钢结构第五章-受弯构件.pptx

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1、第五章第五章 受弯构件受弯构件5.1 受弯构件的形式和应用受弯构件的形式和应用只承受只承受弯矩弯矩或或弯矩与剪力弯矩与剪力共同作用的构件称为受弯构件共同作用的构件称为受弯构件。实腹式受弯构件实腹式受弯构件实腹式受弯构件通常称为梁，钢梁通常分为两种，一种是实腹式受弯构件通常称为梁，钢梁通常分为两种，一种是型钢梁，一种为组合梁。型钢梁，一种为组合梁。第1页/共95页第五章第五章 受弯构件受弯构件 格构式受弯构件格构式受弯构件格构式受弯构件通常称为桁架。格构式受弯构件通常称为桁架。桁架的杆件主要为轴心拉杆和轴心压杆，计算与设计桁架的杆件主要为轴心拉杆和轴心压杆，计算与设计方法与轴心受力构件相同，本章

2、主要介绍实腹式数万构件方法与轴心受力构件相同，本章主要介绍实腹式数万构件的工作性能和设计方法的工作性能和设计方法第2页/共95页第五章第五章 受弯构件受弯构件钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure 设计内容设计内容受弯构件的设计应满足：受弯构件的设计应满足：强度、整体稳定、局部稳定和强度、整体稳定、局部稳定和刚度刚度四个方面的要求。四个方面的要求。前三项属于前三项属于承载能力极限状态计算承载能力极限状态计算，采用荷载的采用荷载的设计值设计值；第四项为第四项为正常使用极限状态的计算正常使用极限状态的计算，计算挠度时按荷载的计算挠度时按荷载的

3、标准值标准值进行。进行。第3页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure受弯构件设计应考虑受弯构件设计应考虑强度、刚度、整体稳定和局部稳定强度、刚度、整体稳定和局部稳定各各个方面满足要求。个方面满足要求。1.梁的强度计算主要包括梁的强度计算主要包括抗弯、抗剪、局部压应力和折算抗弯、抗剪、局部压应力和折算应力应力等强度应足够。等强度应足够。2.刚度主要是控制刚度主要是控制最大挠度最大挠度不超过按受力和使用要求规定不超过按受力和使用要求规定的容许值。的容许值。3.整体稳定指梁不会在刚度较差的侧向发生整体稳定指梁不会在刚度较差的侧向发生弯

4、扭失稳弯扭失稳，主，主要通过对梁的受压翼缘设足够的侧向支承，或适当加大梁截面要通过对梁的受压翼缘设足够的侧向支承，或适当加大梁截面以降低弯曲压应力至临界应力以下。以降低弯曲压应力至临界应力以下。4.局部稳定指梁的翼缘和腹板等板件不会发生局部稳定指梁的翼缘和腹板等板件不会发生局部凸曲失局部凸曲失稳稳，在梁中主要通过限制受压翼缘和腹板的宽厚比不超过规定，在梁中主要通过限制受压翼缘和腹板的宽厚比不超过规定，对组合梁的腹板则常设置加劲肋以提高其局部稳定性。对组合梁的腹板则常设置加劲肋以提高其局部稳定性。第五章第五章 受弯构件受弯构件第4页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinci

5、plesofSteelStructure弯曲强度弯曲强度c)弹性弹性塑性塑性塑性塑性MyMMpaa=fyya)MMy0.6时，时，考虑初弯曲、加荷偏心及残余应力等缺陷考虑初弯曲、加荷偏心及残余应力等缺陷考虑初弯曲、加荷偏心及残余应力等缺陷考虑初弯曲、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的影响，此时材料已进入弹塑性阶段，整体稳定临界力显著的影响，此时材料已进入弹塑性阶段，整体稳定临界力显著的影响，此时材料已进入弹塑性阶段，整体稳定临界力显著降低，降低，降低，降低，必须以必须以 b代替进行修正。代替进行修正。轧制普通工字钢轧制普通工字钢根据钢号和侧向支承点间

6、的距离，其根据钢号和侧向支承点间的距离，其 b值值直接由查表得到，当直接由查表得到，当 b值大于值大于0.60.6时，也需要进行修正。时，也需要进行修正。第五章第五章 受弯构件受弯构件第30页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure2.2.双向受弯梁双向受弯梁My绕弱轴的弯矩；Wx、Wy按受压纤维确定的对x轴和对y轴的毛截面模量；b绕强轴弯曲确定的梁整体稳定系数。y取值同塑性发展系数，但并不表示截面沿取值同塑性发展系数，但并不表示截面沿y轴已经进轴已经进入塑性阶段，而是为了降低后一项的影响和保持与强度公入塑性阶段，而是为了降低后一

