鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力分析

1、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 第三章第三章 構(gòu)件的截面承載力構(gòu)件的截面承載力 強(qiáng)度強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 1、軸心受力構(gòu)件的截面形式強(qiáng)度和剛度、軸心受力構(gòu)件的截面形式強(qiáng)度和剛度 2、梁的類(lèi)型和強(qiáng)度、梁的類(lèi)型和強(qiáng)度 3、梁的局部壓應(yīng)力和組合應(yīng)力、梁的局部壓應(yīng)力和組合應(yīng)力 4、按強(qiáng)度條件選擇梁截面、按強(qiáng)度條件選擇梁截面 5、拉彎、壓彎構(gòu)件的應(yīng)用和強(qiáng)度計(jì)算、拉彎、壓彎構(gòu)件的應(yīng)用和強(qiáng)度計(jì)算 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理

2、 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 3.1.1 軸心受力構(gòu)件的應(yīng)用和截面形式軸心受力構(gòu)件的應(yīng)用和截面形式 3.1 軸心受力構(gòu)件的截面形式及強(qiáng)度和剛度軸心受力構(gòu)件的截面形式及強(qiáng)度和剛度 軸心受力構(gòu)件是指承受通過(guò)截面形軸心受力構(gòu)件是指承受通過(guò)截面形 心軸線的軸向力作用的構(gòu)件。包括心軸線的軸向力作用的構(gòu)件。包括 軸心受拉構(gòu)件軸心受拉構(gòu)件（軸心拉桿）和（軸心拉桿）和軸心軸心 受壓構(gòu)件受壓構(gòu)件（軸心壓桿）。（軸心壓桿）。 a) + +

3、+ + + + + + + + + b) 在鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣泛，如桁架、網(wǎng)在鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣泛，如桁架、網(wǎng) 架中的桿件，工業(yè)廠房及高層鋼結(jié)架中的桿件，工業(yè)廠房及高層鋼結(jié) 構(gòu)的支撐，操作平臺(tái)和其它結(jié)構(gòu)的構(gòu)的支撐，操作平臺(tái)和其它結(jié)構(gòu)的 支柱等。支柱等。 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 柱腳 yy x x x 1 1 柱腳 (實(shí)軸) x x y 1 y (虛軸) (

4、虛軸) y 1x (實(shí)軸) y 柱頭 柱身柱身 l l 綴板 l = l 綴條 柱頭 支承屋蓋、樓蓋或工作平臺(tái)的豎向支承屋蓋、樓蓋或工作平臺(tái)的豎向 受壓構(gòu)件通常稱為柱。柱由柱頭、受壓構(gòu)件通常稱為柱。柱由柱頭、 柱身和柱腳三部分組成。柱身和柱腳三部分組成。 傳力方式：傳力方式： 上部結(jié)構(gòu)柱頭上部結(jié)構(gòu)柱頭柱身柱身柱腳基礎(chǔ)柱腳基礎(chǔ) 實(shí)腹式構(gòu)件和格構(gòu)式構(gòu)件實(shí)腹式構(gòu)件和格構(gòu)式構(gòu)件 實(shí)腹式構(gòu)件具有整體連通的截面。實(shí)腹式構(gòu)件具有整體連通的截面。 格構(gòu)式構(gòu)件一般由兩個(gè)或多個(gè)分肢格構(gòu)式構(gòu)件一般由兩個(gè)或多個(gè)分肢 用綴件聯(lián)系組成。采用較多的是兩用綴件聯(lián)系組成。采用較多的是兩 分肢格構(gòu)式構(gòu)件。分肢格構(gòu)式構(gòu)件。 第三章

5、第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure a）型鋼截面；）型鋼截面； b)實(shí)腹式組合截面；實(shí)腹式組合截面；c)格構(gòu)式組合截面格構(gòu)式組合截面 圖圖3.3 軸心受力構(gòu)件的截面形式軸心受力構(gòu)件的截面形式 實(shí)實(shí) 腹腹 式式 截截 面面 格格 構(gòu)構(gòu) 式式 截截 面面 實(shí)腹式構(gòu)件比格實(shí)腹式構(gòu)件比格 構(gòu)式構(gòu)件構(gòu)造簡(jiǎn)構(gòu)式構(gòu)件構(gòu)造簡(jiǎn) 單，制造方便，單，制造方便， 整體受力和抗剪整體受力和抗

6、剪 性能好，但截面性能好，但截面 尺寸較大時(shí)鋼材尺寸較大時(shí)鋼材 用量較多；用量較多；而格而格 構(gòu)式構(gòu)件容易實(shí)構(gòu)式構(gòu)件容易實(shí) 現(xiàn)兩主軸方向的現(xiàn)兩主軸方向的 等穩(wěn)定性，剛度等穩(wěn)定性，剛度 較大，抗扭性能較大，抗扭性能 較好，用料較省。較好，用料較省。 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 柱腳 yy x x x 1 1 柱腳 (實(shí)軸) x x y 1 y (虛軸)

7、(虛軸) y 1x (實(shí)軸) y 柱頭 柱身柱身 l l 綴板 l = l 綴條 柱頭 格構(gòu)式構(gòu)件格構(gòu)式構(gòu)件 實(shí)軸和虛軸實(shí)軸和虛軸 格構(gòu)式構(gòu)件截面中，通過(guò)分肢腹板的格構(gòu)式構(gòu)件截面中，通過(guò)分肢腹板的 主軸叫實(shí)軸，通過(guò)分肢綴件的主軸叫主軸叫實(shí)軸，通過(guò)分肢綴件的主軸叫 虛軸。虛軸。 綴條和綴板綴條和綴板 一般設(shè)置在分肢翼緣兩側(cè)平面內(nèi)，其作一般設(shè)置在分肢翼緣兩側(cè)平面內(nèi)，其作 用是將各分肢連成整體，使其共同受力，用是將各分肢連成整體，使其共同受力， 并承受繞虛軸彎曲時(shí)產(chǎn)生的剪力。并承受繞虛軸彎曲時(shí)產(chǎn)生的剪力。 綴條用斜桿組成或斜桿與橫桿共同組成，綴條用斜桿組成或斜桿與橫桿共同組成， 它們與分肢翼緣組成桁

