建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理（第2版）課件：受彎構(gòu)件

受彎構(gòu)件4.1受彎構(gòu)件的形式和應(yīng)用4.2梁的強(qiáng)度與剛度4.3梁的整體穩(wěn)定4.4梁的局部穩(wěn)定與加勁肋設(shè)計(jì)4.6受彎構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)4.5組合梁考慮腹板屈服后強(qiáng)度的設(shè)計(jì)一、定義承受橫向荷載和彎矩的構(gòu)件受彎構(gòu)件主要內(nèi)力：彎矩和剪力梁實(shí)腹式受彎構(gòu)件桁架格構(gòu)式受彎構(gòu)件二、梁的類型單向彎曲梁：僅在一個(gè)平面內(nèi)受彎雙向彎曲梁：在兩個(gè)主平面內(nèi)受彎4.1受彎構(gòu)件的形式和應(yīng)用建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理熱軋型鋼截面組合截面冷彎薄壁型鋼截面空腹式截面鋼與混凝土組合截面1)按截面型式分實(shí)腹式空腹式（蜂窩梁）型鋼截面組合截面熱軋冷彎薄壁焊接或鉚接鋼與混凝土三、受彎構(gòu)件分類4.1受彎構(gòu)件的形式和應(yīng)用建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理2）按支承情況分：簡支梁、連續(xù)梁、懸臂梁等。

3）按截面沿長度變化分：

等截面和變截面。

4.1受彎構(gòu)件的形式和應(yīng)用建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理

樓（屋）面梁（主梁、次梁）4）按使用功能分工作平臺梁

吊車梁

檁條或墻梁4.1受彎構(gòu)件的形式和應(yīng)用建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理主要破壞形式

強(qiáng)度破壞整體失穩(wěn)局部失穩(wěn)剛度破壞截面應(yīng)力分布整體失穩(wěn)局部失穩(wěn)4.1受彎構(gòu)件的形式和應(yīng)用建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理梁的正常使用極限狀態(tài)撓曲變形梁的承載力極限狀態(tài)四、梁的計(jì)算內(nèi)容強(qiáng)度整體穩(wěn)定局部穩(wěn)定剛度本章主要介紹：實(shí)腹式受彎構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定及腹板屈曲后強(qiáng)度理論4.1受彎構(gòu)件的形式和應(yīng)用建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理4.2.1梁的強(qiáng)度梁在彎矩和剪力作用下將產(chǎn)生彎曲應(yīng)力、剪切應(yīng)力在集中荷載作用處產(chǎn)生局部壓應(yīng)力梁的強(qiáng)度應(yīng)包括抗彎強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度局壓強(qiáng)度折算強(qiáng)度4.2梁的強(qiáng)度與剛度建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理x1）彈性階段(1)梁從受力到產(chǎn)生破壞可以分為三個(gè)受力階段1.梁的抗彎強(qiáng)度2）彈塑性階段3）塑性階段x4.2.1梁的強(qiáng)度建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理1）彈性階段式中：截面對x軸的凈截面模量當(dāng)時(shí)，截面處于彈性狀態(tài)。截面處于彈性極限狀態(tài)。屈服彎矩特點(diǎn)：截面上所有點(diǎn)都處于彈性狀態(tài)；應(yīng)力應(yīng)變成正比彈性階段最大彎矩xx4.2.1梁的強(qiáng)度建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理塑性區(qū)彈性區(qū)彈塑性階段特點(diǎn)：塑性區(qū)梁所承受的荷載彎矩更大，截面的抗彎能力發(fā)揮更充分但梁的剛度會降低。2）彈塑性階段4.2.1梁的強(qiáng)度建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理x3）塑性階段特點(diǎn)：

