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鋼梁截面設計要求


  鋼梁截面的大小都須經計算確定,并滿足強度、整體穩定和剛度三個主要要求。前兩個保證鋼梁在使用中的安全,后者保證不會產生過大的變形以利正常使用。
 

 


  1、強度
  鋼梁的強度包括抵抗彎曲、剪切以及豎向局部承壓的能力??箯澞芰捎刹牧狭W中的彎曲應力公式求得(見梁的基本理論)。當按彈性階段設計時,取計算截面的邊緣纖維應力達到鋼材的屈服點作為極限狀態。邊緣纖維應力達到屈服點后,梁實際上還可繼續承受荷載。隨著荷載的繼續加大,最大彎矩所在截面上的塑性變形沿截面從邊緣向中央不斷發展和擴大,最后在該截面處形成塑性鉸。梁上出現使梁成為可動機構的一定數量的塑性鉸后,梁即到達抗彎的極限狀態而破壞。當按塑性設計時,考慮梁上形成塑性鉸及由此引起的內力重分布。采用塑性設計的鋼梁,與按彈性階段設計的梁相比較,可減小截面尺寸,節省鋼材,但一般只適用于受靜力荷載的熱軋型鋼梁和等截面焊接組合梁,同時組合梁板件的寬厚比應有較嚴格的限制,以免板件局部失穩而降低梁的承載能力。

  2、鋼梁的抗剪能力
  鋼梁的抗剪能力,也可按材料力學中的有關公式計算。為了簡化,通常假定剪力完全由腹板的計算截面平均承受。型鋼的腹板較厚,抗剪強度一般都能滿足設計要求。當梁的抗彎強度按塑性階段設計時,剪力的存在會加速塑性鉸的形成;因此,對最大彎矩截面上的剪應力,應有比較嚴格的限制。鋼梁上承受固定集中荷載處(包括梁的支座處),當荷載作用在翼緣上時,該處翼緣與腹板交界部位的腹板水平截面,應具有足夠的抗豎向局部壓力的能力。承受豎向局部壓力的腹板水平截面的面積,為該豎向壓力在所驗算水平截面上的假定分布長度與腹板厚度的乘積,并假定豎向壓應力在該水平截面上為均勻分布。若計算截面的抗豎向局部承壓能力不足,可放大支承豎向荷載墊板的長度,或在該處設置腹板的加勁肋。

  3、整體穩定
  在豎向荷載作用下,鋼梁一般只產生豎向位移(即撓度),但對側向剛度較差的工字形截面或槽形截面鋼梁,當梁的自由長度(側向無支承長度)較大時,荷載加大到一定程度,常會迅速產生較大的側向位移和扭轉變形,使梁隨即喪失承載能力的現象稱為喪失整體穩定或側扭屈曲。當梁的自由長度較大和受壓翼緣寬度較小時,使梁喪失整體穩定的臨界荷載常小于強度破壞的荷載,因此,對梁的截面除應計算抗彎強度外,還必須驗算整體穩定性。影響該臨界荷載大小的因素很多,如截面的形狀和尺寸,荷載的類型和其在截面上作用點的高度,自由長度的大小和梁端部的支承方式等。增加整體穩定性的最有效辦法是在跨中設置側向支承和加大受壓翼緣板的寬度。此外,在任何鋼梁的支座處都應采取構造措施,使該處截面不能產生側向位移和繞梁軸的轉動(見結構穩定)。

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