鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)課程教案--同濟(jì)大學(xué)教學(xué)文案

1、鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)課程教案-同濟(jì)大學(xué) (1) 在正常施工和正常使用時，能承受可能出現(xiàn)的各種作用； (2) 在正常使用時具有良好的工作性能； (3) 在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性； (4) 在設(shè)計規(guī)定的偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性。 規(guī)定的設(shè)計使用年限（設(shè)計基準(zhǔn)期）是指設(shè)計規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目使用的年限。大陸規(guī)范規(guī)定建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準(zhǔn)期為設(shè)計基準(zhǔn)期為50年年。 若以Pr表示結(jié)構(gòu)的可靠度，則有Pr=P（Z0） （1-2） 記Pf為結(jié)構(gòu)的失效概率，則有Pf=P（Z90o 時， he hfcos( /2)。(2) 角焊縫的尺寸限制 焊腳尺寸焊腳尺寸 hf 應(yīng)與焊件

2、的厚度相適應(yīng)，不宜過大或過小。 對手工焊，hf應(yīng)不小于 ，t為較厚焊件的厚度（mm），對自動焊，可減小1mm； hf應(yīng)不大于較薄焊件厚度的1.2倍。 對于板件邊緣的焊縫，當(dāng)t 6mm時， hf t ；當(dāng)t 6mm時， hf t (12)mm。 焊縫長度焊縫長度 lw也不應(yīng)太長或太短，其計算長度不宜小于8hf或40mm ，且不宜大于60hf 。 (3) 角焊縫計算的基本公式 (3-5)式中 f 正面角焊縫的強度設(shè)計值增大系數(shù)， ；但對直接承受動力荷載 結(jié)構(gòu)中的角焊縫，由于正面角焊縫的剛度大，韌性差，應(yīng)取f 1.0； x 、y 按角焊縫有效截面計算，垂直于焊縫長度方向的正應(yīng)力； z 按角焊縫有效截

3、面計算，沿焊縫長度方向的剪應(yīng)力。 3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計t5.1wfzyxyxff2222)(122.123f (4) 常用連接方式的角焊縫計算 受軸心力作用時 焊縫長度與受力方向垂直（正面角焊縫）： (3-6) 焊縫長度與受力方向平行（側(cè)面角焊縫） ： (3-7)式中 lw為連接一側(cè)所有焊縫的計算長度之和，每條焊縫按實際長度減去2hf。 三面圍焊時，先按式（36）計算計算正面角焊縫受力N1，再由N N1按式（37）計算。 彎矩單獨作用時 (3-8)式中 Ww角焊縫有效截面的截面模量。 扭矩單獨作用時 (3-9)式中 J 角焊縫有效截面的極慣性矩，J=IxIy ； rAA點至形心o點的距離。 3

4、 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計wffwefflhNwfwefflhVwffwffWMJrTAA 將 A分解到x和y方向，有 彎矩、扭矩、軸心力共同作用時，分別計算受力最不利點的正應(yīng)力和剪應(yīng)力，按下式計算： (3-10) 3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計JrTAyTAxJrTAxTAywfff22)()(3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計3.5 螺栓連接的排列和構(gòu)造要求螺栓連接的排列和構(gòu)造要求螺栓在構(gòu)件上的排列可以是并列或錯列（圖3-11），排列時應(yīng)考慮下列要求:1受力要求：對于受拉構(gòu)件，螺栓的栓距和線距不應(yīng)過小，否則對鋼板截面削弱太多，構(gòu)件有可能沿直線或折線發(fā)生凈截面破壞。對于受壓構(gòu)件，沿作用力方向螺栓間距不應(yīng)

5、過大，否則被連接的板件間容易發(fā)生凸曲現(xiàn)象。因此，從受力角度應(yīng)規(guī)定螺栓的最大和最小容許間距。2構(gòu)造要求：若栓距和線距過大，則構(gòu)件接觸面不夠緊密，潮氣易于侵入縫隙而產(chǎn)生腐蝕，所以，構(gòu)造上要規(guī)定螺栓的最大容許間距。3施工要求：為便于轉(zhuǎn)動螺栓扳手，就要保證一定的作業(yè)空間。所以，施工上要規(guī)定螺栓的最小容許間距。圖3-11鋼板上螺栓的排列(a) 并列；(b) 錯列；(c) 容許間距3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計根據(jù)以上要求，規(guī)范規(guī)定螺栓的最大和最小容許間距見表3-2。名稱 位置和方向 最大容許距離 （取兩者的較小值） 最小容許距離 外排(垂直內(nèi)力或順內(nèi)力方向) 8d0 或 12 t 垂直內(nèi)力方向 16d0 或 24

6、 t 構(gòu)件受壓力 12d0 或 18 t 中間排 順內(nèi)力方向 構(gòu)件受拉力 16d0 或 24 t 中心間距 沿對角線方向 3d0 順內(nèi)力方向 2d0 剪切或手工氣割邊 1.5d0 高強度螺栓 1.5d0 中心至構(gòu)件邊緣距離 垂直內(nèi)力方向 軋制邊、自動氣割或鋸割邊 其它螺栓 4d0 或 8 t 1.2d0 注: 1. d0 為螺栓孔徑，t 為外層薄板件厚度。 2. 鋼板邊緣與剛性構(gòu)件(如角鋼、槽鋼) 相連的螺栓最大間距，可按中間排數(shù)值采用。 表3-2螺栓的最大和最小容許間距3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計3.6 普通螺栓連接的性能和計算普通螺栓連接的性能和計算1. 普通螺栓連接的性能 普通螺栓連接按螺栓傳力

7、方式，可分為抗剪螺栓連接和抗拉螺栓連接。 抗剪螺栓連接抗剪螺栓連接有五種破壞形式，見圖3-12。 (d) 1-1 剖面 (e) 1 1 圖 3-12 抗剪螺栓的破壞性式 （a）螺栓桿剪斷； (b)孔壁壓壞； (c)板被拉斷； （d）板端被剪斷； (e)螺栓桿彎曲 (a) (b) (c) e 3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計單個抗剪螺栓的承載力設(shè)計值為 抗剪承載力設(shè)計值 bvvbvfdnN42 （3-11） 承壓承載力設(shè)計值 bcbcftdN （3-12） 一個抗剪螺栓的承載力設(shè)計值應(yīng)取上面兩式算得的較小值 ,minbcbvbvNNN （3-13） 式中 nv 螺栓受剪面數(shù)（圖 3-13） ，單剪 nv=1

8、，雙剪 nv=2，四剪面 nv=4 等； t 在不同受力方向中一個受力方向承壓板件縱厚度的較小值。 圖 3-13（b）中雙剪面取t 為 min(ac)或 b；圖 3-13（c）中四剪面取t 為 min(ace)或(bd)； d螺栓桿直徑； bvf、bcf螺栓的抗剪、承壓強度設(shè)計值。 (a) (b) (c) 圖 3-13 抗剪螺栓連接的受剪面數(shù) (a) 單剪； (b) 雙剪；(c) 四剪面 3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計抗拉螺栓連接抗拉螺栓連接 對普通螺栓連接，規(guī)范采用降低螺栓強度設(shè)計值的方法來考慮撬力的影響，規(guī)定普通螺栓抗拉強度設(shè)計值 ftb取同樣鋼號鋼材抗拉強度設(shè)計值 f 的 0.8 倍（即ftb=0