截面全部進(jìn)入塑性狀態(tài)，承載力達(dá)到極限，剛度退化為零，形成塑性鉸；截面對x軸的截面塑性模量。4.2.1梁的強(qiáng)度建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理屈服彎矩和塑性彎矩的差值表示什么？表示截面塑性發(fā)展的能力差值越大，截面塑性發(fā)展的能力越突出：只取決于截面幾何形狀與材料性質(zhì)無關(guān)的形狀系數(shù)4.2.1梁的強(qiáng)度建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理：只取決于截面幾何形狀與材料性質(zhì)無關(guān)的形狀系數(shù)a、找出達(dá)到極限彎矩時(shí)截面中和軸，即：與彎曲主軸平行面積平分線，該中和軸兩邊面積相等，在雙軸對稱截面中，該軸就是主軸b、分別求兩側(cè)面積對中和軸的靜矩，凈矩之和即為塑性截面模量。4.2.1梁的強(qiáng)度建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理彈性塑性彈塑性工程中用此公式解決梁的抗彎問題（2）梁抗彎強(qiáng)度計(jì)算公式4.2.1梁的強(qiáng)度建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理截面塑性發(fā)展系數(shù)見《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》工字型截面梁當(dāng)翼緣外伸寬度和b與其厚度t的比值需要計(jì)算疲勞的梁(2)梁抗彎強(qiáng)度計(jì)算公式4.2.1梁的強(qiáng)度建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理式中：繞x軸和y軸的彎矩設(shè)計(jì)值對x軸和y軸的凈截面模量相應(yīng)的截面塑性發(fā)展系數(shù)鋼材抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值單向彎曲梁雙向彎曲梁4.2.1梁的強(qiáng)度建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理凈截面模量、當(dāng)截面板件寬厚比等級為S1、S2、S3或S4級時(shí)，應(yīng)全截面模量當(dāng)截面板件寬厚比等級為S5級時(shí)，應(yīng)取有效截面模量構(gòu)件板件寬厚比等級S1級S2級S3級S4級S5級受彎構(gòu)件（梁）工字型截面翼緣b/t9εk11εk13εk15εk20腹板ho/tw65εk72εk93εk124εk250箱型截面壁板（腹板）間翼緣b0/t25εk32εk37εk42εk--4.2.1梁的強(qiáng)度建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理某焊接工字型等截面簡支梁跨度為12m，鋼材采用Q235，結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)取1.0，基本組合下簡支梁的均布荷載設(shè)計(jì)值（含自重）梁的截面尺寸及截面特征如圖所示。截面無栓釘孔削弱。毛截面慣性矩；;繞y軸回轉(zhuǎn)半徑；翼緣毛截面對梁中和軸的面積矩：1.對梁跨中截面進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算例題：4-1建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理1.公式：2.步驟：（1）找已知參數(shù)：（2）計(jì)算未知：例題：4-1建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理2.抗剪強(qiáng)度x式中：計(jì)算截面剪力計(jì)算剪應(yīng)力處以外截面對中和軸面積距毛截面慣性矩計(jì)算點(diǎn)板件厚度4.2.1梁的強(qiáng)度建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理3.局壓強(qiáng)度x式中：集中荷載，對動力荷載應(yīng)考慮動力系數(shù)集中荷載增大系數(shù)集中荷載在計(jì)算處假定分布長度腹板厚度重級工作制吊車1.35，其它1.04.2.1梁的強(qiáng)度建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理確定1：2.5擴(kuò)散輪壓在鋼軌中按1：1擴(kuò)散4.2.1梁的強(qiáng)度建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理3.局壓強(qiáng)度4.折算應(yīng)力x4.2.1梁的強(qiáng)度建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理式中：腹板計(jì)算高度邊緣的彎曲應(yīng)力腹板計(jì)算高度邊緣剪應(yīng)力腹板計(jì)算高度邊緣局壓應(yīng)力強(qiáng)度提高系數(shù)σ與σc異號，1.2σ與同號，或σc=0，1.14.2.1梁的強(qiáng)度建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理2.假定梁某截面的正應(yīng)力和剪應(yīng)力均較大，基本組合彎矩設(shè)計(jì)值為剪力設(shè)計(jì)職值為

。

試問：該截面梁腹板計(jì)算高度邊緣處的折算應(yīng)力為多少？1.公式：2.步驟：（1）找已知參數(shù)：（2）計(jì)算未知：例題：4-1建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理由荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的最大撓度梁的允許撓度，見規(guī)范表格等截面簡支梁變截面簡支梁4.2.2梁的剛度建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理3.假設(shè)，簡支梁上承受的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值