7、项的影响和保持与强度公式的一致性。式的一致性。第五章第五章 受弯构件受弯构件第31页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure1）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

8、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。第五章第五章 受弯构件受弯构件第32页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure 不需验算梁的整体稳定的

9、情况不需验算梁的整体稳定的情况（1）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值值第五章第五章 受弯构件受弯构件第33页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure（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。

10、图箱形截面 （2 2）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。第五章第五章 受弯构件受弯构件第34页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure 例6-1：某简支梁，焊接工字形截面，跨度中点及两端都设有侧向支承，可变荷载标准值及梁截面尺寸如图所示，荷载作用于梁的上翼缘，设梁的自重为1.57kN/m，材料为Q235，试计算此梁的整体稳定性。解：步骤1判定是否要进行整体稳定的验算梁受压翼缘自由长度l16m，

11、l1/b1600272216，因此应计算梁的整体稳定。第五章第五章 受弯构件受弯构件第35页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure步骤2计算梁的截面几何参数梁截面几何参数：Ix=4050106mm4，Iy32.8106mm4 A=13800mm2，Wx570104mm3步骤3计算梁的最大弯矩设计值第五章第五章 受弯构件受弯构件第36页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure查表得：b=1.15；代入 b计算公式得：b=1.1520.6,需要修正，b=0步骤4计算整体

12、稳定系数步骤5校核梁的整体稳定故梁的整体稳定可以保证第五章第五章 受弯构件受弯构件第37页/共95页第五章第五章 受弯构件受弯构件钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure 受弯构件在荷载作用下，受弯构件在荷载作用下，当荷载达到某一值时，梁的腹当荷载达到某一值时，梁的腹板和受压翼缘将不能保持平衡状态，发生出平面波形鼓曲，板和受压翼缘将不能保持平衡状态，发生出平面波形鼓曲，称为梁的称为梁的局部失稳局部失稳。梁的局部稳定问题，其实质是组成梁的。梁的局部稳定问题，其实质是组成梁的矩形薄板在各种应力的作用下的屈曲问题。矩形薄板在各种应力的作用下的屈曲

13、问题。5.4 5.4 梁板件的局部稳定梁板件的局部稳定局部失稳现象受压翼缘屈曲受压翼缘屈曲腹板屈曲腹板屈曲第38页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure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

14、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。第五章第五章 受弯构件受弯构件第39页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure箱形截面翼缘箱形截面翼缘的中间部分相当于四边简支板的中间部分相当于四边简支板，k4.0，翼缘翼缘的临界力不低于钢材的屈服点：的临界力不低于钢材的屈服点：梁受压翼缘的局部稳定梁受压翼缘的局部稳定翼缘板受力较为简单，按翼缘板受力较为简单，按限制板件宽厚比限制板件

15、宽厚比的方法来保证局部的方法来保证局部稳定性。稳定性。第五章第五章 受弯构件受弯构件由由由由第40页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure计算简图计算简图ABCDb1a ABCD受压翼缘屈曲受压翼缘屈曲 三边简支、一边自由板：三边简支、一边自由板：k=0.425+(b/a)2工字形，工字形，T T形截面的翼缘和箱形悬伸部分的翼缘属于三边简支，一边形截面的翼缘和箱形悬伸部分的翼缘属于三边简支，一边自由的矩形板，在两相对简支边均匀受压下工作。自由的矩形板，在两相对简支边均匀受压下工作。由由由由强度计算不考虑截面塑性发展强度计算不考虑

16、截面塑性发展（x x=1.0=1.0）时时：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：第五章第五章 受弯构件受弯构件第41页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure 梁腹板受力复杂，厚度较小，主要承受剪力，采用加大板厚的梁腹板受力复杂，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。方法来保证腹板的局部稳定不经济，也不合理。一般采用加劲肋的一般采用加劲肋的方法来减小板件尺寸，方法来减小板件尺寸，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。梁腹板的局部稳定

17、梁腹板的局部稳定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第五章第五章 受弯构件受弯构件第42页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure屈曲应力统一表达式屈曲应力统一表达式第五章第五章 受弯构件受弯构件第43页/共95页钢结构设计原理钢结