8、架體系；綴板常它們與分肢翼緣組成桁架體系；綴板常 用鋼板，與分肢翼緣組成剛架體系。用鋼板，與分肢翼緣組成剛架體系。 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 格構(gòu)式構(gòu)件的常用截面形式格構(gòu)式構(gòu)件的常用截面形式 格構(gòu)式構(gòu)件常用截面形式格構(gòu)式構(gòu)件常用截面形式綴板柱綴板柱 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Des

9、ign Principles of Steel Structure 軸心受力構(gòu)件以截面上的平均應(yīng)力達(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度作為強(qiáng)軸心受力構(gòu)件以截面上的平均應(yīng)力達(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度作為強(qiáng) 度計(jì)算準(zhǔn)則。度計(jì)算準(zhǔn)則。 N f A N 軸心力設(shè)計(jì)值；軸心力設(shè)計(jì)值； A 構(gòu)件的毛截面面積；構(gòu)件的毛截面面積； f 鋼材抗拉或抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。鋼材抗拉或抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。 3.1.2 軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算 1. 1. 截面無(wú)削弱截面無(wú)削弱 構(gòu)件以全截面平均應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度為強(qiáng)度極限狀態(tài)。構(gòu)件以全截面平均應(yīng)力達(dá)到屈服強(qiáng)度為強(qiáng)度極限狀態(tài)。 設(shè)計(jì)時(shí)，作用在軸心受力構(gòu)件中的外力設(shè)計(jì)時(shí)，作用在軸心受力構(gòu)件

10、中的外力N應(yīng)滿足：應(yīng)滿足： 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 2. 有孔洞等削弱有孔洞等削弱 彈性階段應(yīng)力分布不均勻；彈性階段應(yīng)力分布不均勻； 極限狀態(tài)凈截面上的應(yīng)力為均勻屈服應(yīng)力。極限狀態(tài)凈截面上的應(yīng)力為均勻屈服應(yīng)力。 n /NAf 圖圖3.5 截面削弱處的應(yīng)力分布截面削弱處的應(yīng)力分布 N NNN 0 max=30 fy ( (a) )彈性狀態(tài)應(yīng)力彈性狀態(tài)

11、應(yīng)力( (b) )極限狀態(tài)應(yīng)力極限狀態(tài)應(yīng)力 n N f A （3-1） An 構(gòu)件的凈截面面積構(gòu)件的凈截面面積 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 3.1.3 軸心受力構(gòu)件的剛度計(jì)算（正常使用極限狀態(tài)）軸心受力構(gòu)件的剛度計(jì)算（正常使用極限狀態(tài)）P185 軸心受力構(gòu)件的剛度通常用軸心受力構(gòu)件的剛度通常用長(zhǎng)細(xì)比長(zhǎng)細(xì)比 來(lái)衡量，來(lái)衡量， 越大，表示構(gòu)件越大，表示構(gòu)件

12、 剛度越小；長(zhǎng)細(xì)比過(guò)大，構(gòu)件在使用過(guò)程中容易由于自重產(chǎn)生撓曲，剛度越?。婚L(zhǎng)細(xì)比過(guò)大，構(gòu)件在使用過(guò)程中容易由于自重產(chǎn)生撓曲， 在動(dòng)力荷載作用下容易產(chǎn)生振動(dòng)，在運(yùn)輸和安裝過(guò)程中容易產(chǎn)生彎在動(dòng)力荷載作用下容易產(chǎn)生振動(dòng)，在運(yùn)輸和安裝過(guò)程中容易產(chǎn)生彎 曲。因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比不超過(guò)規(guī)定的容許長(zhǎng)細(xì)比。曲。因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比不超過(guò)規(guī)定的容許長(zhǎng)細(xì)比。 max構(gòu)件最不利方向的最大長(zhǎng)細(xì)比；構(gòu)件最不利方向的最大長(zhǎng)細(xì)比； l0計(jì)算長(zhǎng)度，計(jì)算長(zhǎng)度，取決于其兩端支承情況；取決于其兩端支承情況； i回轉(zhuǎn)半徑；回轉(zhuǎn)半徑； 容許長(zhǎng)細(xì)比容許長(zhǎng)細(xì)比 ，查，查P185表表6.1，表，表6.2。 A I i maxyx ),

13、( )( max 0 max i l 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure N f A 軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算 1. 1. 截面無(wú)削弱截面無(wú)削弱 2. 有孔洞等削弱有孔洞等削弱 n N f A 軸心受力構(gòu)件采用螺栓連接時(shí)最危險(xiǎn)凈截面的計(jì)算軸心受力構(gòu)件采用螺栓連接時(shí)最危險(xiǎn)凈截面的計(jì)算 軸心受力構(gòu)件的剛度計(jì)算（正常使用極限狀態(tài)）軸心受力構(gòu)件的剛

14、度計(jì)算（正常使用極限狀態(tài)） )( max 0 max i l 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 截面特性計(jì)算截面特性計(jì)算 截面積截面積：上、下翼緣及腹板截面積之和：上、下翼緣及腹板截面積之和 2 96136210220cmA cmy04.16 96 39210201361220 1 4 2 3 2 323 2406423.1054367.654.564388806.904833.13 104.1640210210 12 1 04.1620136361 12 1

15、 04.15220220 12 1 cm I x 中和軸（形心）位置中和軸（形心）位置：按全截面對(duì)某軸的面積：按全截面對(duì)某軸的面積 矩等于各塊板分別對(duì)該軸的面積矩之和求得。矩等于各塊板分別對(duì)該軸的面積矩之和求得。 慣性矩慣性矩：各板塊自身慣性矩再加上各板塊面積乘：各板塊自身慣性矩再加上各板塊面積乘 以板塊中心至中和軸距離的平方。以板塊中心至中和軸距離的平方。 y 400 80 xx y 1 y b 20020 10020 10 圖圖3.6 3.6 截面特性計(jì)算截面特性計(jì)算 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel

