大工春《钢结构》辅导资料十四

钢结构辅导资料十四

主题：第五章受弯构件

第六节钢梁设计

第七节主梁与次梁的连接

第六章拉弯和压弯构件

第一节拉弯压弯构件及其设计要求

第二节拉弯和压弯构件的强度与刚度

学习时间：2013年7月1日－7月7日

内容：

一、学习要求

1、掌握钢梁设计；

2、掌握主梁与次梁的连接；

3、掌握拉弯、压弯构件的强度和刚度计算；

基本概念：梁的强度和刚度，梁的局部稳定，拉弯、压弯构件的强度和刚度。

知识点：型钢梁与焊接组合梁的设计。受弯构件腹板加劲肋设计中各个单项临界应力的计算。

二、主要内容

钢梁设计

1、单向弯曲型钢梁设计

型钢梁中应用最多的是普通工字钢和H型钢，由于型钢梁翼缘和腹板的宽厚比都较小，其局部稳定性常可得到保证，不需进行验算。

单向弯曲型钢梁的设计步骤为：

（1）计算梁的内力

（2）计算需要的净截面抵抗矩

W

nx

（3）强度验算

（4）整体稳定性验算

（5）刚度验算

2、双向弯曲型钢梁设计

双向弯曲型钢梁的设计步骤基本上和单向弯曲型钢梁相同，具体如下：

（1）计算梁的内力

W

（2）计算需要的净截面抵抗矩

nx

（3）强度验算

（4）整体稳定性验算

（5）刚度验算

[]

=

w w

3、组合截面梁设计

截面选择

当型钢梁不能满足受力和使用要求时，一般采用工字形焊接组合梁。焊接梁常用两块翼缘板和一块腹板焊接成双轴对称工字形截面。选择截面尺寸时要同时考虑安全和经济因素，先确定梁高，然后再确定腹板尺寸和翼缘尺寸。

（1）截面高度h 的确定

梁的截面高度是焊接梁截面的一个最重要的尺寸，选择时可从以下三个方面考虑：

容许最大高度max h ，经济梁高e h ，容许最小高度min h 。

所选梁高应同时满足以上三个条件，即max min h h h >>，并尽可能等于或略小于经济高度。

（2）腹板尺寸的确定

梁翼缘板的厚度t 相对较小，腹板高度w h 较梁高h 小的不多。因此，梁的腹板高度w h 可取稍小于梁高h 的数值，并尽可能考虑钢板的规格尺寸，将腹板高度w h 取为50mm 的倍数。

（3）翼缘板尺寸的确定

可以根据需要的截面抵抗矩和腹板截面尺寸计算。

宽度b 通常为梁高的11~53

，过大，翼缘中应力分布不均匀，对梁的工作不

利；过小，对梁的整体稳定不利。厚度还应符合t ≥b 和t 都应符合钢板的规格尺寸。通常腹板的高度取50mm 的倍数，厚度取2mm 的倍数，翼缘宽度取10mm 的倍数。

截面验算

（1）弯曲正应力验算

x x nx M f W σγ=

≤

（2）最大剪应力验算 v w VS f It τ=

≤

（3）局部压应力验算 c w z F f t l ψσ=

≤

（4）折算应力验算

1eq f

σβ=≤

（5）整体稳定性验算

x b x M f W φ≤ （6）刚度验算

[]w w ≤

（7）对于承受动力荷载作用的梁，必要时应按规范规定进行疲劳验算。

主梁与次梁的连接

梁的弯矩一般都是沿长度变化的。对于跨度较大的组合梁，为了节约钢材，可将组合梁的截面随弯矩的变化而加以改变。

根据设计经验，梁在半跨内改变截面一次，可节约钢材10%～20%，如作两次改变，则只能再节约3%～4%，收效不大，且增加了制造工作量。因此，一般只在半跨内改变截面一次。

截面改变的位置不同，节约钢材的效果也不同。经分析，对于承受均布荷载

或多个集中荷载的简支梁，约在距两端支座l/6处改变截面比较经济。

梁截面改变的一种方式是变化梁的高度，将梁的下翼缘做成折线外形，翼缘的截面保持不变，仅在靠近梁端处变化腹板的高度。梁端部的高度，根据抗剪强度的要求确定，但不宜小于跨中高度的一半。这样做有时还可以降低建筑物的高度。

另一种比较常用的方式是变化翼缘板面积来改变梁的截面。对于单层翼缘板的焊接梁，改变翼缘板的宽度，不致产生严重的应力集中，且使梁具有平的外表面。初步确定改变截面的位置后，可以根据该处梁的弯矩反算出需要的翼缘板宽度1b 。为了减少应力集中，应将宽板由截面改变位置以≤1:4的斜角向弯矩较小侧过度，与宽度为1b 的窄板相接(对接焊缝)。必要时可采用对接斜焊缝。

对于多层翼缘板的梁，可以采用切断外层翼缘板的方法来改变梁的截面。理论切断点的位置x 可依计算确定。实际切断点的位置应向弯矩较小一侧延长长度1l ，并应具有足够的焊缝。

当被切断翼缘板的端部有正面焊缝时：

若0.75f h t ≥，取1l b ≥；若0.75f h t <，取1 1.5l b ≥。

当被切断翼缘板的端部无正面焊缝时，取12l b ≥。b 和t 分别为外层翼缘板宽度和厚度，f h 为焊脚尺寸

为了构成空间整体结构，常遇到主梁与次梁相互连接的计算构造问题，其计算构造方法和次梁的计算简图有关。次梁一般常设计为简支梁，有时也设计为连续梁。根据主次梁连接构造的相对位置不同，可分为叠接和侧面连接两种不同形式。

1、次梁为简支梁

（1）叠接

如图所示，次梁直接置放于主梁之上，用螺栓或焊缝连接，固定其相互间位置，不需计算。在主梁上的相应位置应设置支承加劲肋，以避免过大的局部压应力。

这种连接方法构造简单，安装方便，缺点是主次梁连接体系所占净空较大。

（2）侧面连接

次梁连接于主梁的侧面，可以直接连在主梁的加劲肋上或连于短角钢上。次梁根据需要可与主梁顶面同一标高，或比主梁顶面稍高、稍低均可。

用螺栓连于加劲肋上，构造比较简单，安装也方便，但需将次梁上翼缘和下翼缘的一侧局部切除。考虑到连接处有一定的约束作用，可将次梁支座反力R