《钢结构制作与安装》课件-项目4 钢结构构件设计基础

轴心受力构件的设计基础轴心受力构件的设计基础轴心受力偏心受力钢结构的受力体系受弯构件强度计算稳定性计算计算内容刚度计算轴心受力构件的设计基础轴心受力构件的应用桁架特点：节点为铰连接，受力特点是只承受通过截面形心的轴向力作用。网架塔架轴心受力构件的设计基础轴心受力构件的截面形式及应用分类：轴心受拉构件、轴心受力构件图1轴心受力构件的截面形式轴心受力构件的设计基础轴心受力构件的强度计算和刚度计算

表4.2受压构件的容许长细比

项次构件名称承受静力荷载或间接承受动力荷载的结构直接承受动力荷载的结构一般建筑结构有重级工作制吊车的厂房1桁架的杆件3502502502吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑300200

3其他拉杆、支撑、系杆等(张紧的圆钢除外)400350

项次构件名称容许长细比1柱、桁架和天窗架中的杆件150柱的缀条、吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑2支撑（吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑除外）200用以减少受压构件长细比的杆件表4.1受拉构件的容许长细比轴心受力构件的设计基础轴心受力构件的稳定性失稳破坏：由于受压构件不能保持原有的直线形状平衡的失效现象。或称屈曲。1.理想轴心受压构件的屈曲形式图4.2三种不同形式的屈曲轴心受力构件的设计基础轴心受力构件的稳定性局部失稳：在外压力作用下，截面的某些部分（板件），不能继续维持平面平衡状态而产生凸曲现象。图4.3工字钢柱局部失稳轴心受力构件的设计基础柱头的连接及构造为了使柱子实现轴心受压，并安全将荷载传至基础，必须合理构造柱头、柱脚。设计原则是：传力明确、过程简洁、经济合理、安全可靠、并具有足够的刚度且构造又不复杂。图4.4梁铰接于柱顶的构造轴心受力构件的设计基础图4.5梁支承于柱顶侧面图4.6梁与柱刚接轴心受力构件的设计基础柱头的传力路线：

梁

突缘

柱顶板

加劲肋

柱身焊缝

垫板焊缝

焊缝

柱顶板加劲肋柱梁梁突缘垫板填板填板构造螺栓图4.7柱头的传力示意图轴心受力构件的设计基础柱脚按照连接方式不同分为：铰接构造、刚接构造图4.8柱脚形式轴心受力构件的设计基础柱脚传力途径按照连接方式不同分为：铰接构造、刚接构造图4.9柱脚的传力示意图柱

靴梁

底板

混凝土基础隔板（肋板）实际计算不考虑cca1Bt1t1Lab1靴梁隔板底板隔板锚栓柱N轴心受力构件的设计基础柱脚是钢结构的一个重要组成部分，将柱身荷载传给基础的部分，具有固定位置和传力两大作用，对整个结构的安全有重大影响。柱脚是比较费钢、费工的部分，在保证安全的前提下，设计时应力求简明，并尽可能符合结构设计的计算简图，便于施工。轴心受力构件的设计基础反思：柱脚是比较费钢、费工的部分，可以忽略不做吗？同学们，钢结构柱脚是柱与基础连接的部位，是钢结构扎根基础的部分，就像大树扎根大地，根基要稳，结构才能安全稳定。就像做人一样，人品要硬，才会走的长久稳定。轴心受力构件的设计基础轴心受力构件计算内容轴心受压构件强度计算轴心受拉构件刚度计算强度计算刚度计算稳定性计算轴心受力构件强度和刚度1目录CONTENT整体稳定性2柱头和柱脚4局部稳定性3PART01强度和刚度轴心受力构件在桁架、刚架、排架、网架、塔架、支撑以及网壳等钢结构受力体系中都有广泛的应用。这类结构通常假设其节点为铰连接，其受力特点是只承受通过截面形心的轴向力作用。根据轴向力方向的不同，可分为轴心受拉构件和轴心受压构件。轴心受力构件包括轴心受拉构件与轴心受压构件。当无节间荷载作用时，只受轴向拉力和轴向压力的作用。