16、 Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 4 333 150367.166333.1333 102 12 1 136 12 1 202 12 1 cm I y 3 33 1 2993 04. 8 24064 3 .150 10 1503 1500 04.16 24064 cmW cmWcm y I W bx ay x ax ； 3 6683204.161604.15220cmSbx 各點(diǎn)抵抗矩各點(diǎn)抵抗矩：慣性矩除以該點(diǎn)至中和軸的距離。：慣性矩除以該點(diǎn)至中和軸的距離。 各點(diǎn)面積矩各點(diǎn)面積矩：該點(diǎn)以上（或以下）的截面積對(duì)中和軸的面積矩。：該點(diǎn)以上（或以下）的截面積對(duì)中和軸的面積矩。 如按b點(diǎn)

17、以下面積矩計(jì)算，中和軸以上部分取負(fù)值，以下部分取正值 3 66802. 4104. 898.10196.2196.22210cmSbx y 400 80 xx y 1 y b 20020 10020 10 a 圖圖3.6 3.6 截面特性計(jì)算截面特性計(jì)算 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 例例3.13.1 圖3.1所示一有中級(jí)工作制吊車(chē)的廠房屋架的雙角鋼拉 桿，截面為210010，角鋼上有交錯(cuò)排列的普通螺栓孔，孔 徑d=20mm。試計(jì)算此拉桿所能承受的最大拉力

18、及容許達(dá)到的最 大計(jì)算長(zhǎng)度。鋼材為Q235鋼。 (c) 例例 3.13.1圖圖 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 查得查得2100210010,10, 2 / 215mmNf ii yx 4.52cm.3.05cm , A=219.26cm2 2 An = 2 (1926 - 20= 2 (1926 - 2010)=3452 10)=3452 mm2 AnI I = 2= 2 (2(245+ 4045+ 402 2+100+1002 2 - 2 - 220)

19、20) 10=3150 10=3150 mm2 2 N=AnI I f =3150=3150215=677250N=677 kN215=677250N=677 kN lox = = ix x = 350 = 35030.5 = 1067530.5 = 10675mm 350 loy oy = = iy y = 350 = 35045.2 = 1582045.2 = 15820mm 解解 ： 例例 3.13.1圖圖(b)(b) 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度

20、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 只承受只承受彎矩彎矩或或彎矩與剪力彎矩與剪力共同作用的構(gòu)件稱為受彎構(gòu)件共同作用的構(gòu)件稱為受彎構(gòu)件。 3.2 梁的類(lèi)型和強(qiáng)度梁的類(lèi)型和強(qiáng)度 結(jié)構(gòu)中的受彎構(gòu)件主要以梁的形式出現(xiàn)，以彎曲變形為結(jié)構(gòu)中的受彎構(gòu)件主要以梁的形式出現(xiàn)，以彎曲變形為 主或發(fā)生彎扭變形的構(gòu)件稱為梁。主或發(fā)生彎扭變形的構(gòu)件稱為梁。 梁在鋼結(jié)構(gòu)中是應(yīng)用較廣泛的一種基本構(gòu)件。例如房屋梁在鋼結(jié)構(gòu)中是應(yīng)用較廣泛的一種基本構(gòu)件。例如房屋 建筑中的樓蓋梁、墻梁、檁條、吊車(chē)梁和工作平臺(tái)梁。建筑中的樓蓋梁、墻梁、檁條、吊車(chē)梁和工作平臺(tái)梁。 第

21、三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 1. 梁的強(qiáng)度計(jì)算主要包括梁的強(qiáng)度計(jì)算主要包括抗彎、抗剪、局部壓應(yīng)力和折算抗彎、抗剪、局部壓應(yīng)力和折算 應(yīng)力應(yīng)力等強(qiáng)度應(yīng)足夠。等強(qiáng)度應(yīng)足夠。 2. 剛度主要是控制剛度主要是控制最大撓度最大撓度不超過(guò)按受力和使用要求規(guī)不超過(guò)按受力和使用要求規(guī) 定的容許值。定的容許值。 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 3.2.1 梁的類(lèi)型及梁格布置梁的類(lèi)型及梁格布置 按彎曲變形

22、狀況分：按彎曲變形狀況分： 單向彎曲構(gòu)件單向彎曲構(gòu)件構(gòu)件在一個(gè)主軸平面內(nèi)受彎構(gòu)件在一個(gè)主軸平面內(nèi)受彎 雙向彎曲構(gòu)件雙向彎曲構(gòu)件構(gòu)件在二個(gè)主軸平面內(nèi)受彎構(gòu)件在二個(gè)主軸平面內(nèi)受彎 1 梁的類(lèi)型梁的類(lèi)型 按支承條件分：按支承條件分： 簡(jiǎn)支梁、連續(xù)梁簡(jiǎn)支梁、連續(xù)梁 、懸臂梁、懸臂梁 鋼梁一般都用簡(jiǎn)支梁，簡(jiǎn)支梁制造簡(jiǎn)單，安裝方便，且可避免支座鋼梁一般都用簡(jiǎn)支梁，簡(jiǎn)支梁制造簡(jiǎn)單，安裝方便，且可避免支座 不均勻沉陷所產(chǎn)生的不利影響。不論何種支承的梁，當(dāng)截面內(nèi)力已不均勻沉陷所產(chǎn)生的不利影響。不論何種支承的梁，當(dāng)截面內(nèi)力已 知時(shí)，進(jìn)行截面設(shè)計(jì)的原則和方法是相同的。知時(shí)，進(jìn)行截面設(shè)計(jì)的原則和方法是相同的。 第三章

23、第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 圖圖3.7 梁的截面形式梁的截面形式 d h 熱軋型鋼梁熱軋型鋼梁(a) 焊接組合截面梁焊接組合截面梁(b) 冷彎薄壁型鋼梁冷彎薄壁型鋼梁(c) 空腹式截面梁空腹式截面梁(d) 組合梁組合梁(e) 梁的截面形式梁的截面形式 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles o