9、.8f ） 。 單個螺栓抗拉承載力設(shè)計值為 btebtebtfAfdN42 （3-14） 式中 de 、Ae分別為螺栓桿螺紋處的有效直徑和有效面積； ftb螺栓的抗拉強度設(shè)計值。 2N 2N Q Pf Pf Q Pf Pf 加勁肋 （a） （b） 圖 3-14 抗拉螺栓連接 3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計2. 螺栓群計算當(dāng)螺栓連接處于彈性階段時，螺栓群中各螺栓受力并不相等，兩端大而中間小(圖3-15a)；當(dāng)螺栓群連接長度l1不太大時，隨著外力增加連接超過彈性變形而進(jìn)入塑性階段后，因內(nèi)力重分布使各螺栓受力趨于均勻(圖3-15b) 。但當(dāng)構(gòu)件的節(jié)點處或拼接縫的一側(cè)螺栓很多，且沿受力方向的連接長度l1過大時，

10、端部的螺栓會因受力過大而首先發(fā)生破壞，隨后依次向內(nèi)逐排破壞（即所謂解鈕扣現(xiàn)象）。因此規(guī)范規(guī)定當(dāng)連接長度l1 大于15d0時，應(yīng)將螺栓的承載力乘以折減系數(shù) =1.1l1/150d0 ，當(dāng)l1 大于60d0時，折減系數(shù)取0.7 。因此，當(dāng)外力通過螺栓群中心時，可認(rèn)為所有的螺栓受力相同。 螺栓群在軸心力作用下的抗剪計算n = N /N bmin (3-15)此時應(yīng)驗算板的凈截面強度= N /Anf (3-16)3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計 螺栓群在扭矩作用下的抗剪計算圖3-18 螺栓群受扭矩作用根據(jù)平衡條件得 nTnTTrNrNrNT 2211 根據(jù)螺栓受力大小與其至形心 o 的距離 r 成正比條件得： n

11、TnTTrNrNrN 2211 則 221211iiiTyxrTrrTN 2211iiTxyxyTN；2211iiTyyxxTN 受力最大的一個螺栓所承受的剪力 N1T應(yīng)滿足 bvTNN1 （3-17） 3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計 螺栓群在扭矩、剪力、軸心力共同作用下的抗剪計算 分別算出扭矩、剪力、軸心力作用下受力最大螺栓的受力，將其分解到x和y兩個方向，按下式驗算：bvyxNNNN)()(21211 (3-18) 螺栓群在軸心力作用下的抗拉計算 n = N / N tb (3-19) 螺栓群在彎矩作用下的抗拉計算 螺栓群在彎矩作用下上部螺栓受拉，因而有使連接上部分離的趨勢，使螺栓群形心下移。通常假

12、定中和軸在最下排螺栓處，則螺栓的最大拉力為： 圖3-19 彎矩作用下的抗拉螺栓計算 211iMymyMN （3-20） m螺栓排列的縱向列數(shù)，圖 3-19 中 m=2； yi各螺栓到螺栓群中和軸的距離； y1受力最大的螺栓到中和軸的距離。 3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計 螺栓群同時承受剪力和拉力的計算當(dāng)不設(shè)置支托或支托僅起安裝作用時 螺栓群受拉力和剪力共同作用，按下式計算： 1)()(22bttbvvNNNN （3-21） 同時 bcvNnVN （3-22） 若支托承受剪力，螺栓僅承受彎矩，按式(3-20)計算 圖3-20 螺栓群同時承受剪力和拉力此時連接傳遞的力有彎矩M = Ve 和剪力V，Nt按式(

13、3-20)計算。3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計3.7 高強螺栓連接的性能和計算高強螺栓連接的性能和計算1. 高強螺栓連接的性能 高強螺栓連接按受力特征分為高強螺栓摩擦型連接高強螺栓摩擦型連接、高強螺栓承壓型連接高強螺栓承壓型連接和承受拉力的承受拉力的高強螺栓連接高強螺栓連接。 高強螺栓連接的預(yù)拉力高強螺栓連接的預(yù)拉力 高強度螺栓預(yù)拉力設(shè)計值按材料強度和螺栓有效截面積確定，取值時考慮螺栓材料抗力的變異性，引入折減系數(shù)0.9；施加預(yù)應(yīng)力時為補償預(yù)拉力損失超張拉5%10%，引入折減系數(shù)0.9；在扭緊螺栓時，扭矩使螺栓產(chǎn)生的剪力將降低螺栓的抗拉承載力，引入折減系數(shù)1/1.2；鋼材由于以抗拉強度為準(zhǔn)，引入附加安全

14、系數(shù)0.9。故高強度螺栓預(yù)拉力為 eueuAfAfP608.02 .19 .09 .09 .0 式中 fu螺栓材料經(jīng)熱處理后的最低抗拉強度，對于 8.8 級螺栓，fu=830 N/mm2 ；對于 10.9 級螺栓，fu=1040 N/mm2； Ae高強度螺栓螺紋處的有效截面積。 規(guī)范規(guī)定的高強度螺栓預(yù)拉力設(shè)計值按上式計算， 并取 5kN 的倍數(shù)， 見表 3-3。 一個高強度螺栓的預(yù)拉力 P(kN) 表 3-3 螺 栓 的 公 稱 直 徑 (mm) 螺栓的性能等級 M16 M20 M22 M24 M27 M30 8.8 級 80 125 150 175 230 280 10.9 級 100 15

15、5 190 225 290 355 3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計高強度螺栓連接的摩擦面抗滑移系數(shù)高強度螺栓連接的摩擦面抗滑移系數(shù) 被連接板件之間的摩擦力大小，不僅和螺栓的預(yù)拉力有關(guān)，還與被連接板件材料及其接觸面的表面處理有關(guān)。規(guī)范規(guī)定的高強度螺栓連接的摩擦面抗滑移系數(shù)值見表 3-4。 摩擦面的抗滑移系數(shù) 表 3-4 構(gòu) 件 的 鋼 號 連接處構(gòu)件接觸面的處理方法 Q235 鋼 Q345 鋼、Q390 鋼 Q420 鋼 噴砂(丸) 0.45 0.50 0.50 噴砂(丸)后涂無機富鋅漆 0.35 0.40 0.40 噴砂(丸)后生赤銹 0.45 0.50 0.50 鋼絲刷清除浮銹或未經(jīng)處理的干凈軋制表面