结构受力及特点图4-1轴心受力构件NN（1）作用在构件上的荷载是轴心压力或轴心拉力；（2）构件理想的直杆；（3）构件无初应力；（4）节点铰支。轴心受力构件分为轴心受拉构件和轴心受压构件，主要用于承重结构，它们广泛应用于桁架网架、塔架和支撑等结构中。图4.2轴心受力构件在工程中的应用(a)桁架；（b）塔架；（c）网架轴心受力构件的实际应用++++++++b)图4-3轴心受力构件截面形式a)b)轴心受拉构件其截面形式主要有型钢截面（包括热轧型钢、冷弯薄壁型钢）和由型钢组成的实腹式截面（T形、十字形等）。轴心受压构件轴心受压构件按截面形式可分为实腹式和格构式两大类。实腹式构件在腹部处往往有钢板直接承受压力，如工字钢截面。格构式的截面一般多由两个或多个型钢分支通过缀板或缀条连接而成。热轧型钢、冷弯薄壁型钢、实腹式组合、格构式组合。截面形式一般分为两类，第一类是热轧型钢截面（a）；第二类是型钢组合截面（图b）或格构式组合截面（c）。图（a）热轧型钢截面图（b）型钢组合截面图（c）格构式组合截面截面形式分类式中：N—荷载引起的轴心拉力或压力

An—净截面面积

f—钢材抗拉或抗压设计强度一、轴心受力构件的强度要求：净截面平均应力不超过设计强度。验算公式：轴心受力构件的极限状态承载能力极限状态轴心受拉构件只需进行强度验算轴心受压构件除强度验算还有稳定问题轴心受力的强度问题二、轴心受力构件的刚度轴心受力构件的刚度是以他的长细比来衡量的式中：l---构件最不利方向的长细比，一般为两主轴方向长细比较大值.lx

=lox/ix，ly

=loy/iy

lo-----相应方向的构件计算长度

i-----相应方向的截面回转半径[l]-----受拉或受压构件的容许长细比。轴心受力的刚度问题PART02整体稳定性一、关于稳定问题的概述(a)稳定：一理想直杆，当轴心压力小于某值时，杆件处于直杆平衡状态，这时如果由于任意偶然外力的作用而发生弯曲，当偶然外力停止作用，杆件立即回复到直杆平衡状态；(b)临界(中性平衡)：当偶然外力停止作用，杆件不恢复到直杆状态而处于微微弯曲的平衡状态(c)不稳定：扰动变形持续增加；稳定问题概述失稳类型：弯曲屈曲，扭转屈曲，弯扭屈曲。一般钢结构中采用的截面形式（如工字形、箱形、H型、T型）只发生弯曲屈曲，只有薄壁型钢截面可能发生弯曲屈曲或弯扭屈曲：角钢、槽钢等在杆件绕截面的对称轴弯曲的同时，必然会伴随扭转变形，产生弯扭屈曲，但对于用两个角钢组成的单轴对称T形截面，它的弯扭屈曲临界力接近弯曲屈曲临界力，也可按照弯曲屈曲临界力来计算。因此，弯曲屈曲是确定轴心压杆稳定承载力的主要依据。稳定问题概述1、理想轴心受压构件杆件本身是绝对直杆，材料均匀，各向同性；无荷载偏心，无初始应力，压力作用线与形心纵轴重合；2、整体失稳（屈曲）现象

轴心压杆在截面上的平均应力低于屈服点的情况下，由于变形（可能是弯曲，也可能是扭转或弯扭）过大，处于不稳定状态而丧失承载能力。这种现象称为整体失稳。轴心受压构件受力性能弯曲失稳双轴对称截面的轴压杆扭转失稳长细比不大，而板件较薄的十字形截面弯扭失稳截面无对称或单轴对称整体失稳形式（1）第一类稳定问题直线平衡直线平衡弯曲平衡N

