鋼梁截面設(shè)計(jì)要求

鋼梁截面的大小都須經(jīng)計(jì)算確定，并滿足強(qiáng)度、整體穩(wěn)定和剛度三個(gè)主要要求。前兩個(gè)保證鋼梁在使用中的安全，后者保證不會(huì)產(chǎn)生過大的變形以利正常使用。

1、強(qiáng)度

鋼梁的強(qiáng)度包括抵抗彎曲、剪切以及豎向局部承壓的能力。抗彎能力可由材料力學(xué)中的彎曲應(yīng)力公式求得(見梁的基本理論)。當(dāng)按彈性階段設(shè)計(jì)時(shí)，取計(jì)算截面的邊緣纖維應(yīng)力達(dá)到鋼材的屈服點(diǎn)作為極限狀態(tài)。邊緣纖維應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)后，梁實(shí)際上還可繼續(xù)承受荷載。隨著荷載的繼續(xù)加大，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(fā)展和擴(kuò)大，后在該截面處形成塑性鉸。梁上出現(xiàn)使梁成為可動(dòng)機(jī)構(gòu)的一定數(shù)量的塑性鉸后，梁即到達(dá)抗彎的極限狀態(tài)而破壞。當(dāng)按塑性設(shè)計(jì)時(shí)，考慮梁上形成塑性鉸及由此引起的內(nèi)力重分布。采用塑性設(shè)計(jì)的鋼梁，與按彈性階段設(shè)計(jì)的梁相比較，可減小截面尺寸，節(jié)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(shí)組合梁板件的寬厚比應(yīng)有較嚴(yán)格的限制，以免板件局部失穩(wěn)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(xué)中的有關(guān)公式計(jì)算。為了簡化，通常假定剪力完全由腹板的計(jì)算截面平均承受。型鋼的腹板較厚，抗剪強(qiáng)度一般都能滿足設(shè)計(jì)要求。當(dāng)梁的抗彎強(qiáng)度按塑性階段設(shè)計(jì)時(shí)，剪力的存在會(huì)加速塑性鉸的形成;因此，對(duì)大彎矩截面上的剪應(yīng)力，應(yīng)有比較嚴(yán)格的限制。鋼梁上承受固定集中荷載處(包括梁的支座處)，當(dāng)荷載作用在翼緣上時(shí)，該處翼緣與腹板交界部位的腹板水平截面，應(yīng)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(yàn)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(yīng)力在該水平截面上為均勻分布。若計(jì)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(shè)置腹板的加勁肋。

3、整體穩(wěn)定

在豎向荷載作用下，鋼梁一般只產(chǎn)生豎向位移(即撓度)，但對(duì)側(cè)向剛度較差的工字形截面或槽形截面鋼梁，當(dāng)梁的自由長度(側(cè)向無支承長度)較大時(shí)，荷載加大到一定程度，常會(huì)迅速產(chǎn)生較大的側(cè)向位移和扭轉(zhuǎn)變形，使梁隨即喪失承載能力的現(xiàn)象稱為喪失整體穩(wěn)定或側(cè)扭屈曲。當(dāng)梁的自由長度較大和受壓翼緣寬度較小時(shí)，使梁喪失整體穩(wěn)定的臨界荷載常小于強(qiáng)度破壞的荷載，因此，對(duì)梁的截面除應(yīng)計(jì)算抗彎強(qiáng)度外，還必須驗(yàn)算整體穩(wěn)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(diǎn)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(wěn)定性的有效辦法是在跨中設(shè)置側(cè)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(yīng)采取構(gòu)造措施，使該處截面不能產(chǎn)生側(cè)向位移和繞梁軸的轉(zhuǎn)動(dòng)(見結(jié)構(gòu)穩(wěn)定)。