16、 0.30 0.35 0.40 2. 高強螺栓的抗剪承載力設(shè)計值 高強度螺栓摩擦型連接高強度螺栓摩擦型連接PnNfbV9.0 （3-23） 式中 0.9抗力分項系數(shù)R的倒數(shù)，即 1/R =1/1.111=0.9； nf傳力的摩擦面數(shù)； 高強度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù)，按表 3-4 采用； P 一個高強度螺栓的預(yù)拉力，按表 3-3 采用。 3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計 高強度螺栓承壓型連接高強度螺栓承壓型連接 極限承載力由螺栓桿身抗剪和孔壁承壓決定，摩擦力只起延緩滑動作用，計算方法與普通螺栓相同，見式。3. 高強螺栓群的抗剪計算 軸心力作用時 螺栓數(shù)螺栓數(shù) 按式計算，其中N bmin對摩擦型為式，對承壓型用

17、高強度螺栓的抗剪、承壓承載力設(shè)計值。 構(gòu)件凈截面強度構(gòu)件凈截面強度 對于承壓型連接，與普通螺栓驗算相同；對于摩擦型連接，要考慮摩擦力的作用，一部分剪力由孔前接觸面?zhèn)鬟f(圖3-21)。按規(guī)范規(guī)定，孔前傳力占螺栓傳力的50%，則截面11處凈截面?zhèn)髁?5 .01(5 .011nnNnnNNN （3-24） 式中：n 連接一側(cè)的螺栓總數(shù)； n1計算截面上的螺栓數(shù)。 有了N以后，凈截面驗算按式進(jìn)行。 扭矩作用時，及扭矩、剪力、軸心力共同作用時的抗剪高強度螺栓所受剪力的計算，其方法與普通螺栓相同，單個螺栓所受剪力應(yīng)不超過高強度螺栓的承載力設(shè)計值。圖3-21 摩擦型高強螺栓孔前傳力3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計4.

18、 高強螺栓群的抗拉計算 抗拉承載力設(shè)計值抗拉承載力設(shè)計值 高強度螺栓連接由于螺栓中的預(yù)拉力作用，構(gòu)件間在承受外力作用前已經(jīng)有較大的擠壓力，高強度螺栓受到外拉力作用時，首先要抵消這種擠壓力。分析表明，當(dāng)高強度螺栓達(dá)到規(guī)范規(guī)定的承載力0.8P時，螺栓桿的拉力僅增大7%左右，可以認(rèn)為基本不變。規(guī)范規(guī)定一個高強度螺栓抗拉承載力設(shè)計值為 N bt = 0.8 P (3-25) 受軸心拉力作用時，螺栓數(shù)為n = N / N bt = N / (0.8 P) (3-26) 受彎矩作用，當(dāng)板沒有被拉開時，接觸面保持緊密貼合，中和軸可以認(rèn)為在螺栓群的形心軸線上(圖322)，則受力最大的螺栓應(yīng)滿足 N1M = M

19、 y1 / m yi2 (3-27)對于承受靜力荷載的結(jié)構(gòu)，板被拉開并不等于達(dá)到承載能力的極限，此時可按圖所示的內(nèi)力分布計算。圖3-22 高強螺栓受彎連接3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計5. 同時承受剪力和拉力的高強螺栓群連接計算 對于高強度螺栓摩擦型連接對于高強度螺栓摩擦型連接，按下式計算1bttbvvNNNN （3-28） 式中 vN、tN受力最大的螺栓承所受的剪力和拉力的設(shè)計值； bvN、btN一個高強度螺栓抗剪、抗拉承載力設(shè)計值，分別按式（3-23） 和（3-25）計算。 對于高強度螺栓承壓型連接對于高強度螺栓承壓型連接，按下式計算1)()(22bttbvvNNNN （3-29） bcvNnVN1

20、.2 （3-30） 式中 Nvb、Ntb、Ncb與普通螺栓的計算相同，只是用高強螺栓的相應(yīng)值。 3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計3 鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計4 軸心受力構(gòu)件設(shè)計4 軸心受力構(gòu)件設(shè)計4.1 軸心受力構(gòu)件的應(yīng)用和截面形式 軸心受力構(gòu)件的截面形式有三種：第一種是熱軋型鋼截面，如圖4-1(a)中的工字鋼、H型鋼、槽鋼、角鋼、T型鋼、圓鋼、圓管、方管等；第二種是冷彎薄壁型鋼截面，如圖4-1(b)中冷彎角鋼、槽鋼和冷彎方管等；第三種是用型鋼和鋼板或鋼板和鋼板連接而成的組合截面，如圖4-1(c)所示的實腹式組合截面和圖4-1(d) 所示的格構(gòu)式組合截面等。 圖 4-1 軸心受力構(gòu)件的截面形式 (a)熱軋型鋼截面

21、; (b)冷彎薄壁型鋼截面; (c)實腹式組合截面; (d)格構(gòu)式組合截面 (a) (b) (c) (d) 4 軸心受力構(gòu)件設(shè)計4.2 軸心受力構(gòu)件的強度和剛度 強度強度軸心受力構(gòu)件的強度應(yīng)以凈截面的平均應(yīng)力不超過鋼材的屈服強度為準(zhǔn)則：fANn （4-1） 式中 N 軸心力設(shè)計值； An構(gòu)件的凈截面面積； f 鋼材的抗拉、抗壓強度設(shè)計值。 圖 4-2 孔洞處截面應(yīng)力分布 (a) 彈性狀態(tài)應(yīng)力；(b)極限狀態(tài)應(yīng)力 (a) (b) N N N N 0 max=30 fy 應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系圖對于高強螺栓的摩擦型連接，計算板件強度時要考慮孔前傳力的影響。 4 軸心受力構(gòu)件設(shè)計 剛度剛度 剛度通過限制構(gòu)件的

22、長細(xì)比長細(xì)比 來實現(xiàn)。 il0 （4-2） 式中 構(gòu)件長細(xì)比，對于僅承受靜力荷載的桁架為自重產(chǎn)生彎曲的豎向平面內(nèi)的長細(xì)比，其它情況為構(gòu)件最大長細(xì)比； l0構(gòu)件的計算長度； i截面的回轉(zhuǎn)半徑； 構(gòu)件的容許長細(xì)比，見表 4-1 和 4-2。 受拉構(gòu)件的容許長細(xì)比 表 4-1 承受靜力荷載或間接承受動力荷載的結(jié)構(gòu) 項次 構(gòu)件名稱 有重級工作制吊車的廠房 一般結(jié)構(gòu) 直接承受動力 荷載的結(jié)構(gòu) 1 桁架的桿件 250 350 250 2 吊車梁或吊車桁架 以下的柱間支撐 200 300 3 其它拉桿、支撐、系桿等 （張緊的圓鋼除外） 350 400 4 軸心受力構(gòu)件設(shè)計受壓構(gòu)件的容許長細(xì)比 表 4-2 項

23、次 構(gòu)件名稱 容許長細(xì)比 柱、桁架和天窗架構(gòu)件 1 柱的綴條、吊車梁或吊車桁架以下的柱間支撐 150 支撐（吊車梁或吊車桁架以下的柱間支撐除外） 2 用以減小受壓構(gòu)件長細(xì)比的桿件 200 4.3 實腹式軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計算 實際的壓桿不可避免地存在著初彎曲、荷載作用點的初偏心和截面的殘余應(yīng)力，它們對壓桿的承載力有不利的影響。同時，構(gòu)件兩端可能存在著不同程度的約束，使得構(gòu)件的承載力有所提高。對于桿端約束，可以用計算長度l0代替構(gòu)件的幾何長度l ，將其等效為兩端簡支的構(gòu)件，即l0=l， 稱計算長度系數(shù)。典型約束的理論值和建議值見表43。對于初彎曲、初偏心和殘余應(yīng)力的影響，考慮到材料的彈塑性性