24、f Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 1 彎曲強(qiáng)度彎曲強(qiáng)度 c) 彈性彈性 塑性塑性 塑性塑性 MyMMp a a =fy y a) MMy fy d) 全部塑性全部塑性 M=Mp =fy x y b) M=My =fy 圖圖3.8 各荷載階段梁截面上的的正應(yīng)力分布各荷載階段梁截面上的的正應(yīng)力分布 3.2.2 受彎構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度受彎構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度 彈性階段構(gòu)件邊緣纖彈性階段構(gòu)件邊緣纖 維最大應(yīng)力為：維最大應(yīng)力為： x x W M n Wnx 截面繞截面繞 x軸的凈

25、截面模量軸的凈截面模量 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 當(dāng)最大應(yīng)力當(dāng)最大應(yīng)力 達(dá)到屈服點(diǎn)達(dá)到屈服點(diǎn)fy時(shí)，是梁彈性工作的極限狀態(tài)，時(shí)，是梁彈性工作的極限狀態(tài)， 其彈性極限彎矩（屈服彎矩）其彈性極限彎矩（屈服彎矩）My yxy fWM 截面全部進(jìn)入塑性狀態(tài)，應(yīng)力分布呈矩形。彎矩達(dá)到最大截面全部進(jìn)入塑性狀態(tài)，應(yīng)力分布呈矩形。彎矩達(dá)到最大 極限稱為塑性彎矩極限稱

26、為塑性彎矩Mp ypp fWM Wp截面對(duì)截面對(duì)x軸的截面塑性模量軸的截面塑性模量 y p p M M x x xp p截面繞截面繞x x軸的塑性系數(shù)軸的塑性系數(shù) 在鋼梁設(shè)計(jì)中，如果按照截面的全塑性進(jìn)行設(shè)計(jì)，雖然可以節(jié)省鋼在鋼梁設(shè)計(jì)中，如果按照截面的全塑性進(jìn)行設(shè)計(jì)，雖然可以節(jié)省鋼 材，但是變形比較大，會(huì)影響結(jié)構(gòu)的正常使用。因此規(guī)范規(guī)定可以材，但是變形比較大，會(huì)影響結(jié)構(gòu)的正常使用。因此規(guī)范規(guī)定可以 通過(guò)限制塑性發(fā)展區(qū)有限制的利用塑性，一般的通過(guò)限制塑性發(fā)展區(qū)有限制的利用塑性，一般的a為為h/8-h/4之間。之間。 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design

27、 Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure （塑性發(fā)展系數(shù)）（塑性發(fā)展系數(shù)）與截面形狀有關(guān)，而與材料的性質(zhì)無(wú)與截面形狀有關(guān)，而與材料的性質(zhì)無(wú) 關(guān)，所以又稱截面形狀系數(shù)。不同截面形式的塑性發(fā)展系數(shù)關(guān)，所以又稱截面形狀系數(shù)。不同截面形式的塑性發(fā)展系數(shù) 見(jiàn)見(jiàn)表表3-3 P79。 梁的抗彎強(qiáng)度應(yīng)滿足：梁的抗彎強(qiáng)度應(yīng)滿足： f f W M R y xx x （3-6） （1）繞繞x軸單向彎曲時(shí)軸單向彎曲時(shí) f W M W M nyy y nxx x （3-7

28、） （2）繞繞x、y軸雙向彎曲時(shí)軸雙向彎曲時(shí) Mx、My梁截面內(nèi)繞梁截面內(nèi)繞x、y軸的最大彎矩設(shè)計(jì)值；軸的最大彎矩設(shè)計(jì)值； Wnx、Wny截面對(duì)截面對(duì)x、y軸的凈截面模量；軸的凈截面模量； x、 y截面截面對(duì)對(duì)x、y軸的有限軸的有限塑性發(fā)展系數(shù)，小于塑性發(fā)展系數(shù)，小于 ； f 鋼材抗彎設(shè)計(jì)強(qiáng)度鋼材抗彎設(shè)計(jì)強(qiáng)度 ； 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 根據(jù)局部穩(wěn)

29、定要求，當(dāng)梁受壓翼緣的自由外伸寬度與根據(jù)局部穩(wěn)定要求，當(dāng)梁受壓翼緣的自由外伸寬度與 其厚度之比大于其厚度之比大于 但不超過(guò)但不超過(guò) 時(shí)，塑性時(shí)，塑性 發(fā)展對(duì)翼緣局部穩(wěn)定會(huì)有不利影響，應(yīng)取發(fā)展對(duì)翼緣局部穩(wěn)定會(huì)有不利影響，應(yīng)取 x 1.0。 對(duì)于需要計(jì)算疲勞的梁，因?yàn)橛兴苄詤^(qū)深入的截面，對(duì)于需要計(jì)算疲勞的梁，因?yàn)橛兴苄詤^(qū)深入的截面， 塑性區(qū)鋼材易發(fā)生硬化，促使疲勞斷裂提前發(fā)生，塑性區(qū)鋼材易發(fā)生硬化，促使疲勞斷裂提前發(fā)生，宜取宜取 x= y=1.0。 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章

30、第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 在構(gòu)件截面上有一特殊點(diǎn)在構(gòu)件截面上有一特殊點(diǎn)S，當(dāng)外力產(chǎn)生的剪力作用在該點(diǎn)時(shí)，當(dāng)外力產(chǎn)生的剪力作用在該點(diǎn)時(shí) 構(gòu)件只產(chǎn)生線位移，不產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，這一點(diǎn)構(gòu)件只產(chǎn)生線位移，不產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，這一點(diǎn)S稱為構(gòu)件的稱為構(gòu)件的剪力中心剪力中心， 也稱也稱彎曲中心彎曲中心。 1.1.剪力中心剪力中心 2 抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度 若不通過(guò)剪力中心，梁在彎曲的同時(shí)還要扭轉(zhuǎn)，由于扭轉(zhuǎn)是若不通過(guò)剪力中心，梁在彎曲的同時(shí)還要扭轉(zhuǎn)，由于扭轉(zhuǎn)是 繞剪力中心取矩進(jìn)行的，故繞剪力中心取矩進(jìn)行的，故S點(diǎn)又稱為點(diǎn)又稱為扭轉(zhuǎn)中