，不考慮起拱因素，試問：簡支梁最大撓跨比為多少？1.公式：2.步驟：（1）找已知參數(shù)：（2）計(jì)算未知：例題：4-1建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理4.3.1梁整體穩(wěn)定的概念梁受彎上翼緣受壓σ側(cè)向彎曲失穩(wěn)4.3梁的整體穩(wěn)定建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理1.梁的失穩(wěn)機(jī)理梁受彎上翼緣受壓σ側(cè)向彎曲失穩(wěn)平面外彎扭失穩(wěn)4.3梁的整體穩(wěn)定建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理4.3.1梁整體穩(wěn)定的概念2.梁失穩(wěn)時(shí)的臨界彎矩考慮抗力分項(xiàng)系數(shù)建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理4.3.1梁整體穩(wěn)定的概念式中繞強(qiáng)軸作用的最大彎矩按受壓纖維確定的梁毛截面模量鋼材抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值梁整體穩(wěn)定系數(shù)建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理4.3.2梁整體穩(wěn)定的實(shí)用算法梁整體穩(wěn)定系數(shù)的確定式中梁毛截面面積按受壓纖維確定的梁毛截面模量梁截面高度焊接工字型截面梁梁受壓翼緣厚度等效彎矩系數(shù)，查表受壓翼緣側(cè)向支撐點(diǎn)間距離對y軸長細(xì)比截面不對稱系數(shù)建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理加強(qiáng)受壓翼緣時(shí)受壓翼緣時(shí)對中和軸慣性距受拉翼緣時(shí)對中和軸慣性距加強(qiáng)受拉翼緣時(shí)梁整體穩(wěn)定系數(shù)的確定建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理4.假定，簡支梁在梁端及距離兩端

處（l為簡支梁跨度）有可靠的側(cè)向支撐。試問，作為在主平面內(nèi)受彎構(gòu)件，進(jìn)行整體穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，整體穩(wěn)定系數(shù)為多少？已知

。1.公式：2.步驟：（1）找已知參數(shù)：（2）計(jì)算未知：例題：4-1建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理某在建鋼結(jié)構(gòu)廠房倒塌破壞原因：鋼結(jié)構(gòu)廠房屬于大跨度結(jié)構(gòu)，對雪荷載非常敏感結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)對荷載估計(jì)不足鄉(xiāng)鎮(zhèn)項(xiàng)目，缺少審批驗(yàn)收環(huán)節(jié)，缺少了安全屏障在大雪中，鋼結(jié)構(gòu)梁嚴(yán)重超負(fù)荷工作，產(chǎn)生側(cè)向失穩(wěn)，造成屋蓋整體塌落。前車之鑒馬虎大意弄虛作假工程案例4.3.3影響梁整體穩(wěn)定性的因素及增強(qiáng)整體穩(wěn)定性的措施鋼梁矢穩(wěn)檁條矢穩(wěn)1.如何提高梁穩(wěn)定承載力?矢穩(wěn)原因?設(shè)計(jì)原因加工原因安裝原因其他原因設(shè)計(jì)原因問題引入思考：2.哪些措施安全經(jīng)濟(jì)，構(gòu)造簡單，施工方便?梁的失穩(wěn)機(jī)理梁受彎上翼緣受壓σ側(cè)向彎曲失穩(wěn)平面外彎扭失穩(wěn)4.3.3影響梁整體穩(wěn)定性的因素及增強(qiáng)整體穩(wěn)定性的措施知識回顧梁臨界彎矩一般表達(dá)式：適用于單軸、雙軸對稱截面、不同荷載類型、不同支撐條件、不同荷載位置的梁4.3.3影響梁整體穩(wěn)定性的因素及增強(qiáng)整體穩(wěn)定性的措施梁自由長度梁剛度參數(shù)知識回顧1.若兩個(gè)梁除了面積之外所有條件均相同。說法：面積越大梁的穩(wěn)定承載力越高是否正確？是否AB提交投票最多可選1項(xiàng)ABC無法判斷ACD提交2.三個(gè)梁荷載類別、支撐情況、荷載位置等情況都相同，唯一的區(qū)別是截面形式不同，哪一個(gè)梁穩(wěn)定承載力最高？A：雙軸對稱B：加強(qiáng)受壓翼緣C：加強(qiáng)受拉翼緣B單選題1分此題未設(shè)置答案，請點(diǎn)擊右側(cè)設(shè)置按鈕3.下圖為完全相同的簡支梁，唯一的區(qū)別是荷載類型不同，哪一個(gè)梁穩(wěn)定承載力最高？ABC無法判斷BCD提交MMAqFBCA單選題1分此題未設(shè)置答案，請點(diǎn)擊右側(cè)設(shè)置按鈕A提交4.三個(gè)梁荷載類別、支撐情況、截面等情況都相同，唯一的區(qū)別是荷載作用位置不同，哪一個(gè)梁穩(wěn)定承載力最高？ABC無法判斷BDABCC單選題1分此題未設(shè)置答案，請點(diǎn)擊右側(cè)設(shè)置按鈕C大于BABCD提交A大于BMMMMA小于BAB5.除了支撐情況不同，其他信息均相同？以下對于梁穩(wěn)定承載力說法正確的是？MMC小于BEA大于CC多選題2分1.影響梁整體穩(wěn)定性的因素則臨界彎矩側(cè)向抗彎剛度抗扭剛度抗翹曲剛度1）截面剛度的影響4.3.3影響梁整體穩(wěn)定性的因素及增強(qiáng)整體穩(wěn)定性的措施寬肢薄壁理論分析結(jié)論：梁的側(cè)向抗彎剛度、抗扭剛度越大，臨界彎矩越大2）梁受壓翼緣的自由長度減小增大結(jié)論：梁受壓翼緣的自由長度越大、臨界彎矩越小。3）荷載作用類型及其作用位置對臨界彎矩的影響qMM最小最大純彎一般荷載4.3.3影響梁整體穩(wěn)定性的因素及增強(qiáng)整體穩(wěn)定性的措施F荷載作用類型荷載作用位置ePPOMPePOM其它影響因素4.3.3影響梁整體穩(wěn)定性的因素及增強(qiáng)整體穩(wěn)定性的措施支座約束約束越強(qiáng)，穩(wěn)定承載力越高截面的對稱性加強(qiáng)受壓翼緣受壓面積增大受壓區(qū)抗彎剛度增大增大1）增加梁截面尺寸，其中增大受壓翼緣寬度最為有效2.增強(qiáng)梁整體穩(wěn)定的措施增加抗彎剛度yy4.3.3影響梁整體穩(wěn)定性的因素及增強(qiáng)整體穩(wěn)定性的措施解決方案2）增加側(cè)向支撐系統(tǒng)，減小構(gòu)件側(cè)向支撐點(diǎn)之間的距離，側(cè)向支撐應(yīng)設(shè)在受壓翼緣。側(cè)向支撐越靠近受壓翼緣，效果越好越小穩(wěn)定承載力越高2.增強(qiáng)梁整體穩(wěn)定的措施3）當(dāng)跨內(nèi)無法增設(shè)側(cè)向支撐時(shí)，宜采用閉合箱型截面yy4.3.3影響梁整體穩(wěn)定性的因素及增強(qiáng)整體穩(wěn)定性的措施解決方案均較開口截面大4）增加梁兩端約束，提高其穩(wěn)定性。鉸接剛接約束越強(qiáng)，穩(wěn)定承載力越高