18、构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure1.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，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:板的纯剪屈曲板的纯剪屈曲b)crcr屈曲变形lminlmax1122a)屈曲原因lmaxlminhoa第五章第五章 受弯构件受弯构件第44页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure当当a1.2为弹性状态，为弹性状态，s0.8规范认为临界剪应力会进入塑规范认为临

19、界剪应力会进入塑性，而当性，而当0.8 s1.2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。（要求临界剪应力进入塑性）。（要求临界剪应力进入塑性）第五章第五章 受弯构件受弯构件第47页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure2.2.腹板的纯弯屈曲腹板的纯弯屈曲maxtwmintwbamaxtwmintw图4.5.9腹板受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

20、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.第五章第五章 受弯构件受弯构

21、件第48页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure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

22、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：第五章第五章 受弯构件受弯构件第49页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure在弹性范围可取在弹性范围可取:为参数，即：为参数，即：为参数，即：为参数，即：引入通用高厚比引入通用高厚比第五章第五章 受弯构件受弯构件第50页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrincipleso

23、fSteelStructure0.851.01.25 bcrfyfA AB B0第五章第五章 受弯构件受弯构件第51页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure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：第五

24、章第五章 受弯构件受弯构件第52页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure引入通用高厚比引入通用高厚比第五章第五章 受弯构件受弯构件第53页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第五章第五章 受弯构件受弯构件第54页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure4.4.梁腹板加劲肋设置原则梁腹板加劲肋设置原则第五章第五章 受弯构件受弯构件第55页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinci

25、plesofSteelStructure直接承受动力荷载的实腹梁：直接承受动力荷载的实腹梁：时，应配置横向加劲肋；时，应配置横向加劲肋；或按计算需要时，应在弯曲受压较大区格，加配纵向加劲肋。局部或按计算需要时，应在弯曲受压较大区格，加配纵向加劲肋。局部压应力很大的梁，应在受压区配置短加劲肋。压应力很大的梁，应在受压区配置短加劲肋。（4）梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处，宜设置支承加劲肋。）梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处，宜设置支承加劲肋。（3）第五章第五章 受弯构件受弯构件第56页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStruc

26、ture（1 1）横向加劲肋加强的腹板横向加劲肋加强的腹板h0 0ahoa 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。5.5.腹板在几种应力联合作用下的屈曲腹板在几种应力联合作用下的屈曲第五章第五章 受弯构件受弯构件第57页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure（2 2）同时设

27、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 ：第五章第五章 受弯构件受弯构件第58页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第五章第五章 受弯构件受弯构件第59页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure2)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

28、向加劲肋处的局部压应力，取 计算同前。计算同前。第五章第五章 受弯构件受弯构件第60页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第五章第五章 受弯构件受弯构件第61页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructureh1)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 1第五章第五章 受弯构件受弯构件第62页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure第五章第五

29、章 受弯构件受弯构件第63页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure6.6.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

30、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。第五章第五章 受弯构件受弯构件第64页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原

31、理 DesignPrinciplesofSteelStructure（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 ）。）。第五章第五章 受弯构件受弯构件第65页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure横向加劲肋的间距a应满足下列构造要求：横向加劲肋贯通，纵向加劲肋断开；0.5h0a2h0；无局部压应力的梁，当h0/tw100时a2

32、.5h0；纵向加劲肋应布置在距腹板计算高度受压边缘h1=（1/51/4）h0范围内。短加劲肋的间距a10.75h1。加劲肋布置要求加劲肋布置要求腹板加劲肋的布置和设计腹板加劲肋的布置和设计h1h2h0加劲肋可以成对布置于腹板两侧，也可以单侧布置，支承加劲肋及加劲肋可以成对布置于腹板两侧，也可以单侧布置，支承加劲肋及重级工作制吊车梁必须两侧对称布置。重级工作制吊车梁必须两侧对称布置。第五章第五章 受弯构件受弯构件第66页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructureho外伸宽度：外伸宽度：横向加劲肋的厚度横向加劲肋的厚度：单侧布置单侧布置

