建筑钢结构设计原理（第2版）课件：受弯构件

受弯构件4.1受弯构件的形式和应用4.2梁的强度与刚度4.3梁的整体稳定4.4梁的局部稳定与加劲肋设计4.6受弯构件的截面设计4.5组合梁考虑腹板屈服后强度的设计一、定义承受横向荷载和弯矩的构件受弯构件主要内力：弯矩和剪力梁实腹式受弯构件桁架格构式受弯构件二、梁的类型单向弯曲梁：仅在一个平面内受弯双向弯曲梁：在两个主平面内受弯4.1受弯构件的形式和应用建筑钢结构设计原理热轧型钢截面组合截面冷弯薄壁型钢截面空腹式截面钢与混凝土组合截面1)按截面型式分实腹式空腹式（蜂窝梁）型钢截面组合截面热轧冷弯薄壁焊接或铆接钢与混凝土三、受弯构件分类4.1受弯构件的形式和应用建筑钢结构设计原理2）按支承情况分：简支梁、连续梁、悬臂梁等。

3）按截面沿长度变化分：

等截面和变截面。

4.1受弯构件的形式和应用建筑钢结构设计原理

楼（屋）面梁（主梁、次梁）4）按使用功能分工作平台梁

吊车梁

檩条或墙梁4.1受弯构件的形式和应用建筑钢结构设计原理主要破坏形式

强度破坏整体失稳局部失稳刚度破坏截面应力分布整体失稳局部失稳4.1受弯构件的形式和应用建筑钢结构设计原理梁的正常使用极限状态挠曲变形梁的承载力极限状态四、梁的计算内容强度整体稳定局部稳定刚度本章主要介绍：实腹式受弯构件的强度、刚度、整体稳定和局部稳定及腹板屈曲后强度理论4.1受弯构件的形式和应用建筑钢结构设计原理4.2.1梁的强度梁在弯矩和剪力作用下将产生弯曲应力、剪切应力在集中荷载作用处产生局部压应力梁的强度应包括抗弯强度抗剪强度局压强度折算强度4.2梁的强度与刚度建筑钢结构设计原理x1）弹性阶段(1)梁从受力到产生破坏可以分为三个受力阶段1.梁的抗弯强度2）弹塑性阶段3）塑性阶段x4.2.1梁的强度建筑钢结构设计原理1）弹性阶段式中：截面对x轴的净截面模量当时，截面处于弹性状态。截面处于弹性极限状态。屈服弯矩特点：截面上所有点都处于弹性状态；应力应变成正比弹性阶段最大弯矩xx4.2.1梁的强度建筑钢结构设计原理塑性区弹性区弹塑性阶段特点：塑性区梁所承受的荷载弯矩更大，截面的抗弯能力发挥更充分但梁的刚度会降低。2）弹塑性阶段4.2.1梁的强度建筑钢结构设计原理x3）塑性阶段特点：