31、心扭轉(zhuǎn)中心。剪力中心的位置。剪力中心的位置 僅與截面的形狀和尺寸有關(guān)，而與外荷載無(wú)關(guān)。僅與截面的形狀和尺寸有關(guān)，而與外荷載無(wú)關(guān)。 剪力中心剪力中心S位置的一些簡(jiǎn)單規(guī)律位置的一些簡(jiǎn)單規(guī)律 （1）雙對(duì)稱軸截面和點(diǎn)對(duì)稱截面（如）雙對(duì)稱軸截面和點(diǎn)對(duì)稱截面（如Z形截面），形截面），S與截面形心重合；與截面形心重合； （2）單對(duì)稱軸截面，）單對(duì)稱軸截面，S在對(duì)稱軸上；在對(duì)稱軸上； （3）由矩形薄板中線相交于一點(diǎn)組成的截面，每個(gè)薄板中的剪力通過(guò)）由矩形薄板中線相交于一點(diǎn)組成的截面，每個(gè)薄板中的剪力通過(guò) 該點(diǎn)，該點(diǎn)，S在多板件的交匯點(diǎn)處。在多板件的交匯點(diǎn)處。 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

32、原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 常用開(kāi)口薄壁截面的剪力中心常用開(kāi)口薄壁截面的剪力中心S S位置位置 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 圖圖3.9 工字形和槽形截面梁中的

33、剪應(yīng)力工字形和槽形截面梁中的剪應(yīng)力 Vy 計(jì)算截面沿腹板平面作用的剪力；計(jì)算截面沿腹板平面作用的剪力； Sx 計(jì)算剪應(yīng)力處以上或以下毛截面對(duì)中和軸的面積矩；計(jì)算剪應(yīng)力處以上或以下毛截面對(duì)中和軸的面積矩； Ix毛截面慣性矩；毛截面慣性矩；fv鋼材抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度；鋼材抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度； t計(jì)算點(diǎn)處板件的厚度。計(jì)算點(diǎn)處板件的厚度。 v x xy f tI SV （3-10） 根據(jù)材料力學(xué)知識(shí)，根據(jù)材料力學(xué)知識(shí)， 實(shí)腹梁截面上的剪應(yīng)實(shí)腹梁截面上的剪應(yīng) 力計(jì)算式為：力計(jì)算式為： 2. 2. 彎曲剪應(yīng)力計(jì)算彎曲剪應(yīng)力計(jì)算 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Pri

34、nciples of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 當(dāng)梁上有集中荷載（如吊車(chē)輪壓、次梁傳來(lái)的集中力、支座反當(dāng)梁上有集中荷載（如吊車(chē)輪壓、次梁傳來(lái)的集中力、支座反 力等）作用時(shí)，且該荷載處又未設(shè)置支承加勁肋時(shí)，力等）作用時(shí)，且該荷載處又未設(shè)置支承加勁肋時(shí)，集中荷載由翼集中荷載由翼 緣傳至腹板，緣傳至腹板，腹板邊緣存在沿高度方向的局部壓應(yīng)力。為保證這部腹板邊緣存在沿高度方向的局部壓應(yīng)力。為保證這部 分腹板不致受壓破壞，應(yīng)計(jì)算腹板上邊緣處的局部承壓強(qiáng)度。分腹板不致受壓破

35、壞，應(yīng)計(jì)算腹板上邊緣處的局部承壓強(qiáng)度。 1. 局部承壓強(qiáng)度局部承壓強(qiáng)度 圖圖3.10 腹板邊緣局部壓應(yīng)力分布腹板邊緣局部壓應(yīng)力分布 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 3.3 梁的局部壓應(yīng)力和組合應(yīng)力梁的局部壓應(yīng)力和組合應(yīng)力 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 腹板邊緣處的局部承強(qiáng)度的計(jì)算公式為：腹板邊緣處的局部承強(qiáng)度的計(jì)算公式為： c w z F f t l （3-30） 要保證局部承壓處的局

36、要保證局部承壓處的局 部承壓應(yīng)力不超過(guò)材料部承壓應(yīng)力不超過(guò)材料 的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。 F集中荷載，動(dòng)力荷載作用時(shí)需考慮動(dòng)力系數(shù)集中荷載，動(dòng)力荷載作用時(shí)需考慮動(dòng)力系數(shù) ，重級(jí)工作，重級(jí)工作 制吊車(chē)梁為制吊車(chē)梁為1.1，其它梁為，其它梁為1.05； 集中荷載放大系數(shù)（考慮吊車(chē)輪壓分配不均勻），重級(jí)集中荷載放大系數(shù)（考慮吊車(chē)輪壓分配不均勻），重級(jí) 工作制吊梁工作制吊梁 =1.35，其它梁及所有梁支座處，其它梁及所有梁支座處 =1.0； tw腹板厚度腹板厚度 lz集中荷載在腹板計(jì)算高度上邊緣的假定分布長(zhǎng)度集中荷載在腹板計(jì)算高度上邊緣的假定分布長(zhǎng)度，可按下式，可按下式 計(jì)算：計(jì)算： 第三

37、章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure hy自梁頂面至腹板計(jì)算高度上邊緣的距離。自梁頂面至腹板計(jì)算高度上邊緣的距離。 hR軌道的高度，對(duì)梁頂無(wú)軌道的梁軌道的高度，對(duì)梁頂無(wú)軌道的梁hR=0。 b梁端到支座板外邊緣的距離，按實(shí)際取值，但不得大于梁端到支座板外邊緣的距離，按實(shí)際取值，但不得大于2.5hy a集中荷載沿梁長(zhǎng)方向的實(shí)際支承長(zhǎng)度。對(duì)于鋼軌上輪壓集中荷載沿梁長(zhǎng)方向的