33、时，外伸宽度增加时，外伸宽度增加20，厚度不厚度不小于其外伸宽度小于其外伸宽度1/15。加劲肋的构造要求加劲肋的构造要求腹板两侧成对腹板两侧成对配置横向加劲肋时：配置横向加劲肋时：焊接梁的横向加劲肋与翼缘板相接处应切角，当切成斜角时，其宽焊接梁的横向加劲肋与翼缘板相接处应切角，当切成斜角时，其宽约为约为b bs s/3(/3(但不大于但不大于40mm)40mm)，高约为，高约为b bs s/2(/2(但不大于但不大于60mm)60mm)。第五章第五章 受弯构件受弯构件第67页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure横向加劲肋应满足

34、横向加劲肋应满足:纵向加劲肋应满足纵向加劲肋应满足:加劲肋必须具备一定刚度，截面惯性矩应满足：加劲肋必须具备一定刚度，截面惯性矩应满足：短向加劲肋短向加劲肋最小间距为最小间距为0.75h1,外伸宽度应取为横向加劲肋外伸宽外伸宽度应取为横向加劲肋外伸宽度的度的0.7-1.0倍倍,厚度同样不小于短向加劲肋外伸宽度的厚度同样不小于短向加劲肋外伸宽度的1/15。用型钢制成的加劲肋，其截面惯性矩不应小于相应钢板加劲肋的惯性矩；用型钢制成的加劲肋，其截面惯性矩不应小于相应钢板加劲肋的惯性矩；在腹板两侧成对配置加劲肋，其截面惯性矩应按梁腹板中心线为轴计算。在腹板两侧成对配置加劲肋，其截面惯性矩应按梁腹板中心

35、线为轴计算。在腹板一侧配置的加劲肋，其截面惯性矩应按与加劲肋相连的腹板边缘在腹板一侧配置的加劲肋，其截面惯性矩应按与加劲肋相连的腹板边缘为轴线进行计算。为轴线进行计算。第五章第五章 受弯构件受弯构件第68页/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure支承加劲肋计算支承加劲肋计算1.端面承压端面承压Ace加劲肋端面实际加劲肋端面实际承压面积承压面积;f fcece钢钢材材承承压压强强度度设计值。设计值。CCCCC50-100t2t2.梁的支承加劲肋应按承受梁支座反力或固定集中荷载的轴心受压构梁的支承加劲肋应按承受梁支座反力或固定集中荷载

36、的轴心受压构件计算其在腹板平面外的稳定性。此受压构件的截面应包括加劲肋每件计算其在腹板平面外的稳定性。此受压构件的截面应包括加劲肋每侧侧 范围内的腹板面积，计算长度取范围内的腹板面积，计算长度取h0。3.梁支承加劲肋端部应按其所承受的支座反力或固定集中荷载进行计算；当梁支承加劲肋端部应按其所承受的支座反力或固定集中荷载进行计算；当端部为刨平顶紧时，计算其端面的承压应力；当端部为焊接时计算其焊缝应端部为刨平顶紧时，计算其端面的承压应力；当端部为焊接时计算其焊缝应力。对突缘支座，其伸出长度不得大于其厚度的力。对突缘支座，其伸出长度不得大于其厚度的2 2倍。倍。第五章第五章 受弯构件受弯构件第69页

37、/共95页钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure梁的设计梁的设计1 1、梁的类型和梁格布置、梁的类型和梁格布置2 2、梁的设计、梁的设计3 3、腹板加劲肋的布置和设计、腹板加劲肋的布置和设计第70页/共95页梁的设计梁的设计钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure梁的类型及梁格布置梁的类型及梁格布置按弯曲变形状况分按弯曲变形状况分：单向弯曲构件单向弯曲构件构件在一个主轴平面内受弯构件在一个主轴平面内受弯 双向弯曲构件双向弯曲构件构件在二个主轴平面内受弯构件在二个主轴平面内受弯梁的类型梁

38、的类型按支承条件分按支承条件分：简支梁、连续梁简支梁、连续梁 、悬臂梁、悬臂梁 钢梁一般都用简支梁，简支梁制造简单，安装方便，且可避免支座钢梁一般都用简支梁，简支梁制造简单，安装方便，且可避免支座不均匀沉陷所产生的不利影响。不均匀沉陷所产生的不利影响。不论何种支承的梁，当截面内力已知不论何种支承的梁，当截面内力已知时，进行截面设计的原则和方法是相同的。时，进行截面设计的原则和方法是相同的。第71页/共95页梁的设计梁的设计钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure按传力系统的作用分类：按传力系统的作用分类：荷载荷载 楼板楼板（次梁次梁）主梁主