截面全部进入塑性状态，承载力达到极限，刚度退化为零，形成塑性铰；截面对x轴的截面塑性模量。4.2.1梁的强度建筑钢结构设计原理屈服弯矩和塑性弯矩的差值表示什么？表示截面塑性发展的能力差值越大，截面塑性发展的能力越突出：只取决于截面几何形状与材料性质无关的形状系数4.2.1梁的强度建筑钢结构设计原理：只取决于截面几何形状与材料性质无关的形状系数a、找出达到极限弯矩时截面中和轴，即：与弯曲主轴平行面积平分线，该中和轴两边面积相等，在双轴对称截面中，该轴就是主轴b、分别求两侧面积对中和轴的静矩，净矩之和即为塑性截面模量。4.2.1梁的强度建筑钢结构设计原理弹性塑性弹塑性工程中用此公式解决梁的抗弯问题（2）梁抗弯强度计算公式4.2.1梁的强度建筑钢结构设计原理截面塑性发展系数见《钢结构设计标准》工字型截面梁当翼缘外伸宽度和b与其厚度t的比值需要计算疲劳的梁(2)梁抗弯强度计算公式4.2.1梁的强度建筑钢结构设计原理式中：绕x轴和y轴的弯矩设计值对x轴和y轴的净截面模量相应的截面塑性发展系数钢材抗弯强度设计值单向弯曲梁双向弯曲梁4.2.1梁的强度建筑钢结构设计原理净截面模量、当截面板件宽厚比等级为S1、S2、S3或S4级时，应全截面模量当截面板件宽厚比等级为S5级时，应取有效截面模量构件板件宽厚比等级S1级S2级S3级S4级S5级受弯构件（梁）工字型截面翼缘b/t9εk11εk13εk15εk20腹板ho/tw65εk72εk93εk124εk250箱型截面壁板（腹板）间翼缘b0/t25εk32εk37εk42εk--4.2.1梁的强度建筑钢结构设计原理某焊接工字型等截面简支梁跨度为12m，钢材采用Q235，结构的重要性系数取1.0，基本组合下简支梁的均布荷载设计值（含自重）梁的截面尺寸及截面特征如图所示。截面无栓钉孔削弱。毛截面惯性矩；;绕y轴回转半径；翼缘毛截面对梁中和轴的面积矩：1.对梁跨中截面进行强度验算例题：4-1建筑钢结构设计原理1.公式：2.步骤：（1）找已知参数：（2）计算未知：例题：4-1建筑钢结构设计原理2.抗剪强度x式中：计算截面剪力计算剪应力处以外截面对中和轴面积距毛截面惯性矩计算点板件厚度4.2.1梁的强度建筑钢结构设计原理3.局压强度x式中：集中荷载，对动力荷载应考虑动力系数集中荷载增大系数集中荷载在计算处假定分布长度腹板厚度重级工作制吊车1.35，其它1.04.2.1梁的强度建筑钢结构设计原理确定1：2.5扩散轮压在钢轨中按1：1扩散4.2.1梁的强度建筑钢结构设计原理3.局压强度4.折算应力x4.2.1梁的强度建筑钢结构设计原理式中：腹板计算高度边缘的弯曲应力腹板计算高度边缘剪应力腹板计算高度边缘局压应力强度提高系数σ与σc异号，1.2σ与同号，或σc=0，1.14.2.1梁的强度建筑钢结构设计原理2.假定梁某截面的正应力和剪应力均较大，基本组合弯矩设计值为剪力设计职值为

。

试问：该截面梁腹板计算高度边缘处的折算应力为多少？1.公式：2.步骤：（1）找已知参数：（2）计算未知：例题：4-1建筑钢结构设计原理由荷载标准值产生的最大挠度梁的允许挠度，见规范表格等截面简支梁变截面简支梁4.2.2梁的刚度建筑钢结构设计原理3.假设，简支梁上承受的均布荷载标准值

，不考虑起拱因素，试问：简支梁最大挠跨比为多少？1.公式：2.步骤：（1）找已知参数：（2）计算未知：例题：4-1建筑钢结构设计原理4.3.1梁整体稳定的概念梁受弯上翼缘受压σ侧向弯曲失稳4.3梁的整体稳定建筑钢结构设计原理1.梁的失稳机理梁受弯上翼缘受压σ侧向弯曲失稳平面外弯扭失稳4.3梁的整体稳定建筑钢结构设计原理4.3.1梁整体稳定的概念2.梁失稳时的临界弯矩考虑抗力分项系数建筑钢结构设计原理4.3.1梁整体稳定的概念式中绕强轴作用的最大弯矩按受压纤维确定的梁毛截面模量钢材抗弯强度设计值梁整体稳定系数建筑钢结构设计原理4.3.2梁整体稳定的实用算法梁整体稳定系数的确定式中梁毛截面面积按受压纤维确定的梁毛截面模量梁截面高度焊接工字型截面梁梁受压翼缘厚度等效弯矩系数，查表受压翼缘侧向支撑点间距离对y轴长细比截面不对称系数建筑钢结构设计原理加强受压翼缘时受压翼缘时对中和轴惯性距受拉翼缘时对中和轴惯性距加强受拉翼缘时梁整体稳定系数的确定建筑钢结构设计原理4.假定，简支梁在梁端及距离两端