38、實(shí)際支承長(zhǎng)度。對(duì)于鋼軌上輪壓 取取a=50mm； 跨中集中荷載跨中集中荷載： lz = a+5hy +2hR 梁端支座反力梁端支座反力： lz = a+2.5hy +b 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 1 1）軋制型鋼，兩內(nèi)孤起點(diǎn)間距軋制型鋼，兩內(nèi)孤起點(diǎn)間距; ; 2 2）焊接組合截面，為腹板高度焊接組合截面，為腹板高度; ; 3 3）鉚接（或高強(qiáng)螺栓連接

39、）時(shí)為鉚鉚接（或高強(qiáng)螺栓連接）時(shí)為鉚 釘（或高強(qiáng)螺栓）間最近距離。釘（或高強(qiáng)螺栓）間最近距離。 ho b t1 ho b t1 ho 腹板的計(jì)算高度腹板的計(jì)算高度h0 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 規(guī)范規(guī)范規(guī)定，在組合梁的腹板計(jì)算高度邊緣處，若同時(shí)受有規(guī)定，在組合梁的腹板計(jì)算高度邊緣處，若同時(shí)受有 較大的較大的正應(yīng)力正應(yīng)力 、剪應(yīng)力、剪應(yīng)力 和局部壓應(yīng)力

40、和局部壓應(yīng)力 c，應(yīng)對(duì)折算應(yīng)力進(jìn)行驗(yàn)算。，應(yīng)對(duì)折算應(yīng)力進(jìn)行驗(yàn)算。 其強(qiáng)度驗(yàn)算式為：其強(qiáng)度驗(yàn)算式為： 2 折算應(yīng)力折算應(yīng)力 f cc1 2 2 2 3 （3-32） 圖圖3.11 、 、 c的共同作用的共同作用 y y x c n I My1 彎曲正應(yīng)力彎曲正應(yīng)力 wnxt I VS1 剪應(yīng)力剪應(yīng)力 c局部壓應(yīng)力局部壓應(yīng)力 、 c 拉應(yīng)力為正，拉應(yīng)力為正， 壓應(yīng)力為負(fù)。壓應(yīng)力為負(fù)。 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design P

41、rinciples of Steel Structure M、V驗(yàn)算截面的彎矩及剪力；驗(yàn)算截面的彎矩及剪力； In驗(yàn)算截面的凈截面慣性矩；驗(yàn)算截面的凈截面慣性矩； y1驗(yàn)算點(diǎn)至中和軸的距離；驗(yàn)算點(diǎn)至中和軸的距離； S1驗(yàn)算點(diǎn)以上或以下截面面積對(duì)中和軸的面積矩；驗(yàn)算點(diǎn)以上或以下截面面積對(duì)中和軸的面積矩； 如工字形截面即為翼緣面積對(duì)中和軸的面積矩。如工字形截面即為翼緣面積對(duì)中和軸的面積矩。 1折算應(yīng)力的折算應(yīng)力的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)。強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù)。 和和 c同號(hào)時(shí)，同號(hào)時(shí)， 1 =1.1； 和和 c異號(hào)時(shí)，異號(hào)時(shí)， 1 =1.2。 在式（在式（3-32）中將強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以增大系數(shù)）中將強(qiáng)度設(shè)計(jì)

42、值乘以增大系數(shù) 1，是考慮到某一，是考慮到某一 截面處腹板邊緣的折算應(yīng)力達(dá)到屈服時(shí)，僅限于局部，所以設(shè)計(jì)強(qiáng)截面處腹板邊緣的折算應(yīng)力達(dá)到屈服時(shí)，僅限于局部，所以設(shè)計(jì)強(qiáng) 度予以提高。度予以提高。 同時(shí)也考慮到異號(hào)應(yīng)力場(chǎng)將增加鋼材的塑性性能，因而同時(shí)也考慮到異號(hào)應(yīng)力場(chǎng)將增加鋼材的塑性性能，因而 1 1可取可取 得大一些；故得大一些；故當(dāng)當(dāng) 和和 c異號(hào)時(shí)，取異號(hào)時(shí)，取 1 =1.2。 當(dāng)當(dāng) 和和 c同號(hào)時(shí)，鋼材脆同號(hào)時(shí)，鋼材脆 性傾向增加，故取性傾向增加，故取 1 =1.1 。 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel

43、 Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 3 受彎構(gòu)件的剛度受彎構(gòu)件的剛度 計(jì)算梁的剛度是為了保證正常使用，屬于正常使用極限狀態(tài)。計(jì)算梁的剛度是為了保證正常使用，屬于正常使用極限狀態(tài)。 控制梁的剛度通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)荷載下的最大撓度加以限制實(shí)現(xiàn)。根據(jù)公控制梁的剛度通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)荷載下的最大撓度加以限制實(shí)現(xiàn)。根據(jù)公 式：式： 標(biāo)準(zhǔn)荷載下梁的最大撓度，標(biāo)準(zhǔn)荷載下梁的最大撓度，按按186186頁(yè)表頁(yè)表6.36.3規(guī)定采用規(guī)定采用 受彎構(gòu)件的撓度限值，受彎構(gòu)件的撓度限值， 186頁(yè)表頁(yè)表6-3 梁的最大撓

44、度可用材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計(jì)算。梁的最大撓度可用材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計(jì)算。 均布荷載下等均布荷載下等 截面簡(jiǎn)支梁截面簡(jiǎn)支梁 x x x x x EI lM EI lM EI ql 1048 5 384 5 224 集中荷載下等集中荷載下等 截面簡(jiǎn)支梁截面簡(jiǎn)支梁 x x x EI lM EI Pl 1248 23 式中，式中， Ix跨中毛截面慣性矩跨中毛截面慣性矩 Mx跨中截面彎矩跨中截面彎矩 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理