＜Ncr○○。Ncr○○。Ncr。○○N

>Ncr。○○弯曲破坏失去直线平衡a.存在两种平衡状态直线平衡曲线平衡b.失稳前后变形状态不同特点：两类失稳问题（2）第二类稳定问题只存在曲线平衡状态，失稳前后变形状态一样E－－材料的弹性模量l0－－构件的计算长度取值见表4.3I－－构件截面绕屈曲方向中和轴的惯性矩EI－－构件的抗弯刚度－－构件长细比－－截面绕屈曲方向的回转半径欧拉临界力和临界应力1、实际轴心受压构件与理想构件的区别存在残余应力存在初弯曲存在初偏心2、失稳过程3、初始缺陷对构件屈曲临界力的影响实际轴心受压构件的受力性能实际轴心受压柱不可避免地存在几何缺陷和残余应力，同时柱的材料还可能不均匀。轴心受压柱的实际承载力取决于柱的长度和初弯曲，柱的截面形状和尺寸以及残余应力的分布与峰值。轴心受压柱的实际承载力PART03局部稳定性局部失稳受压构件中板件的宽厚比较大，，当压力达到某一数值（小于临界力）时，板件不能继续维持平面平衡状态而产生凸曲现象，这种现象称为板件的局部失稳现象。危害性虽无整体失稳危险，但由于截面某个板件失稳而退出工作后，将使截面有效承载部分减小，同时还使截面不对称，将促进构件整体发生破坏。因此，组成实腹式截面的板件局部稳定也必须保证，它也属于承载力的一部分。如何保证？限制板件的宽厚比。基本概念确定板件宽（高）厚比限值的准则：局部屈曲临界应力≥屈服应力：构件应力达到屈服前，其板件不发生局部屈曲（适用于中长构件）局部屈曲临界应力≥整体临界应力：构件整体屈曲前，其板件不发生局部屈曲（适用于短柱）基本概念2、腹板高厚比限值1、翼缘宽厚比限值工字形箱形截面T形截面式中——构件最大长细比。当

＜30时，取=30

当

＞100时，取=100。

fy——构件钢材的屈服点。

_不同钢材时的换算系数。

板件宽厚比限值实腹式轴压杆常用截面形式及其优缺点(1)强度验算强度验算公式为

式中：N

――轴心压力设计值；

An

――压杆的净截面面积；

f

――钢材的抗压强度设计值。

(2)刚度验算刚度验算公式为截面验算整体验算公式为：验算整体稳定时，应对截面的两个主轴方向进行验算。局部稳定验算应根据截面形式整体稳定性验算局部稳定性验算1、当实腹柱的腹板计算高度h0

与tw

厚度之比大于80时，应设置成对的横向加劲肋（右图）横向加劲肋的作用是防止腹板在施工和运输过程中发生变形，并可提高柱的抗扭刚度。横向加劲肋的间距不得大于3h0

，外伸宽度bs不小于h0/30+40mm

，厚度tw

应不小于bs/15。实腹柱中的横向加劲肋构造规定2、除工字形截面外，其余截面的实腹柱应在受有较大水平力处、在运输单元的端部以及其它需要处设置横隔。横隔的中距不得大于柱截面较大宽度的9倍，也不得大于8m。构造规定PART04柱头与柱脚1）概念：柱下端与基础相连的部分2）作用：把柱身的压力均匀地传给基础，并将柱固定于基础3）特点：因基础多为混凝土基础，其强度远比钢材低，故将柱身底端扩大以增加与基础的接触面积，使其接触面上的承压力小于或等于基础的抗压强度设计值。因此要求基础有一定的长度和宽度，也应有一定的刚度和强度，使柱身压力均匀的传到基础。因此注脚构造比较复杂、用钢量大，制造费工。4）设计原则：传力明确、可靠、简捷，构造简单，节约钢材，施工方便，并符合计算简图。概述梁支承于柱顶的铰接连接

梁与柱的连接梁支承于柱侧的铰接连接如图a所示的连接，只能用于梁的反力较小的情况当梁反力较大时，可采用图b的做法当两邻梁反力相差较大时，可采用图c的连接形式梁与柱的连接梁与柱的连接传力路径

分类：铰接和刚接两种组成：底板、靴梁、肋板轴心受压柱的柱脚通常按铰接计算；但实际工程中很少采用真正的球形轴形弧形等形式的铰。主要是由底板传力结构（靴梁肋板等）和锚栓组成的铰接柱脚。柱脚实际工程中很少采用真正自由转动的球形、轴形、弧形等形式的铰。而是由：底板、传力构件（靴梁和靴梁带隔板、加劲肋）、锚固螺栓等组成。（一）柱脚的形式：