39、梁 柱柱 基础基础 次梁主要承受均布荷载，主梁主要承受集中荷载。次梁主要承受均布荷载，主梁主要承受集中荷载。第72页/共95页梁的设计梁的设计钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure图梁的截面形式dh热轧型钢梁热轧型钢梁(a)焊接组合截面梁焊接组合截面梁(b)冷弯薄壁型钢梁冷弯薄壁型钢梁(c)空腹式截面梁空腹式截面梁(d)组合梁组合梁(e)梁的截面形式梁的截面形式第73页/共95页梁的设计梁的设计钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure 梁格梁格是由许多梁排列而成的平面体系，例如楼盖和工

40、作平台等。是由许多梁排列而成的平面体系，例如楼盖和工作平台等。梁格上的荷载一般先由铺板传给次梁，再由次梁传给主梁，然后传梁格上的荷载一般先由铺板传给次梁，再由次梁传给主梁，然后传到柱或墙，到柱或墙，最后传给基础和地基。最后传给基础和地基。梁格布置梁格布置根据梁的排列方式，梁格可分成下列三种典型的形式根据梁的排列方式，梁格可分成下列三种典型的形式简单式梁格简单式梁格只有主梁，适用于梁跨度较小的情况；只有主梁，适用于梁跨度较小的情况；普通式梁格普通式梁格有次梁和主梁，次梁支承于主梁上；有次梁和主梁，次梁支承于主梁上；复式梁格复式梁格除主梁和纵向次梁外，还有支承于纵向次梁上的除主梁和纵向次梁外，还有

41、支承于纵向次梁上的横向次梁。横向次梁。第74页/共95页梁的设计梁的设计钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure主次梁的连接主次梁的连接主次梁的连接可以是主次梁的连接可以是叠接、平接叠接、平接或或降低连接降低连接。叠接叠接是次梁直接放在主梁或其他次梁上，用焊缝或螺栓固是次梁直接放在主梁或其他次梁上，用焊缝或螺栓固顶。连接方法简单方便，但建筑高度大，使用受到限制。顶。连接方法简单方便，但建筑高度大，使用受到限制。平接平接又称等高连接，次梁与主梁上翼缘位于同一平面其上铺又称等高连接，次梁与主梁上翼缘位于同一平面其上铺板。该方法允许在给定的楼板建

42、筑高度里增大主梁的高度。板。该方法允许在给定的楼板建筑高度里增大主梁的高度。降低连接降低连接用于复式梁格中，纵向次梁在低于主梁上翼缘的水用于复式梁格中，纵向次梁在低于主梁上翼缘的水平处与主梁相连，纵向次梁上叠放横向次梁，铺板位于主梁之平处与主梁相连，纵向次梁上叠放横向次梁，铺板位于主梁之上。该方法允许在给定的楼板建筑高度里增大主梁的高度。上。该方法允许在给定的楼板建筑高度里增大主梁的高度。第75页/共95页梁的设计梁的设计钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure梁的设计梁的设计 一般说来，梁的设计步骤通常是先根据强度和刚度要求，同一般说来，

43、梁的设计步骤通常是先根据强度和刚度要求，同时考虑经济和稳定性等各个方面，初步选择截面尺寸，然后对所时考虑经济和稳定性等各个方面，初步选择截面尺寸，然后对所选的截面进行强度、刚度、整体稳定和局部稳定的验算。选的截面进行强度、刚度、整体稳定和局部稳定的验算。如果验算结果不能满足要求，就需要重新选择截面或采取一如果验算结果不能满足要求，就需要重新选择截面或采取一些有效的措施予以解决。对组合梁，还应从经济考虑是否需要采些有效的措施予以解决。对组合梁，还应从经济考虑是否需要采用变截面梁，使其截面沿长度的变化与弯矩的变化相适应。用变截面梁，使其截面沿长度的变化与弯矩的变化相适应。此外，还必须妥善解决翼缘与

44、腹板的连接问题，受钢材规格、此外，还必须妥善解决翼缘与腹板的连接问题，受钢材规格、运输和安装条件的限制而必须设置拼接的问题，梁的支座以及与运输和安装条件的限制而必须设置拼接的问题，梁的支座以及与其他构件连接的问题等等。其他构件连接的问题等等。第76页/共95页梁的设计梁的设计钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure梁的截面选择梁的截面选择 1.型钢梁截面的选择型钢梁截面的选择只需根据计算所得到的梁中最大弯矩按下列公式求出需要的只需根据计算所得到的梁中最大弯矩按下列公式求出需要的净截面模量，然后在型钢规格表中选择截面模量接近的净截面模量，然后