45、Design Principles of Steel Structure 3.4 按強(qiáng)度條件選擇梁截面按強(qiáng)度條件選擇梁截面 一般說(shuō)來(lái)，梁的設(shè)計(jì)步驟通常是一般說(shuō)來(lái)，梁的設(shè)計(jì)步驟通常是先根據(jù)強(qiáng)度和剛度要求先根據(jù)強(qiáng)度和剛度要求，同，同 時(shí)考慮時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定性等經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定性等各個(gè)方面，初步選擇截面尺寸，然后對(duì)所各個(gè)方面，初步選擇截面尺寸，然后對(duì)所 選的截面進(jìn)行驗(yàn)算。選的截面進(jìn)行驗(yàn)算。 如果驗(yàn)算結(jié)果不能滿足要求，就需要重新選擇截面或采取一如果驗(yàn)算結(jié)果不能滿足要求，就需要重新選擇截面或采取一 些有效的措施予以解決。對(duì)組合梁，還應(yīng)從經(jīng)濟(jì)考慮是否需要采些有效的措施予以解決。對(duì)組合梁，還應(yīng)從經(jīng)濟(jì)考慮是否需要采

46、 用變截面梁，使其截面沿長(zhǎng)度的變化與彎矩的變化相適應(yīng)。用變截面梁，使其截面沿長(zhǎng)度的變化與彎矩的變化相適應(yīng)。 此外，還必須妥善解決翼緣與腹板的連接問(wèn)題，受鋼材規(guī)格、此外，還必須妥善解決翼緣與腹板的連接問(wèn)題，受鋼材規(guī)格、 運(yùn)輸和安裝條件的限制而必須設(shè)置拼接的問(wèn)題，梁的支座以及與運(yùn)輸和安裝條件的限制而必須設(shè)置拼接的問(wèn)題，梁的支座以及與 其他構(gòu)件連接的問(wèn)題等等。其他構(gòu)件連接的問(wèn)題等等。 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Pr

47、inciples of Steel Structure 3.4.1 梁的截面選擇梁的截面選擇 1.型鋼梁截面的選擇型鋼梁截面的選擇 只需根據(jù)計(jì)算所得到的梁中最大彎矩按下列公式求出需要的只需根據(jù)計(jì)算所得到的梁中最大彎矩按下列公式求出需要的 凈截面模量，然后在型鋼規(guī)格表中選擇截面模量接近的凈截面模量，然后在型鋼規(guī)格表中選擇截面模量接近的Wnx 的型鋼做為試選截面。的型鋼做為試選截面。 f M W x x nx Mx梁截面內(nèi)繞梁截面內(nèi)繞x軸的最大彎矩設(shè)計(jì)值；軸的最大彎矩設(shè)計(jì)值； Wnx截面對(duì)截面對(duì)x軸的凈截面模量；軸的凈截面模量； x截面截面對(duì)對(duì)x軸的有限軸的有限塑性發(fā)展系數(shù)；塑性發(fā)展系數(shù)； f 鋼

48、材抗彎設(shè)計(jì)強(qiáng)度鋼材抗彎設(shè)計(jì)強(qiáng)度 ； 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 2.組合梁截面的選擇組合梁截面的選擇 梁的內(nèi)力較大時(shí)，需采用組合梁。常用的形式為由三塊鋼板焊梁的內(nèi)力較大時(shí)，需采用組合梁。常用的形式為由三塊鋼板焊 成的工字形截面。成的工字形截面。組合梁的截面選擇設(shè)計(jì)包括：確定截面高度、腹板組合梁的截面選擇設(shè)計(jì)包括：確定截面高度、腹板 尺寸和翼緣尺寸。尺寸

49、和翼緣尺寸。 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剛度要求，根據(jù)容許撓度查表；剛度要求，根據(jù)容許撓度查表； 經(jīng)濟(jì)高度經(jīng)濟(jì)高度he 滿足使用要求的前提下使梁的總用鋼量為最小。滿足使用要求的前提下使梁的總用鋼量為最小。 4222 maxmaxmax 10555 384484824 kkkk xxx q lMMlll EIEIEW hEh 以受均布荷載的簡(jiǎn)支梁為例：以受均布荷載的簡(jiǎn)支梁為例： 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第

50、三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 1.3 sks f 取，-荷載平均分項(xiàng)系數(shù)，可近似取。 min 5 31.2 fll h E 3 730cm sx hW 梁的經(jīng)濟(jì)高度梁的經(jīng)濟(jì)高度he e，經(jīng)驗(yàn)公式：經(jīng)驗(yàn)公式： 綜上所述，梁的高度應(yīng)滿足：綜上所述，梁的高度應(yīng)滿足： e hhhhh 且且 maxmin 并符合鋼材尺寸規(guī)格并符合鋼材尺寸規(guī)格 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 (3-35) 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章

51、強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 2）腹板尺寸）腹板尺寸 w Aw t Af h h hw 1 b1 t 腹板高度腹板高度hw 梁高確定以后腹板高也就確定了，腹板高為梁高梁高確定以后腹板高也就確定了，腹板高為梁高 減兩個(gè)翼緣的厚度，在取腹板高時(shí)要考慮鋼板的減兩個(gè)翼緣的厚度，在取腹板高時(shí)要考慮鋼板的 尺寸規(guī)格，一般使腹板高度為尺寸規(guī)格，一般使腹板高度為50mm的模數(shù)。的模數(shù)。 5 . 3/ ww ht Vw w fh V t max 2 . 1 腹板厚度腹板厚度tw 抗剪強(qiáng)度要求抗剪強(qiáng)度要求: : 局部穩(wěn)定和構(gòu)造因

52、素局部穩(wěn)定和構(gòu)造因素: : 一般來(lái)說(shuō)，腹板厚度最好在一般來(lái)說(shuō)，腹板厚度最好在8-22mm8-22mm范圍內(nèi)，對(duì)個(gè)別小跨度范圍內(nèi)，對(duì)個(gè)別小跨度 梁，腹板最小厚度可采取梁，腹板最小厚度可采取6mm6mm。 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure w 2 0 2 x II bt h 3 3）翼緣板尺寸）翼緣板尺寸 根據(jù)翼緣所需要的截面慣性矩確定翼緣板尺寸：根據(jù)翼緣所需要

