼緣上并與其牢固連接，能阻止梁受壓

45、翼緣的側向位移；接，能阻止梁受壓翼緣的側向位移；H H型鋼或等截面工字形簡支梁受壓翼緣的自由長型鋼或等截面工字形簡支梁受壓翼緣的自由長度度 與其寬度與其寬度 之比不超過之比不超過鋼結構設計規(guī)鋼結構設計規(guī)范范所規(guī)定的數(shù)值；所規(guī)定的數(shù)值；1l1b3)3)梁整體穩(wěn)定的計算方法梁整體穩(wěn)定的計算方法。 當不滿足前述不必計算整體穩(wěn)定條件時，應對當不滿足前述不必計算整體穩(wěn)定條件時，應對梁的整體穩(wěn)定進行計算。計算時根據(jù)梁整體穩(wěn)梁的整體穩(wěn)定進行計算。計算時根據(jù)梁整體穩(wěn)定臨界彎矩定臨界彎矩 ，可求出相應的，可求出相應的臨界應力臨界應力 ，并考慮鋼材抗力分項，并考慮鋼材抗力分項系數(shù)系數(shù) ，對于在最大剛度主平面內單向

46、彎曲的，對于在最大剛度主平面內單向彎曲的構件，其整體穩(wěn)定條件為：構件，其整體穩(wěn)定條件為： (3-20) (3-20) crMxcrcrWM/RRyycrRcrxxffWM令令 ，則在最大剛度主平面內受，則在最大剛度主平面內受彎的構件，其整體穩(wěn)定性應按下式計算：彎的構件，其整體穩(wěn)定性應按下式計算： 在整體穩(wěn)定計算中，在整體穩(wěn)定計算中，整體穩(wěn)定系數(shù)整體穩(wěn)定系數(shù) 的的確定非常關鍵。對于常用的普通軋制工字鋼簡確定非常關鍵。對于常用的普通軋制工字鋼簡支梁，可將其整體穩(wěn)定系數(shù)支梁，可將其整體穩(wěn)定系數(shù) 按工字鋼型號按工字鋼型號和受壓翼緣自由長度和受壓翼緣自由長度 制成表格直接查用，制成表格直接查用， byc

47、rf/fWMxbxbb1l鋼結構設計規(guī)范鋼結構設計規(guī)范規(guī)定：當按上述公式或表格確規(guī)定：當按上述公式或表格確定的定的 時，用下式求得的時，用下式求得的 代替代替 進行梁的整體穩(wěn)定計算。進行梁的整體穩(wěn)定計算。 當梁的整體穩(wěn)定承載力不足時，可采用當梁的整體穩(wěn)定承載力不足時，可采用加大梁加大梁的截面尺寸的截面尺寸或或增加側向支承增加側向支承的辦法予以解決，的辦法予以解決， 6 . 0bbb0 . 1/282. 007. 1bb(2)(2)梁的局部穩(wěn)定梁的局部穩(wěn)定 從用材經(jīng)濟的角度出發(fā)，選擇組合梁截面時總從用材經(jīng)濟的角度出發(fā)，選擇組合梁截面時總是力求采用高而薄的腹板以增大截面的慣性矩是力求采用高而薄的腹

48、板以增大截面的慣性矩和抵抗矩，同時也希望采用寬而薄的翼緣以提和抵抗矩，同時也希望采用寬而薄的翼緣以提高梁的穩(wěn)定性，但是，如果將這些板件不適當高梁的穩(wěn)定性，但是，如果將這些板件不適當?shù)販p薄加寬，在板中壓應力或剪應力尚未達到地減薄加寬，在板中壓應力或剪應力尚未達到強度限值或在梁未喪失整體穩(wěn)定前，腹板或受強度限值或在梁未喪失整體穩(wěn)定前，腹板或受壓翼緣有可能偏離其平面位置，出現(xiàn)波形鼓曲，壓翼緣有可能偏離其平面位置，出現(xiàn)波形鼓曲，這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為梁局部失穩(wěn)梁局部失穩(wěn)或稱或稱失去局部穩(wěn)定失去局部穩(wěn)定。熱軋型鋼由于軋制條件，其板件寬厚比較小，熱軋型鋼由于軋制條件，其板件寬厚比較小，都能滿足局部穩(wěn)定的

49、要求，不需要計算。都能滿足局部穩(wěn)定的要求，不需要計算。 為了避免組合梁出現(xiàn)局部失穩(wěn)的現(xiàn)象主要采用為了避免組合梁出現(xiàn)局部失穩(wěn)的現(xiàn)象主要采用以下兩種措施：以下兩種措施： 1.1.限制板件的寬厚比或高厚比；限制板件的寬厚比或高厚比； 2.2.在垂直于鋼板平面方向設置加勁肋。在垂直于鋼板平面方向設置加勁肋。 1)1)受壓翼緣的局部穩(wěn)定：受壓翼緣的局部穩(wěn)定：對于梁的受壓翼緣，對于梁的受壓翼緣，只能通過限制其自由外伸寬度與其厚度之比來只能通過限制其自由外伸寬度與其厚度之比來保證翼緣板的局部穩(wěn)定。即：保證翼緣板的局部穩(wěn)定。即： （3-25a）yftb23513 當梁在繞強軸的彎矩當梁在繞強軸的彎矩 作用下的

50、強度按作用下的強度按彈性設計（即取彈性設計（即取 ）時，）時， 值值可放寬為：可放寬為： xM0 . 1xtb/yftb23515 箱形梁翼緣板在兩腹板之間的部分，相當于四箱形梁翼緣板在兩腹板之間的部分，相當于四邊簡支單向均勻受壓板，應符合下式要求：邊簡支單向均勻受壓板，應符合下式要求： yftb2354010 2)2)腹板的局部穩(wěn)定腹板的局部穩(wěn)定 組合梁主要是通過采用加勁肋將腹板組合梁主要是通過采用加勁肋將腹板分割成較小的區(qū)格來提高其抵抗局部屈曲分割成較小的區(qū)格來提高其抵抗局部屈曲的能力的能力。 課題課題3 3 拉彎和壓彎構件拉彎和壓彎構件 1.概述概述 結構中，壓彎和拉彎構件的應用十分廣泛。結構中，壓彎和拉彎構件的應用十分廣泛。它指的是同時承受它指的是同時承受軸向力