45、在型钢规格表中选择截面模量接近的Wnx的型钢做为试选截面。的型钢做为试选截面。Mx梁截面内绕梁截面内绕x轴的最大弯矩设计值；轴的最大弯矩设计值；Wnx截面对截面对x轴的净截面模量；轴的净截面模量；x截面截面对对x轴的有限轴的有限塑性发展系数；塑性发展系数；f 钢材抗弯设计强度钢材抗弯设计强度；第77页/共95页梁的设计梁的设计钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure2.组合梁截面的选择组合梁截面的选择 梁的内力较大时，需采用组合梁。常用的形式为由三块钢板焊成梁的内力较大时，需采用组合梁。常用的形式为由三块钢板焊成的工字形截面。的工字形截面。

46、组合梁的截面选择设计包括：确定截面高度、腹板尺组合梁的截面选择设计包括：确定截面高度、腹板尺寸和翼缘尺寸。寸和翼缘尺寸。1）截面高度截面高度 最大高度最大高度hmax建筑高度；建筑高度；最小高度最小高度hmin刚度要求，根据容许挠度查表；刚度要求，根据容许挠度查表；经济高度经济高度hs满足使用要求的前提下使梁的总用钢量为最小。满足使用要求的前提下使梁的总用钢量为最小。以受均布荷载的简支梁为例：以受均布荷载的简支梁为例：第78页/共95页梁的设计梁的设计钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure梁的经济高度梁的经济高度he e，经验公式：经验公

47、式：综上所述，梁的高度应满足：综上所述，梁的高度应满足：并符合钢材尺寸规格并符合钢材尺寸规格第79页/共95页梁的设计梁的设计钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure 2）腹板尺寸腹板尺寸腹板高度腹板高度hw梁高确定以后腹板高也就确定了，腹板高为梁高梁高确定以后腹板高也就确定了，腹板高为梁高减两个翼缘的厚度，在取腹板高时要考虑钢板的减两个翼缘的厚度，在取腹板高时要考虑钢板的尺寸规格，一般使腹板高度为尺寸规格，一般使腹板高度为50mm的模数。的模数。腹板厚度腹板厚度tw抗剪强度要求抗剪强度要求:局部稳定和构造因素局部稳定和构造因素:一般来说，

48、腹板厚度最好在一般来说，腹板厚度最好在8-22mm8-22mm范围内，对个别小跨度范围内，对个别小跨度梁，腹板最小厚度可采取梁，腹板最小厚度可采取6mm6mm。第80页/共95页梁的设计梁的设计钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure3）翼缘板尺寸根据翼缘所需要的截面惯性矩确定翼缘板尺寸：选择选择b和和t时要符合钢板规格尺寸，一般翼缘宽度取时要符合钢板规格尺寸，一般翼缘宽度取10mm的的倍数，厚度取倍数，厚度取2mm的倍数。的倍数。翼缘宽度翼缘宽度b或厚度或厚度t只要定出一个，就能确定另一个。只要定出一个，就能确定另一个。b通常取通常取（1

49、/3-1/5）h，同时为保证局部稳定应使，同时为保证局部稳定应使b/t30，如果截面考虑发展部分塑性则如果截面考虑发展部分塑性则b/t26。第81页/共95页梁的设计梁的设计钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure截面验算截面验算1.强度验算：强度验算：包括包括正应力、剪应力、局部压应力正应力、剪应力、局部压应力验算，对组合梁还要验验算，对组合梁还要验算翼缘与腹板交界处的算翼缘与腹板交界处的折算应力折算应力。(1)正应力正应力(2)剪应力剪应力(3)局部压应力局部压应力(4)折算应力折算应力第82页/共95页梁的设计梁的设计钢结构设计原理钢

50、结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure2.刚度验算：刚度验算：均布荷载下等均布荷载下等截面简支梁截面简支梁集中荷载下等集中荷载下等截面简支梁截面简支梁 标准荷载下梁的最大挠度标准荷载下梁的最大挠度 受弯构件的挠度限值，按附表受弯构件的挠度限值，按附表2.12.1规定采用规定采用梁的最大挠度可用材料力学、结构力学方法计算。梁的最大挠度可用材料力学、结构力学方法计算。第83页/共95页梁的设计梁的设计钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure3.整体稳定验算：整体稳定验算：(1)判断梁是否需要进行整体稳定验