24、能，用數(shù)值積分法求得構(gòu)件的極限強度Nu，相應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)=Nu/(Afy)。按照概率統(tǒng)計理論，影響柱承載力的幾個不利因素，其最大值同時出現(xiàn)的可能性是極小的。理論分析表明，考慮初彎曲和殘余應(yīng)力兩個最主要的不利因素比較合理，初偏心不必另行考慮。初彎曲的矢高取構(gòu)件長度的千分之一，殘余應(yīng)力根據(jù)截面的加工條件確定。軸心受壓構(gòu)件應(yīng)按下式計算整體穩(wěn)定： 4 軸心受力構(gòu)件設(shè)計fAN （4-3） 式中 N軸心受壓構(gòu)件的壓力設(shè)計值； A構(gòu)件的毛截面面積； 軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)； f鋼材的抗壓強度設(shè)計值。 p764 軸心受力構(gòu)件設(shè)計軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù) 各類鋼構(gòu)件截面的殘余應(yīng)力分布情

25、況和大小有很大差異，其影響又隨構(gòu)件屈曲方向不同而不同，初彎曲的影響也與截面形式和屈曲方向有關(guān)，因此當(dāng)構(gòu)件的長細(xì)比=l0/i=l/i(i 為截面回轉(zhuǎn)半徑AIi/)相同時，其承載力往往有很大差別?？梢愿鶕?jù)設(shè)計中常用的不同截面形式和不同的加工條件，按極限強度理論得到考慮初彎曲和殘余應(yīng)力影響的一系列曲線，即無量剛化的（235/yf）曲線。圖 4-3 的兩條虛線表示這一系列柱曲線變動范圍的上限和下限。為了便于在設(shè)計中使用，必須適當(dāng)歸并為代表曲線。如果用一條曲線，則變異系數(shù)太大，必然降低軸心受壓構(gòu)件的可靠度。因此，大多數(shù)國家和地區(qū)都以多條柱曲線來代表不同的構(gòu)件分類。 GB50017 根據(jù)重慶建筑大學(xué)和西安

26、建筑科技大學(xué)等單位的研究成果，認(rèn)為取a、b、c、d 四條曲線較為合理（圖 4-3） 。其中 a、c、d 曲線所包含的截面及對應(yīng)軸已示于圖中，除此之外的截面和對應(yīng)軸均屬曲線 b。曲線 a 包括兩種截面情況，因殘余應(yīng)力影響最小，其穩(wěn)定承載力最高；曲線 c 較低，是由于殘余應(yīng)力影響較大；曲線 d 最低，主要是由于厚板或特厚板殘余應(yīng)力較大，且處于最不利屈曲方向的緣故。 a、b、c、d 等曲線所代表的具體截面和對應(yīng)的屈曲軸見表 4-4。 E4 軸心受力構(gòu)件設(shè)計圖4-3 GB50017的柱曲線 4 軸心受力構(gòu)件設(shè)計 為便于計算，規(guī)范根據(jù)構(gòu)件的長細(xì)比、鋼材屈服強度和截面分類編制了計算表格。另外，穩(wěn)定系數(shù)值可

27、以用Perry公式： 222020/1/1141/1121 按柱極限強度理論確定壓桿的極限承載力后反算出的0值實質(zhì)是考慮了初彎曲、殘余應(yīng)力等綜合因素的等效缺陷。對于規(guī)范采用的四條柱曲線，0的取值為 當(dāng)215. 0時（yf/23520） a 類截面：014. 0152. 00 b 類截面：035. 0300. 00 c 類截面：094. 0595. 00（05. 1時） 216. 0302. 00（05. 1時） d 類截面：132. 0915. 00（05. 1時） 375. 0432. 00（05. 1時） 當(dāng)215. 0時（yf/23520） ，Perry 公式不再適用，可以直接由下式求得

28、穩(wěn)定系數(shù)的值 211 系數(shù)1對 a 類截面為 0.41，對 b 類截面為 0.65，對 c 類截面為 0.73，對 d 類截面為 1.35。 式中 Efy正則化長細(xì)比。 4 軸心受力構(gòu)件設(shè)計構(gòu)件長細(xì)比根據(jù)構(gòu)件可能發(fā)生的失穩(wěn)形式采用繞主軸彎曲的長細(xì)比或構(gòu)件發(fā)生彎扭失穩(wěn)時的換算長細(xì)比，取其較大值： （1）截面為雙軸對稱或極對稱的構(gòu)件 xxxil/0 yyyil/0 （4-4） 式中 l0 x、l0y分別為構(gòu)件對主軸 x 和 y 軸的計算長度； ix、iy 分別為構(gòu)件截面對 x 和 y 軸的回轉(zhuǎn)半徑。 對雙軸對稱十字形截面構(gòu)件，規(guī)范規(guī)定x和y不得小于 5.07b/t（b/t 為懸伸板件寬厚比） 。此

29、時，構(gòu)件不會發(fā)生扭轉(zhuǎn)屈曲。 （2）截面為單軸對稱的構(gòu)件 單軸對稱截面軸心受壓構(gòu)件由于剪心和形心不重合，在繞對稱軸 y 彎曲時伴隨著扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生，發(fā)生彎扭失穩(wěn)。因此對于這類構(gòu)件，繞非對稱軸彎曲失穩(wěn)時的長細(xì)比x仍用式（4-4）計算，繞對稱軸失穩(wěn)時要用計及扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的換算長細(xì)比yz代替y。 21202022222221421iezyzyzyyz （4-5） 2202/7 .25/lIIAitz （4-6） 222020yxiiei 4 軸心受力構(gòu)件設(shè)計式中 e0截面形心至剪心距離； i0截面對剪心的極回轉(zhuǎn)半徑； y構(gòu)件對對稱軸的長細(xì)比； z扭轉(zhuǎn)屈曲的換算長細(xì)比； It毛截面抗扭慣性矩； I毛截面扇性慣性矩

30、，對 T 形截面、十字形截面和角形截面 I0； A毛截面面積； l扭轉(zhuǎn)屈曲的計算長度，l= l。 （3）無任何對稱軸且不是極對稱的截面（單面連接的不等肢角鋼除外）不宜用作軸心壓桿。對單面連接的單角鋼軸心受壓構(gòu)件，考慮折減系數(shù)后，不再考慮彎扭效應(yīng)；當(dāng)槽形截面用于格構(gòu)式構(gòu)件的分肢，計算分肢繞對稱軸 y 軸的穩(wěn)定時，不必考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，直接用y查穩(wěn)定系數(shù)y。 4 軸心受力構(gòu)件設(shè)計4.4 實腹式軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定計算 對于局部屈曲問題，通常有兩種考慮方法：一是不允許板件屈曲先于構(gòu)件整體屈曲，目前一般鋼結(jié)構(gòu)的規(guī)定就是不允許局部屈曲先于整體屈曲來限制板件寬厚比。另一種做法是允許板件先于整體屈曲，采用有效