处（l为简支梁跨度）有可靠的侧向支撑。试问，作为在主平面内受弯构件，进行整体稳定计算时，整体稳定系数为多少？已知

。1.公式：2.步骤：（1）找已知参数：（2）计算未知：例题：4-1建筑钢结构设计原理某在建钢结构厂房倒塌破坏原因：钢结构厂房属于大跨度结构，对雪荷载非常敏感结构设计时对荷载估计不足乡镇项目，缺少审批验收环节，缺少了安全屏障在大雪中，钢结构梁严重超负荷工作，产生侧向失稳，造成屋盖整体塌落。前车之鉴马虎大意弄虚作假工程案例4.3.3影响梁整体稳定性的因素及增强整体稳定性的措施钢梁矢稳檩条矢稳1.如何提高梁稳定承载力?矢稳原因?设计原因加工原因安装原因其他原因设计原因问题引入思考：2.哪些措施安全经济，构造简单，施工方便?梁的失稳机理梁受弯上翼缘受压σ侧向弯曲失稳平面外弯扭失稳4.3.3影响梁整体稳定性的因素及增强整体稳定性的措施知识回顾梁临界弯矩一般表达式：适用于单轴、双轴对称截面、不同荷载类型、不同支撑条件、不同荷载位置的梁4.3.3影响梁整体稳定性的因素及增强整体稳定性的措施梁自由长度梁刚度参数知识回顾1.若两个梁除了面积之外所有条件均相同。说法：面积越大梁的稳定承载力越高是否正确？是否AB提交投票最多可选1项ABC无法判断ACD提交2.三个梁荷载类别、支撑情况、荷载位置等情况都相同，唯一的区别是截面形式不同，哪一个梁稳定承载力最高？A：双轴对称B：加强受压翼缘C：加强受拉翼缘B单选题1分此题未设置答案，请点击右侧设置按钮3.下图为完全相同的简支梁，唯一的区别是荷载类型不同，哪一个梁稳定承载力最高？ABC无法判断BCD提交MMAqFBCA单选题1分此题未设置答案，请点击右侧设置按钮A提交4.三个梁荷载类别、支撑情况、截面等情况都相同，唯一的区别是荷载作用位置不同，哪一个梁稳定承载力最高？ABC无法判断BDABCC单选题1分此题未设置答案，请点击右侧设置按钮C大于BABCD提交A大于BMMMMA小于BAB5.除了支撑情况不同，其他信息均相同？以下对于梁稳定承载力说法正确的是？MMC小于BEA大于CC多选题2分1.影响梁整体稳定性的因素则临界弯矩侧向抗弯刚度抗扭刚度抗翘曲刚度1）截面刚度的影响4.3.3影响梁整体稳定性的因素及增强整体稳定性的措施宽肢薄壁理论分析结论：梁的侧向抗弯刚度、抗扭刚度越大，临界弯矩越大2）梁受压翼缘的自由长度减小增大结论：梁受压翼缘的自由长度越大、临界弯矩越小。3）荷载作用类型及其作用位置对临界弯矩的影响qMM最小最大纯弯一般荷载4.3.3影响梁整体稳定性的因素及增强整体稳定性的措施F荷载作用类型荷载作用位置ePPOMPePOM其它影响因素4.3.3影响梁整体稳定性的因素及增强整体稳定性的措施支座约束约束越强，稳定承载力越高截面的对称性加强受压翼缘受压面积增大受压区抗弯刚度增大增大1）增加梁截面尺寸，其中增大受压翼缘宽度最为有效2.增强梁整体稳定的措施增加抗弯刚度yy4.3.3影响梁整体稳定性的因素及增强整体稳定性的措施解决方案2）增加侧向支撑系统，减小构件侧向支撑点之间的距离，侧向支撑应设在受压翼缘。侧向支撑越靠近受压翼缘，效果越好越小稳定承载力越高2.增强梁整体稳定的措施3）当跨内无法增设侧向支撑时，宜采用闭合箱型截面yy4.3.3影响梁整体稳定性的因素及增强整体稳定性的措施解决方案均较开口截面大4）增加梁两端约束，提高其稳定性。铰接刚接约束越强，稳定承载力越高

1.截面刚度2.受压翼缘侧向支承点长度3.荷载性质5.截面的对称性6.支座约束情况一、影响梁整体稳定的因素4.荷载作用位置二、提高梁整体稳定的措施2.增加侧向支撑，减小受压翼缘侧向支撑点之间的距离小结