1.截面剛度2.受壓翼緣側(cè)向支承點(diǎn)長度3.荷載性質(zhì)5.截面的對稱性6.支座約束情況一、影響梁整體穩(wěn)定的因素4.荷載作用位置二、提高梁整體穩(wěn)定的措施2.增加側(cè)向支撐，減小受壓翼緣側(cè)向支撐點(diǎn)之間的距離小結(jié)

4.3.3影響梁整體穩(wěn)定性的因素及增強(qiáng)整體穩(wěn)定性的措施3.當(dāng)跨中無側(cè)向支撐時(shí)，宜采用閉合箱型截面1.增加梁截面尺寸，增大受壓翼緣寬度最為有效4.增加梁兩端約束，提高梁穩(wěn)定承載力ABDCABCD提交1.如圖所示簡支梁，跨中受到集中力作用，如果想通過增加側(cè)向支撐的方式提高量的穩(wěn)定性，請問一下四種支撐的位置，哪種效果最好？側(cè)向支撐越靠近受壓翼緣，效果越好(A)(B)(C)(D)單選題1分作答2.以下各簡支梁，除截面放置和荷載作用位置有所不同之外，其他條件均相同，則以

[填空1]

的整體穩(wěn)定性為最好，

[填空2]

的為最差。(A)(B)(C)(D)力作用在受壓翼緣，提高穩(wěn)定性加強(qiáng)受壓翼緣，提高穩(wěn)定性填空題2分討論1.提出提高穩(wěn)定性的可行措施、原因。2.比較并提出最優(yōu)方案。多高層框架梁門架梁吊車梁橋面梁4.3.3影響梁整體穩(wěn)定性的因素及增強(qiáng)整體穩(wěn)定性的措施