31、截面的概念來考慮局部屈曲對構(gòu)件承載力的不利影響，冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)，輕型門式剛架結(jié)構(gòu)的腹板就是這樣考慮的。這里板件寬厚比的規(guī)定是基于局部屈曲不先于整體屈曲考慮的，根據(jù)板件的臨界應(yīng)力和構(gòu)件的臨界應(yīng)力相等的原則即可確定板件的寬厚比。經(jīng)分析并簡化可得到工形截面和H形截面的板件的寬厚比：（1） 翼緣寬厚比 yftb/2351 . 010/ （4-7） 式中取構(gòu)件兩方向長細(xì)比的較大值。當(dāng)30 時，取30；當(dāng)100 時，取100。 （2）腹板高厚比 ywfth/2355 . 025/0 （4-8a） 式中 h0和 tw分別為腹板的高度和厚度，取構(gòu)件兩方向長細(xì)比的較大值。當(dāng)30 時，取30；當(dāng)100 時，取1

32、00。 4 軸心受力構(gòu)件設(shè)計（3）對熱軋剖分 T 型鋼截面和焊接 T 型鋼截面，翼緣的寬厚比限值同工字鋼或H 型鋼，為式（4-7） ，腹板的高厚比限值分別為式（4-8b）和（4-8c） ： 熱軋剖分 T 型鋼截面： ywfth/2352 . 015/0 （4-8b） 焊接 T 型鋼截面： ywfth/2357 . 013/0 （4-8c） 式中的取值同式（4-8a） 。 （4）對箱形截面中的板件(包括雙層翼緣板的外層板)其寬厚比限值偏于安全地取yf/23540，不與構(gòu)件長細(xì)比發(fā)生關(guān)系。 （5）對圓管截面是根據(jù)管壁的局部屈曲不先于構(gòu)件的整體屈曲確定，考慮材料的彈塑性和管壁缺陷的影響，根據(jù)理論分析

33、和試驗研究，得出其徑厚比限值為 yftD/235100/ （4-9） 【例題4-1 】某焊接工字形截面柱，截面幾何尺寸如圖4-4所示。柱的上、下端均為鉸接，柱高4.2m，承受的軸心壓力設(shè)計值為1000kN，鋼材為Q235，翼緣為火焰切割邊，焊條為E43系列，手工焊。試驗算該柱是否安全。 4 軸心受力構(gòu)件設(shè)計 解：已知 lx= ly =4.2m，f=215N/mm2。 計算截面特性： A=2251220.6=63.2cm2， Ix=225111.520.6223/12=7144.9cm4， Iy=21253/12=2604.2cm4， cm63.10/AIixx，cm42. 6/AIiyy。 驗

34、算整體穩(wěn)定、剛度和局部穩(wěn)定性 x= lx/ix=420/10.63=39.5=150， y= ly/iy=420/6.42=65.4=150， 截面對 x 軸和 y 軸為 b 類， 查穩(wěn)定系數(shù)表可得，x=0.901，y=0.778， 取=y =0.778，則 22N/mm215N/mm4 .203102 .63778. 01000fAN 翼緣寬厚比為 b1/t=(12.50.3)/1=12.2100.165.4=16.5 腹板高厚比為 h0/tw=(242)/0.6=36.725+0.565.4=57.7 構(gòu)件的整體穩(wěn)定、剛度和局部穩(wěn)定都滿足要求。 圖 4-4 例題 4-1 x y N N 4

35、200 250 240 10 10 6 4 軸心受力構(gòu)件設(shè)計4.5 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件計算 (1) 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的截面形式 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件通過綴材連成整體，一般使用型鋼做肢件，如槽鋼、工字鋼、角鋼等，如圖 4-5 所示。對于十分強大的柱，肢件可采用焊接工字形截面。 綴材由綴條和綴板兩種。綴條用斜桿組成，如圖 4-6(a)，也可由斜桿和橫桿共同組成，如圖 4-6(b)，一般用單角鋼做綴條。綴板由鋼板組成，如圖 4-6(c)。 構(gòu)件的截面上與肢件腹板相交的軸線稱為實軸，如圖 4-5(a)、(b)、(c)的 y 軸，與綴材平面相垂直的軸稱為虛軸，如圖 4-5(a)、(b)、(c)的 x 軸

36、和 4-5(d)的 x、y 軸。 (a) (b) (c) (d) 圖 4-5 格構(gòu)式軸心壓桿截面形式 y y x x y y x x y y x x y y x x 4 軸心受力構(gòu)件設(shè)計 (a) (b) (c) 圖 4-6 格構(gòu)式軸心壓桿組成 l1 l1 l1 l (2) 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞虛軸失穩(wěn)的換算長細(xì)比格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞實軸的計算與實腹式構(gòu)件相同，但繞虛軸的計算不同，繞虛軸屈曲時的穩(wěn)定承載力比相同長細(xì)比的實腹式構(gòu)件低。 實腹式軸心受壓構(gòu)件在發(fā)生整體彎曲后，構(gòu)件中產(chǎn)生的剪力很小，而其抗剪剛度很大，因此橫向剪力產(chǎn)生的附加變形很微小，對構(gòu)件臨界荷載的降低不到1%，可以忽略不計。對于格構(gòu)式

37、軸心受壓構(gòu)件，繞虛軸失穩(wěn)時的剪力要由較弱的綴材承擔(dān)，剪切變形較大，產(chǎn)生較大的附加變形，對構(gòu)件臨界荷載的降低不能忽略。經(jīng)理論分析，可以用換算長細(xì)比0 x代替對x軸的長細(xì)比x來考慮剪切變形對臨界荷載的影響。對于雙肢格構(gòu)式構(gòu)件，換算長細(xì)比為 4 軸心受力構(gòu)件設(shè)計 綴條構(gòu)件 xxxAA120/27 （4-10） 綴板構(gòu)件 2120 xx （4-11） 式中 x整個構(gòu)件對虛軸（x 軸）的長細(xì)比； A 整個構(gòu)件的毛截面面積； A1x構(gòu)件截面中垂直于 x 軸各斜綴條的毛截面面積之和； 1單肢對于平行于虛軸的形心軸的長細(xì)比，計算長度焊接時取綴板凈距（圖4-6 中之 l1） ，當(dāng)用螺栓或鉚釘連接時取綴板邊緣螺栓