柱脚按其与基础连接方式不同可分铰接和钢接两类：1、铰接：轴心受压柱一般用铰接(主讲）；主要有三种形式——仅设置底板；设置底板、靴梁、隔板、加劲肋；锚固螺栓：大型。2、刚接：偏心受压柱一般用刚接（将柱埋入基础混凝土中）。铰接柱脚的构造1、仅设置底板当轴向力较小时，采用如图（a）所示的形式，是最简单的柱脚形式。把柱身直接焊在底板上，底板厚为20~40mm，柱身的压力通过柱与底板的焊缝传底板，再由底板传给基础。底板用地脚螺栓与基础相连。对受力很小的柱铰接柱脚的构造2、设置底板、靴梁、隔板、加劲肋

当轴向力较大时，采用如图（b）、（c）所示柱端通过与靴梁的竖向焊缝将力传给靴梁，靴梁通过底部焊缝将压力传给底板，靴梁不仅增加了焊缝的长度，也将底板分成较小的区格，减小了底板在反力作用下的最大弯矩值。当采用靴梁后，底板的弯矩值仍较大时，可再采用隔板和肋板，将底板分成小的区格。如上海宝钢，80多米高柱，靴梁7~8m高。铰接柱脚的构造3、有靴梁和肋脚的柱脚或仅用肋脚作分布结构的柱脚：采用U型孔，一般螺栓的直径为20~25mm，为安装方便，底板上的锚栓孔径为锚栓直径的1.5~2.0倍，并采用U型孔，便于安装和调整位置。铰接柱脚的构造①柱翼缘与底板间采用全焊透坡口对接焊缝链接，柱腹板及加劲肋与底板间采用双面角焊缝连接。②铰接柱脚的锚栓直径应根据钢柱板件厚度和底板厚度相协调的原则确定，一般取24～42mm，且不宜小于24mm。锚栓的数目常用2个或4个，同时应与钢柱截面尺寸以及安装要求相协调。钢架跨度≤18m时，采用2M24；刚架跨度≤27m时，采用4M30。③柱脚底板上的锚栓孔径宜取锚栓直径加20mm，锚栓螺母下的垫板孔径取锚栓直径加2mm，垫板厚度一般为0.4d～0.5d（d为锚栓外径），但不宜小于20mm，垫板边长取3（d+2）。外露式铰接柱脚①外露式刚接柱脚，一般均应设置加劲肋，以加强柱脚刚度；②柱翼缘与底板间采用全焊透坡口对接焊缝连接，柱腹板及加劲肋与底板间采用双面角焊缝连接。角焊缝焊脚尺寸均按照第三章相应方法确定。③刚接柱脚锚栓承受拉力和作为安装固定之用，一般采用Q235钢制作。锚栓直径不宜小于24mm。底板的锚栓孔径不小于锚栓直径加20mm；锚栓垫板的锚栓孔取锚栓直径加2mm。锚栓螺母下垫板的厚度一般为（0.4～0.5）d，但不宜小于20mm，垫板边长取3（d+2）。锚栓应采用双螺母紧固，为使锚栓能准确锚固于设计位置，应采用具有足够刚度的固定架。外露式刚接柱脚④对于槽型靴梁的板式柱脚有以下规定：A.锚栓支承托由横板、加劲肋组成，提高了柱脚的嵌固作用。B.锚栓支撑托座横板的厚度，取与靴梁板相同厚度；锚栓支承托座加劲肋的上端与支承托座横板的连接宜剖平顶紧(如图4.24（b)）。C.靴梁的高度不宜小于250mm，其板件的厚度宜与柱翼缘大致相同，且不宜小于10mm。长度要与底板协调，靴梁腹板应符合梁腹板的要求。靴梁之间隔板与加劲肋不宜小于8mm，同时隔板厚度不应小于隔板跨长的1/50，隔板的高度一般为靴梁高度的2/3，并不宜大于650mm。D.锚栓支承托座的锚栓孔径不小于锚栓加直径20mm；锚栓支承托座横板上应开缺口以便锚栓穿过。外露式刚接柱脚将钢柱直接埋入混凝土构件（如地下室墙、基础梁等）中的柱脚称为埋入式柱脚（图4.25a）；而将钢柱置于混凝土构件上又伸出钢筋，在钢柱四周外包一段钢筋混凝土者为外包式柱脚，亦称为非埋入式柱脚。这两种柱脚常用于多、高层钢结构建筑物。埋入式柱脚①柱埋入部分四周设置的主筋、箍筋应根据柱脚底部弯矩和剪力按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010计算确定，符合相关构造要求。柱翼缘或管柱外边缘混凝土保护层厚度（图4.25b),边列柱的翼缘或管柱外边缘至基础梁端部的距离不应小于400mm，中间柱翼缘或管柱外边缘至基础梁边相交线的距离不应小于250mm；基础梁梁边相交线的夹角应做成钝角，其坡度不应小于1:4的斜角；在基础护筏板的边部，应配置水平U形箍筋抵抗柱的水平冲切。②柱脚端部及底板、锚栓、水平加劲肋隔板的构造要求符合规范有关规定。③圆管柱和矩形管柱应在管内浇灌混凝土。④对于有拔力的柱、宜在柱埋入混凝土部分设置栓钉。研究表明，栓钉对于传递弯矩和剪力没有支配作用，但对于抗拉，由于栓钉受剪，能传递内力。因此对于有拔力的柱，规定了宜设栓钉的要求。⑤柱脚边缘混凝土的承压应力主要依据钢柱侧面混凝土受压区的支承反力形成的抗力与钢柱的弯距和剪力平衡，便可得出钢柱与基础的刚性连接的埋入深度以及柱脚边缘混凝土的承压应力小于或等于混凝土抗压强度设计值的计算式。埋入式柱脚