1）當(dāng)有鋪板密鋪在梁的受壓翼緣上并與其牢固連接，能阻止梁的受壓翼緣側(cè)向位移時(shí)。3.梁整體穩(wěn)定性的保證《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：符合以下條件可不進(jìn)行整體穩(wěn)定驗(yàn)算工程應(yīng)用隅撐隅撐《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：符合以下條件可不進(jìn)行整體穩(wěn)定驗(yàn)算4.3.3影響梁整體穩(wěn)定性的因素及增強(qiáng)整體穩(wěn)定性的措施工程應(yīng)用受壓翼緣自由長度與受壓翼緣寬度比值滿足下列要求：檁條鋼號荷載上翼緣荷載下翼緣跨中有側(cè)向支撐Q2351320163.梁整體穩(wěn)定性的保證門架梁

對于吊車額定起重量Q≤30t，跨度l≤6m，工作級別為Al～A5的吊車梁，可采用

增加受壓翼緣的辦法。吊車梁加強(qiáng)受壓翼緣梁4.3.3影響梁整體穩(wěn)定性的因素及增強(qiáng)整體穩(wěn)定性的措施工程應(yīng)用3.梁整體穩(wěn)定性的保證

當(dāng)?shù)踯囶~定起重量和吊車梁跨度再大時(shí)，常在吊車梁的上翼緣平面內(nèi)設(shè)置制動梁或制動桁架，提高穩(wěn)定性。4.3.3影響梁整體穩(wěn)定性的因素及增強(qiáng)整體穩(wěn)定性的措施工程應(yīng)用制動桁架3.梁整體穩(wěn)定性的保證節(jié)省鋼材4.3.3影響梁整體穩(wěn)定性的因素及增強(qiáng)整體穩(wěn)定性的措施工程應(yīng)用港珠澳大橋鋼箱梁降低成本減少碳排放綠色環(huán)保3.梁整體穩(wěn)定性的保證2）箱型截面梁：截面尺寸滿足可不計(jì)算穩(wěn)定性。且橋面梁局部失穩(wěn)現(xiàn)象

組合梁發(fā)生強(qiáng)度破壞或喪失整體穩(wěn)定之前，受彎構(gòu)件組成板件會偏離原來平面位置而發(fā)生波形鼓曲，這種現(xiàn)象稱為梁的局部失穩(wěn)現(xiàn)象。

受彎構(gòu)件發(fā)生局部失穩(wěn)后，截面中應(yīng)力進(jìn)行重分布，故不致引起受彎構(gòu)件立刻破壞，但會引起強(qiáng)度、整體穩(wěn)定和剛度下降，故在鋼結(jié)構(gòu)中采取構(gòu)造措施防止局部失穩(wěn)發(fā)生。

4.4梁的局部穩(wěn)定和腹板加勁肋設(shè)計(jì)建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理4.4.1受彎構(gòu)件局部穩(wěn)定的概念為提高強(qiáng)度和剛度，腹板宜高為提高整體穩(wěn)定性，翼緣宜寬較寬較薄受壓翼緣屈曲腹板屈曲翼緣鼓曲腹板鼓曲4.4梁的局部穩(wěn)定和腹板加勁肋設(shè)計(jì)建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理4.4.2受壓翼緣的局部穩(wěn)定

限制板件寬厚比的方法保證翼緣穩(wěn)定性三邊簡支一邊自由4.4梁的局部穩(wěn)定和腹板加勁肋設(shè)計(jì)建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理寬為b0的翼緣b1h0tttwb0四邊簡支板4.4梁的局部穩(wěn)定和腹板加勁肋設(shè)計(jì)建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理x4.3.3腹板的局部穩(wěn)定板厚tw4.4梁的局部穩(wěn)定和腹板加勁肋設(shè)計(jì)建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理1.腹板的純剪屈曲腹板的純彎屈曲考慮腹板嵌固系數(shù)板厚tw梁受壓翼緣扭轉(zhuǎn)受到約束時(shí)，梁受壓翼緣扭轉(zhuǎn)未受到約束時(shí)，腹板在局部壓應(yīng)力作用下的屈曲腹板的純剪屈曲腹板的純彎屈曲腹板在局部壓應(yīng)力作用下的屈曲4.4梁的局部穩(wěn)定和腹板加勁肋設(shè)計(jì)建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理腹板不會發(fā)生局部失穩(wěn)腹板發(fā)生純剪屈曲、局壓屈曲腹板三種屈曲都會發(fā)生4.4梁的局部穩(wěn)定和腹板加勁肋設(shè)計(jì)建筑鋼