38、中心線之間距離。 5 受彎構(gòu)件設(shè)計5 受彎構(gòu)件設(shè)計5.1 梁的類型和應(yīng)用 鋼梁主要用以承受橫向荷載，在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用非常廣泛，常見的有樓蓋梁、吊車梁、工作平臺梁、墻架梁、檁條、橋梁等。 鋼梁分為型鋼梁和組合梁兩大類。如圖 5-1 所示。 圖 5-1 梁的截面形式 為了更好發(fā)揮材料的性能，可以作成截面沿梁長度方向變化的變截面梁。常用的有楔形梁，如圖 5-2。對于簡支梁，可以在支座附近降低截面高度，除節(jié)約材料外，還可節(jié)省凈空，已廣泛地應(yīng)用于大跨度吊車梁中（圖 5-3） 。另外，還可以做成改變翼緣板的寬度或厚度的變截面梁。 (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i) (j

39、) (k) 5 受彎構(gòu)件設(shè)計 圖 5-2 楔形梁 圖 5-3 變截面高度吊車梁 根據(jù)梁的支承情況，可把梁分為簡支梁、懸臂梁和連續(xù)梁。按受力情況的不同，可以分為單向受彎梁和雙向受彎梁。如吊車梁、檁條等。 l h h/2 l 51615.2 梁的強度和剛度 為了確保安全適用、經(jīng)濟(jì)合理，梁在設(shè)計時既要考慮承載能力的極限狀態(tài)，又要考慮正常使用的極限狀態(tài)。前者包括強度、整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定三個方面，用的是荷載設(shè)計值；后者指梁應(yīng)有一定的抗彎剛度，即在荷載標(biāo)準(zhǔn)值的作用下，梁的最大撓度不超過規(guī)范容許值。 梁的強度梁的強度 5 受彎構(gòu)件設(shè)計梁的強度梁的強度 (1) 梁的正應(yīng)力 梁在純彎曲時的彎矩?fù)隙惹€與材料拉伸

40、試驗的應(yīng)力應(yīng)變曲線類似，屈服點也相差不多，分析時可采用理想彈塑性模型，在荷載作用下大致可以分為四個工作階段。以工字形截面為例說明如下： 圖 5-4 梁的正應(yīng)力分布 彈性工作階段，梁的最大彎矩為 Me=Wnfy （5-1） 塑性工作階段，梁的塑性鉸彎矩為 Mp=Wpnfy （5-2） Wpn=S1n+S2n （5-3） (a) (b) (c) (d) x x y y fy fy fy fy 5 受彎構(gòu)件設(shè)計由式（5-1）和（5-2）可知，梁的塑性鉸彎矩 Mp與彈性階段最大彎矩 Me的比值與材料的強度無關(guān)，而只與截面的幾何性質(zhì)有關(guān)。令 F=Wpn/Wn稱為截面的形狀系數(shù)。當(dāng)截面無削弱時，對矩形截面

41、，F(xiàn)=1.5；圓形截面，F(xiàn)=1.7；圓管截面，F(xiàn)=1.27；工字形截面（對強軸） ，F(xiàn)=1.101.17。 為避免梁有過大的非彈性變形，承受靜力荷載或間接承受動力荷載的梁，允許考慮截面有一定程度的塑性發(fā)展，用截面的塑性發(fā)展系數(shù)x和y代替截面的形狀系數(shù) F。對于常用的工字形截面，繞強軸x1.05，繞弱軸y1.2 規(guī)范規(guī)定梁的正應(yīng)力設(shè)計公式為 單向受彎時 fWMnxxx （5-4） 雙向受彎時 fWMWMnyyynxxx （5-5） 式中 Mx、My同一截面梁在最大剛度平面內(nèi)（x 軸）和最小剛度平面內(nèi)（y軸）的彎矩； Wnx、Wny對 x 軸和 y 軸的凈截面模量； f鋼材的抗彎強度設(shè)計值。 若梁

42、直接承受動力荷載，則以上兩式中不考慮截面塑性發(fā)展系數(shù)，即x=y=1.0。 5 受彎構(gòu)件設(shè)計 （2） 梁的剪應(yīng)力 在橫向荷載作用下，梁在受彎的同時又承受剪力。對于工字形截面和槽形截面，其最大剪應(yīng)力在腹板上，其計算公式為 vwfItVS （5-6） （3）局部壓應(yīng)力 圖 5-5 局部壓應(yīng)力 當(dāng)梁的翼緣承受較大的固定集中荷載 （包括支座） 而又未設(shè)支承加勁肋圖 5-5（a）或受有移動的集中荷載（如吊車輪壓）圖 5-5（b）時，應(yīng)計算腹板高度邊緣的局部承壓強度。假定集中荷載從作用處在 hy高度范圍內(nèi)以 1:2.5 擴散，在hR高度范圍內(nèi)以 1:1 擴散，均勻分布于腹板高度計算邊緣。這樣得到的c與理論的

43、局部壓力的最大值十分接近。局部承壓強度可按下式計算 （5-7） a1 a lz lz a hy h0 tw hy lz lz hy hR tw c (a) (b) 5 受彎構(gòu)件設(shè)計式中 F集中荷載，對動力荷載應(yīng)乘以動力系數(shù)； 集中荷載增大系數(shù)，對重級工作制吊車輪壓，=1.35；對其它荷載，=1.0； lz集中荷載在腹板計算高度處的假定分布長度，對跨中集中荷載，lz=a+5hy+2hR；梁端支反力，lz=a+2.5hy+a1； a集中荷載沿跨度方向的支承長度，對吊車輪壓，無資料時可取 50mm； hy自梁頂至腹板計算高度處的距離； hR軌道高度，梁頂無軌道時取 hR=0； a1梁端至支座板外邊緣

44、的距離，取值不得大于 2.5 hy。 當(dāng)計算不能滿足時，對承受固定集中荷載處或支座處，可通過設(shè)置橫向加勁肋予以加強，也可修改截面尺寸；當(dāng)承受移動集中荷載時，則只能修改截面尺寸。 （4）復(fù)雜應(yīng)力作用下的強度計算 當(dāng)腹板計算高度處同時承受較大的正應(yīng)力、剪應(yīng)力或局部壓應(yīng)力時，需計算該處的折算應(yīng)力 fcc12223 （5-8） 式中 、c腹板計算高度處同一點的彎曲正應(yīng)力、剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力，=（Mx/Wnx）（h0/h） ，以拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)； 1局部承壓強度設(shè)計值增大系數(shù)，當(dāng)與c同號或c=0 時，1=1.1，當(dāng)與c異號時取1=1.2。 5 受彎構(gòu)件設(shè)計梁的剛度梁的剛度 梁的剛度指梁在使用荷載下

45、的撓度，屬正常使用極限狀態(tài)。在荷載標(biāo)準(zhǔn)值的作用下，梁的撓度不應(yīng)超過規(guī)范容許值 v v （5-9） 式中 v由荷載標(biāo)準(zhǔn)值（不考慮動力系數(shù)）求得的梁的最大撓度； v規(guī)范容許撓度，見表 5-2。 梁的容許撓度 表 5-2 撓度容許值 項次 構(gòu)件類別 vT vQ 1 吊車梁和吊車桁架（按自重和起重量最大的一臺吊車計算撓度） （1）手動吊車和單梁吊車（含懸掛吊車） （2）輕級工作制橋式吊車 （3）中級工作制橋式吊車 （4）重級工作制橋式吊車 l/500 l/800 l/1000 l/1200 2 手動或電動葫蘆的軌道梁 l/400 3 有重軌（重量等于或大于 38kg/m）軌道的工作平臺梁 有輕軌（重量