插入式柱脚是指钢柱直接插入已浇筑好的杯口内，经校准后用细石混凝土浇灌至基础顶面，使钢柱与基础刚性连接。柱脚的作用是将钢柱下端的内力（轴力、弯矩、剪力）

通过二次浇灌的细石混凝土传给基础，其作用力的传递机理与埋入式柱脚基本相同。钢柱下部的弯矩和剪力，主要是通过二次浇灌层细石混凝土对钢柱翼缘的侧向压力所产生的弯矩来平衡，轴向力由二次浇灌层的粘结力和柱底反力承受。插入式柱脚（1）传力性能及破坏模式混凝土外包式柱脚的钢柱弯矩，大致上外包柱脚顶部钢筋位置处最大，底板处约为零。在此弯矩分布假定下所对应的承载机构如图21所示。也即在外包混凝土刚度较大且充分配置顶部钢筋的条件下，主要假定外包柱脚顶部开始从钢柱向混凝土传递内力。

外包式柱脚的弯矩图及计算简图

外包式柱脚（1）传力性能及破坏模式外包式柱脚典型的破坏模式有：钢柱的压力导致顶部混凝土压坏；外包混凝土剪力引起的斜裂缝；主筋在外包混凝土锚固区破坏；主筋弯曲屈服。其中，前三种破坏模式会导致承载力急剧下降，变形能力较差。因此外包混凝土顶部应配置足够的抗剪补强钢筋，通常集中配置3道构造箍筋，以防止顶部混凝土被压碎和保证水平剪力传递。外包式柱脚箍筋按100mm的间距配置，以避免出现受剪斜裂缝，并应保证钢筋的锚固长度和混凝土的外包厚度。图4.27(b)外包式柱脚的主要破坏模式外包式柱脚A.外包式柱脚底板应位于基础梁及筏板的混凝土保护层内；外包混凝土厚度，对H形截面柱不宜小于160mm，对矩形管或圆管柱不宜小于180mm，同时不宜小于钢柱截面高度的30%；混凝土强度等级不宜低于C30；柱脚混凝土外包高度，H形截面柱不宜小于柱截面高度的2倍，矩形管柱或圆管柱宜为矩形管截面长边尺寸或圆管直径的2.5倍；当没有地下室时，外包宽度或高度宜增大20%，当仅有一层地下室时，外包宽度宜增大10%。B.柱脚底板尺寸和厚度应按结构安装阶段荷载作用下轴心力、底板的支承条件计算确定，其厚度不宜小于16mm。C.柱脚锚栓应按构造要求设置，直径不宜小于16mm，锚固长度不宜小于其直径的20倍。D.柱在外包混凝土的顶部箍筋处应设置水平加劲肋或横隔板，其宽厚比应符合标准规定。E.当框架柱为圆管或矩形管时，应在管内浇灌混凝土，强度等级不应小于基础混凝土。浇灌高度应高于外包混凝土，且不宜小于圆管直径或圆形管的长边。F.外包钢筋混凝土的受弯和受剪承载力验算应符合《混凝土结构设计规范》GB50010的有关规定，主筋伸入基础内的长度不应小于25倍直径，四角主筋两端应加弯钩，下弯长度不应小于150mm，下弯段宜与钢柱焊接，顶部箍筋应加强加密，并不应小于3根直径12mm的HRB335级热轧钢筋。构造要求钢结构知识小课堂——组合截面的形心

