鋼梁截面設(shè)計要求

鋼梁截面的大小都須經(jīng)計算確定，并滿足強度、整體穩(wěn)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(chǎn)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(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)計時，取計算截面的邊緣纖維應(yīng)力達到鋼材的屈服點作為極限狀態(tài)。邊緣纖維應(yīng)力達到屈服點后，梁實際上還可繼續(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)展和擴大，后在該截面處形成塑性鉸。梁上出現(xiàn)使梁成為可動機構(gòu)的一定數(shù)量的塑性鉸后，梁即到達抗彎的極限狀態(tài)而破壞。當(dāng)按塑性設(shè)計時，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)計的鋼梁，與按彈性階段設(shè)計的梁相比較，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，同時組合梁板件的寬厚比應(yīng)有較嚴格的限制，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(shè)計要求。當(dāng)梁的抗彎強度按塑性階段設(shè)計時，剪力的存在會加速塑性鉸的形成;因此，對大彎矩截面上的剪應(yīng)力，應(yīng)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(dāng)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(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，荷載加大到一定程度，常會迅速產(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，使梁喪失整體穩(wěn)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(yīng)計算抗彎強度外，還必須驗算整體穩(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(見結(jié)構(gòu)穩(wěn)定)。