46、等于或小于 24kg/m）軌道的工作平臺梁 l/600 l/400 4 屋（樓）蓋或桁架，工作平臺梁（第 3 項除外）和平臺板 （1）主梁或桁架（包括設(shè)有懸掛起重設(shè)備的梁和桁架） （2）抹灰頂棚的次梁 （3）除（1） 、 （2）款外的其它梁（包括樓梯梁） （4）屋蓋檁條 支承無積灰的瓦楞鐵和石棉瓦屋面者 支承壓型金屬板、有積灰的瓦楞鐵和石棉瓦屋面者 支承其它屋面材料者 （5）平臺板 l/400 l/250 l/250 l/150 l/200 l/200 l/150 l/500 l/350 l/300 5 受彎構(gòu)件設(shè)計5.3 梁的整體穩(wěn)定 （1）梁的整體穩(wěn)定系數(shù) 在一個主軸平面內(nèi)彎曲的梁，為了更

47、有效地發(fā)揮材料的作用，經(jīng)常設(shè)計得窄而高。如果沒有足夠的側(cè)向支承，在彎矩達(dá)到臨界值 Mcr時，梁就會發(fā)生整體的彎扭失穩(wěn)破壞而非強度破壞。雙軸對稱工字形截面簡支梁在純彎曲作用下的臨界彎矩為 ytyycrEIlGIIIlEIM2222 （5-10） 在 修 訂 規(guī) 范 時 ， 為 了 簡 化 計 算 ， 引 入It=At12/3及I=Iyh2/4 ， 并 以E=206000N/mm2和 E/G=2.6 代入式（5-10） ，可得臨界彎矩為 21254 . 411017.10htAhMyycr mmN （5-11） 臨界應(yīng)力cr=Mcr/Wx，Wx為按受壓翼緣確定的毛截面模量。 在上述情況下，若保證梁

48、不喪失整體穩(wěn)定，應(yīng)使受壓翼緣的最大應(yīng)力小于臨界應(yīng)力cr除以抗力分項系數(shù)R，即 RcrxxWM （5-12） 令梁的整體穩(wěn)定系數(shù)b為 ycrbf （5-13） 5 受彎構(gòu)件設(shè)計梁的整體穩(wěn)定計算公式為 fWMxbx （5-14） 由式（5-13）可得整體穩(wěn)定系數(shù)的近似值為 yyxybfhtWAh2354 . 414320212 （5-15） 當(dāng)梁上承受其它形式荷載時，先求出梁的臨界彎矩，并可由式（5-13）算得穩(wěn)定系數(shù)b，但這樣很煩瑣。通過選取較多的常用截面尺寸，進(jìn)行電算和數(shù)理統(tǒng)計分析，得出了不同荷載作用下的穩(wěn)定系數(shù)與純彎時的穩(wěn)定系數(shù)的比值為b。同時為了適用于單軸對稱工字形截面簡支梁的情況，梁整體

49、穩(wěn)定系數(shù)的計算公式為 ybyxybbfhtWAh2354 . 414320212 （5-16） 式中 b梁整體穩(wěn)定的等效彎矩系數(shù)； b截面不對稱影響系數(shù)； 雙軸對稱截面，0b； 加強受壓翼緣工字形截面，128 . 0bb； 加強受拉翼緣工字形截面，12bb。 211IIIb1I和2I分別為受壓翼緣和受拉翼緣對y軸的慣性矩。 5 受彎構(gòu)件設(shè)計上述的穩(wěn)定系數(shù)計算公式是按彈性分析導(dǎo)出的?？紤]殘余應(yīng)力影響及彈塑性性能，當(dāng)算得的穩(wěn)定系數(shù)b0.6 時，需按下式進(jìn)行修正，以b代替b： 0 . 1/282. 007. 1bb （5-17） （2）整體穩(wěn)定系數(shù)b的近似計算 對于均勻受彎（純彎曲）構(gòu)件，當(dāng)yyf2

50、35120時， b可按下列近似公式計算： 工字形截面（含工字形截面（含 H 型鋼）型鋼） 雙軸對稱時 2354400007. 12yybf （5-18） 單軸對稱時 235140001 . 0207. 121yybxbfAhW （5-19） 式中 W1x為截面最大受壓纖維的毛截面截面模量。 式（5-18）（5-19）中的b值已經(jīng)考慮了非彈性屈曲問題，因此，當(dāng)算得的b0.6 時不能再換算成b。當(dāng)b1.0 時取b=1.0。 5 受彎構(gòu)件設(shè)計（3）梁整體穩(wěn)定性的保證 實際工程中的梁與其它構(gòu)件相互連接，有利于阻止其側(cè)向失穩(wěn)。符合下列情況之一時，不用計算梁的整體穩(wěn)定性： 有剛性鋪板密鋪在梁受壓翼緣并有可

51、靠連接能阻止受壓翼緣側(cè)向位移時； 等截面 H 型鋼或工字形截面簡支梁的受壓翼緣自由長度 l1與其寬度 b1之比不超過表 5-3 所規(guī)定的限值時； 等截面 H 型鋼或工字形截面簡支梁不需要計算整體穩(wěn)定的 l1/b1限值 表 5-3 跨中無側(cè)向支承，荷載作用在 上翼緣 下翼緣 跨中受壓翼緣有側(cè)向支承， 不論荷載作用在何處 yf/23513 yf/23520 yf/23516 注：l1為梁受壓翼緣自由長度：對跨中無側(cè)向支承點的梁為其跨度；對跨中有側(cè)向支承點的梁，為受壓翼緣側(cè)向支承點間的距離 （梁支座處視為有側(cè)向支承點） 。b1為受壓翼緣寬度。 需要指出的是，上述條件是建立在梁支座不產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的前提下的

52、，因此在構(gòu)造上要保證支座處梁上翼緣有可靠的側(cè)向支點，對于高度不大的梁，也可以在靠近支座處設(shè)置支撐加勁肋來阻止梁端扭轉(zhuǎn)。 5 受彎構(gòu)件設(shè)計5.4 梁的局部穩(wěn)定和腹板加勁肋計算 如果設(shè)計不適當(dāng)，組成梁的板件在壓應(yīng)力或剪應(yīng)力作用下，可能會發(fā)生局部屈曲問題。軋制型鋼梁因板件寬厚比較小，都能滿足局部穩(wěn)定要求，不必計算。冷彎薄壁型鋼梁允許板件屈曲，采用有效截面計算，以考慮板件局部截面因屈曲退出工作對梁承載能力的影響，可按冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行計算。這里只分析一般鋼結(jié)構(gòu)的組合梁的局部穩(wěn)定問題。 （1）受壓翼緣的局部穩(wěn)定 梁的翼緣板遠(yuǎn)離截面形心，強度一般能得到充分利用。若翼緣板發(fā)生局部屈曲，梁很快就會喪