4.3.3影响梁整体稳定性的因素及增强整体稳定性的措施3.当跨中无侧向支撑时，宜采用闭合箱型截面1.增加梁截面尺寸，增大受压翼缘宽度最为有效4.增加梁两端约束，提高梁稳定承载力ABDCABCD提交1.如图所示简支梁，跨中受到集中力作用，如果想通过增加侧向支撑的方式提高量的稳定性，请问一下四种支撑的位置，哪种效果最好？侧向支撑越靠近受压翼缘，效果越好(A)(B)(C)(D)单选题1分作答2.以下各简支梁，除截面放置和荷载作用位置有所不同之外，其他条件均相同，则以

[填空1]

的整体稳定性为最好，

[填空2]

的为最差。(A)(B)(C)(D)力作用在受压翼缘，提高稳定性加强受压翼缘，提高稳定性填空题2分讨论1.提出提高稳定性的可行措施、原因。2.比较并提出最优方案。多高层框架梁门架梁吊车梁桥面梁4.3.3影响梁整体稳定性的因素及增强整体稳定性的措施

1）当有铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固连接，能阻止梁的受压翼缘侧向位移时。3.梁整体稳定性的保证《钢结构设计标准》规定：符合以下条件可不进行整体稳定验算工程应用隅撑隅撑《钢结构设计标准》规定：符合以下条件可不进行整体稳定验算4.3.3影响梁整体稳定性的因素及增强整体稳定性的措施工程应用受压翼缘自由长度与受压翼缘宽度比值满足下列要求：檩条钢号荷载上翼缘荷载下翼缘跨中有侧向支撑Q2351320163.梁整体稳定性的保证门架梁

对于吊车额定起重量Q≤30t，跨度l≤6m，工作级别为Al～A5的吊车梁，可采用

增加受压翼缘的办法。吊车梁加强受压翼缘梁4.3.3影响梁整体稳定性的因素及增强整体稳定性的措施工程应用3.梁整体稳定性的保证

当吊车额定起重量和吊车梁跨度再大时，常在吊车梁的上翼缘平面内设置制动梁或制动桁架，提高稳定性。4.3.3影响梁整体稳定性的因素及增强整体稳定性的措施工程应用制动桁架3.梁整体稳定性的保证节省钢材4.3.3影响梁整体稳定性的因素及增强整体稳定性的措施工程应用港珠澳大桥钢箱梁降低成本减少碳排放绿色环保3.梁整体稳定性的保证2）箱型截面梁：截面尺寸满足可不计算稳定性。且桥面梁局部失稳现象

组合梁发生强度破坏或丧失整体稳定之前，受弯构件组成板件会偏离原来平面位置而发生波形鼓曲，这种现象称为梁的局部失稳现象。

受弯构件发生局部失稳后，截面中应力进行重分布，故不致引起受弯构件立刻破坏，但会引起强度、整体稳定和刚度下降，故在钢结构中采取构造措施防止局部失稳发生。

4.4梁的局部稳定和腹板加劲肋设计建筑钢结构设计原理4.4.1受弯构件局部稳定的概念为提高强度和刚度，腹板宜高为提高整体稳定性，翼缘宜宽较宽较薄受压翼缘屈曲腹板屈曲翼缘鼓曲腹板鼓曲4.4梁的局部稳定和腹板加劲肋设计建筑钢结构设计原理4.4.2受压翼缘的局部稳定

限制板件宽厚比的方法保证翼缘稳定性三边简支一边自由4.4梁的局部稳定和腹板加劲肋设计建筑钢结构设计原理宽为b0的翼缘b1h0tttwb0四边简支板4.4梁的局部稳定和腹板加劲肋设计建筑钢结构设计原理x4.3.3腹板的局部稳定板厚tw4.4梁的局部稳定和腹板加劲肋设计建筑钢结构设计原理1.腹板的纯剪屈曲腹板的纯弯屈曲考虑腹板嵌固系数板厚tw梁受压翼缘扭转受到约束时，梁受压翼缘扭转未受到约束时，腹板在局部压应力作用下的屈曲腹板的纯剪屈曲腹板的纯弯屈曲腹板在局部压应力作用下的屈曲4.4梁的局部稳定和腹板加劲肋设计建筑钢结构设计原理腹板不会发生局部失稳腹板发生纯剪屈曲、局压屈曲腹板三种屈曲都会发生4.4梁的局部稳定和腹板加劲肋设计建筑钢