53、的截面慣性矩確定翼緣板尺寸： 選擇選擇b和和t時(shí)要符合鋼板規(guī)格尺寸，一般翼緣寬度取時(shí)要符合鋼板規(guī)格尺寸，一般翼緣寬度取10mm的的 倍數(shù)，厚度取倍數(shù)，厚度取2mm的倍數(shù)。的倍數(shù)。 翼緣寬度翼緣寬度b或厚度或厚度t只要定出一個(gè)，就能確定另一個(gè)。只要定出一個(gè)，就能確定另一個(gè)。 b通常取通常?。?/3-1/5）h，同時(shí)為保證局部穩(wěn)定應(yīng)使，同時(shí)為保證局部穩(wěn)定應(yīng)使b/t30， 如果截面考慮發(fā)展部分塑性則如果截面考慮發(fā)展部分塑性則b/t26。 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng)

54、度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 3.4.2 截面驗(yàn)算截面驗(yàn)算 1.強(qiáng)度驗(yàn)算：強(qiáng)度驗(yàn)算： 包括包括正應(yīng)力、剪應(yīng)力、局部壓應(yīng)力正應(yīng)力、剪應(yīng)力、局部壓應(yīng)力驗(yàn)算，對(duì)組合梁還要驗(yàn)驗(yàn)算，對(duì)組合梁還要驗(yàn) 算翼緣與腹板交界處的算翼緣與腹板交界處的折算應(yīng)力折算應(yīng)力。 f f W M R y xx x （3-7） (1) 正應(yīng)力正應(yīng)力 (2) 剪應(yīng)力剪應(yīng)力 v x xy f tI SV （3-10） (3) 局部壓應(yīng)力局部壓應(yīng)力 c w z F f t l （3-30） (4) 折算應(yīng)力折算應(yīng)力 f cc1 2 2 2 3 （3-32）

55、 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 2.剛度驗(yàn)算：剛度驗(yàn)算： 均布荷載下等均布荷載下等 截面簡(jiǎn)支梁截面簡(jiǎn)支梁 x x x x x EI lM EI lM EI ql 1048 5 384 5 224 集中荷載下等集中荷載下等 截面簡(jiǎn)支梁截面簡(jiǎn)支梁 x x x EI lM EI Pl 1248 23 標(biāo)準(zhǔn)荷載下梁的最大撓度標(biāo)準(zhǔn)荷載下梁的最大撓度 受彎構(gòu)件的撓度

56、限值受彎構(gòu)件的撓度限值 梁的最大撓度可用材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計(jì)算。梁的最大撓度可用材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計(jì)算。 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 例例3-23-2 跨度為3米的簡(jiǎn)支梁，承受均布荷載，其中永久荷載標(biāo)準(zhǔn) 值qk=15kN/m，各可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值共為q1k=18kN/m，整體穩(wěn)定滿足要 求。試選擇普通工字鋼截面，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)。（型鋼梁設(shè)計(jì) 問(wèn)

57、題） 分析 解題步驟（按塑性設(shè)計(jì)） 荷載組合計(jì)算彎矩選擇截面 驗(yàn)算強(qiáng)度、剛度。 解 （1）荷載組合 標(biāo)準(zhǔn)荷載 q0= qk+q1k =15+18=33kN/m 設(shè)計(jì)荷載 q= 0( Gqk+ G1q1k) 0結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)。安全等級(jí)二級(jí)， 0 =1.0 G永久荷載分項(xiàng)系數(shù)，一般取 G =1.2 G1可變荷載分項(xiàng)系數(shù)，一般取 G1 =1.4 荷載組合系數(shù)，取 =1.0 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principl

58、es of Steel Structure （1）荷載組合）荷載組合 荷載設(shè)計(jì)值：荷載設(shè)計(jì)值：q=1.0(1.215+1.01.418)=43.2kN/m 荷載標(biāo)準(zhǔn)值：荷載標(biāo)準(zhǔn)值：q=1.0(15+18)=33kN/m （未包括梁的自重）（未包括梁的自重） （2）計(jì)算最大彎矩（跨中截面）計(jì)算最大彎矩（跨中截面） 在設(shè)計(jì)荷載下（暫不計(jì)自重）的最大彎矩在設(shè)計(jì)荷載下（暫不計(jì)自重）的最大彎矩 M=ql2/8=43.232/8=48.6kN-m （3）選擇截面）選擇截面 需要的凈截面抵抗矩需要的凈截面抵抗矩 Wnx=M/ xf=48.6103/1.05/215=215cm3 由附錄，選用由附錄，選用I2

59、0a， Ix=2369cm4，Wx=237cm3，Ix/Sx=17.4cm ， tw=7mm，g= 0.27kN/m。 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 加上梁的自重，重算最大彎矩：加上梁的自重，重算最大彎矩： M=ql2/8=（43.2+1.20.27)32/8=49.0kN-m (4) 強(qiáng)度驗(yàn)算強(qiáng)度驗(yàn)算 6 22 3 49 10 197N/mm215N/

60、mm 237 101.05 nx M f W 22 3 N/mm125N/mm5 .53 7174 10 )35 .43( 2 1 v wx x f tI VS 抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算 抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算 第三章第三章 構(gòu)件截面強(qiáng)度構(gòu)件截面強(qiáng)度 局部壓應(yīng)力驗(yàn)算局部壓應(yīng)力驗(yàn)算 在支座處有局部壓應(yīng)力。支座構(gòu)造被設(shè)計(jì)如圖，不設(shè)支承加勁肋。在支座處有局部壓應(yīng)力。支座構(gòu)造被設(shè)計(jì)如圖，不設(shè)支承加勁肋。 需驗(yàn)算局部壓應(yīng)力。需驗(yàn)算局部壓應(yīng)力。 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure 第三章第三章 強(qiáng)強(qiáng) 度度 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理