53、失繼續(xù)承載的能力。因此，規(guī)范采用限制板件寬厚比的方法，防止翼緣板的屈曲： yftb23513 （5-23） 式中 b梁受壓翼緣自由外伸寬度：對焊接構(gòu)件，取腹板邊至翼緣板（肢）邊緣的距離；對軋制構(gòu)件，取內(nèi)圓弧起點至翼緣板（肢）邊緣距離。 式（5-23）可以考慮截面發(fā)展部分塑性。若為彈性設(shè)計即式（5-4）和（5-5）中取x=1.0，則 b/t 可以放寬為 yftb23515 （5-24） 對于箱形截面梁兩腹板中間的部分（圖 5-6） ，其寬厚比為 yftb235400 （5-25） P755 受彎構(gòu)件設(shè)計（2）腹板的局部穩(wěn)定 對于直接承受動力荷載的吊車梁及類似構(gòu)件和其它不考慮屈曲后強度的組合梁，腹

54、板的局部穩(wěn)定可以通過配置加勁肋來保證；對承受靜力荷載或間接承受動力荷載的組合梁，宜考慮腹板的屈曲后強度，按規(guī)范規(guī)定計算其抗彎和抗剪承載力。這里只介紹不考慮屈曲后強度的梁腹板的局部穩(wěn)定問題。 組合梁腹板的加勁肋主要分為橫向、縱向、短加勁肋和支承加勁肋幾種情況，如圖 5-7 所示。 圖 5-7 加勁肋配置 h h0 tw a 1 a h h0 tw h2 h1 2 1 1 2 1 a h h0 h2 h1 a h h0 h2 h1 a1 a1 a1 2 1 3 (a) (b) (c) (d) 5 受彎構(gòu)件設(shè)計組合梁腹板在配置加勁肋之后，腹板被分成了不同的區(qū)段，各區(qū)段的受力不同。對簡支梁而言，靠近梁

55、端部的區(qū)段主要受剪力作用，跨中區(qū)段主要受正應(yīng)力作用，其它區(qū)段則受正應(yīng)力和剪應(yīng)力的聯(lián)合作用。對于受有集中荷載的區(qū)段，還承受局部壓應(yīng)力作用。 組合梁腹板配置加勁肋的規(guī)定組合梁腹板配置加勁肋的規(guī)定 當(dāng)ywfth/23580/0時，對有局部壓應(yīng)力（c0）的梁，應(yīng)按構(gòu)造配置橫向加勁肋。對無局部壓應(yīng)力（c=0）的梁，可不配置加勁肋。 當(dāng)ywfth/23580/0時，應(yīng)配置橫向加勁肋并滿足局部穩(wěn)定計算要求。 當(dāng)ywfth/235170/0（受壓翼緣扭轉(zhuǎn)受到約束，如連有剛性鋪板、制動板或焊有鋼軌時）或ywfth/235150/0（受壓翼緣扭轉(zhuǎn)未受到約束時） ，或按計算需要，應(yīng)在彎曲壓應(yīng)力較大區(qū)格的受壓區(qū)增加配

56、置縱向加勁肋。當(dāng)局部壓應(yīng)力很大時，必要時尚應(yīng)在受壓區(qū)配置短加勁肋。 任何情況下，h0/tw均不應(yīng)超過 250yf/235。 此處 h0為腹板計算高度對單軸對稱梁，第條中的 h0應(yīng)取為腹板受壓區(qū)高度 hc的 2 倍，tw為腹板的厚度。 梁的支座處和上翼緣受有較大固定集中荷載處，宜設(shè)置支承加勁肋 5 受彎構(gòu)件設(shè)計【例題 5-2】 圖 5-8 （a） 所示工作平臺的普通工字鋼簡支次梁， 截面為工 32a，抹灰頂棚， 跨度為 7.5m， 承受的靜力荷載標(biāo)準(zhǔn)值為： 恒載 2kN/m2， 活載 4.2kN/m2。鋼材為 Q235， 平臺上有剛性鋪板， 可保證次梁整體穩(wěn)定。 驗算次梁是否滿足要求。 解： 次

57、梁的計算簡圖如圖 5-8 （b） 所示。 根據(jù) 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 （GB50009）的規(guī)定，其最不利組合為活載起控制作用，取恒載分項系數(shù)G=1.2，活載分項系數(shù)Q=1.3。 圖 5-8 例題 5-2 圖 (a) 某工作平臺主次梁布置；(b)次梁計算簡圖 次梁上的線荷載標(biāo)準(zhǔn)值為 qk=2.5(2+4.2)=15.5kN/m 線荷載設(shè)計值為 qd=2.5(1.22+1.34.2)=19.65kN/m 跨中最大彎矩為 Mmax=1/8qdl2=1/819.657.52=138.16kNm 支座處的最大剪力為 V=1/2qdl=1/219.657.5=73.69kN 工 32a 單位長度的質(zhì)量為 52

58、.7kg/m， 梁的自重為 52.79.8=517 N/m， Ix=11080cm4，Wx=692cm3，Ix/Sk=27.5cm，tw=9.5mm。 (b) (a) 42.5=10m 42.5=10m 2.5m 7.5m 7.5m 7.5m 7.5m A B q 5 受彎構(gòu)件設(shè)計次梁自重產(chǎn)生的彎矩為 Mg=1.25177.52/810-3=4.36kNm 次梁自重產(chǎn)生的剪力為 Vg=1.25177.5/210-3=2.33kN 則彎曲正應(yīng)力為 23N/mm2151 .1961069205. 136. 416.138fWMnxxx 支座處最大剪應(yīng)力為 2N/mm1251 .291095. 05

59、 .2733. 269.73vwfItVS 跨中最大撓度為： 全部荷載作用下 mm302509 .2810110801006. 27500)52. 05 .15(384538454544lvEIlqvTTT 可變荷載作用下 mm4 .213500 .1910110801006. 275005 . 22 . 4384538454544lvEIqlvQQ 熱軋型鋼截面的局部穩(wěn)定無須驗算，因此該梁滿足要求。 5 受彎構(gòu)件設(shè)計【例題 5-3】 按照例題 5-2 的條件和結(jié)果，驗算圖 5-9（b）所示主梁截面是否滿足要求。主梁為兩端簡支梁，鋼材為 Q235，焊條為 E43 系列，手工焊。 解： 1、主梁

60、承受的荷載 主梁的計算簡圖如圖 5-9（a）所示。兩側(cè)的次梁對主梁產(chǎn)生的壓力為 273.69+22.33=152.04kN，梁端的次梁壓力取中間次梁的一半。 主梁的支座反力為 R=2152.04=304.08kN 梁的最大彎矩為 M=(304.0876.02)5152.042.5=760.2kNm 2、計算截面特性。A=131.2cm2，Ix=145449cm4，Wx=3513.3cm3。 主梁的自重為 131.2102785010-61.2=123.6kg/m=1.211kN/m。式中的1.2 為考慮主梁加勁肋的增大系數(shù)。 考慮主梁自重后的彎矩設(shè)計值為 M=760.2+1.21.211102