组合截面的面积矩

∑Aizcii=1nSy=∑Aiycii=1nSz=组合截面形心的位置钢结构知识小课堂

——确定组合截面形心案例主讲教师：王丽英确定组合截面的形心的位置zy15050c5050180C1C2C3解：250钢结构知识小课堂——长细比知多少？

长细比

从这个公式中可以看出长细比的概念综合考虑了构件的端部约束情况，构件本身的长度和构件的截面特性。长细比这个概念对于受压杆件稳定计算的影响是很明显的，因为长细比越大的构件越容易失稳。长细比和挠度是什么关系哪？1）挠度是加载后构件的的变形量，也就是其位移值。2）长细比用来表示轴心受力构件的刚度的，构件过于细长，容易因自重和偶然撞击发生弯曲过大的变形，从而影响正常使用，也会降低结构的使用寿命。3）挠度和长细比是完全不同的概念。长细比是杆件计算长度与截面回转半径的比值。挠度是构件受力后某点的位移值。最大刚度平面

最大刚度平面就是绕强轴转动平面，一般截面有两条轴，其中一条的截面抵抗矩大，称为强轴，另一条就为弱轴。

在截面中与上下翼缘板平行的中和轴是强轴，与上下翼缘板垂直的中和轴是弱轴。能够使上下翼缘板最有效的抵抗弯曲的中和轴是强轴，相反的，不能使上下翼缘板最有效地抵抗弯曲的中和轴是弱轴。采用H型钢作为梁，通常使截面的强轴方向应对弯曲方向。尽管截面的强轴方向与弯曲方向一致，但有时候梁也有可能往弱轴方向弯曲（平面外弯曲）。设计时，一定要认真对待这个问题。一般采取辅助支撑构件来防止梁平面外曲屈。作为柱子使用时，常在弱轴方向设置斜撑等支撑结构。什么是H型钢的强轴和弱轴？受弯构件设计基础受弯构件设计基础受弯构件的分类1.支承情况：简支梁、悬臂梁、固端梁和连续梁图4.10钢梁的形式受弯构件的分类2.受力情况：单向受弯梁和双向受弯梁图4.11单、双向受弯梁3.制作方法：实腹式梁和空腹式梁实腹式型钢截面组合截面热轧冷弯薄壁焊接或铆接钢与混凝土受弯构件的截面形式及要求图4.12钢梁的截面形式型钢梁组合梁受弯构件的截面形式及要求图4.13蜂窝梁图4.14变截面梁图4.15钢与混凝土组合梁钢梁的要求内容强度计算稳定性计算刚度计算梁的强度工字形钢梁在弯矩作用下最危险截面的弯曲正应力将经历三个发展阶段：弹性阶段——截面上所有点都处于弹性状态；应力三角形分布；弹塑性阶段——截面外缘部分进入塑性状态，中央部分仍保持弹性；塑性阶段——截面全部进入塑性状态，形成塑性铰；梁的刚度降低，变形大。强度抗弯强度抗剪强度局部承压强度折算应力图4.16梁截面的i应力分布梁的刚度式中：𝜐——梁的最大挠度（mm），按荷载标准值计算；[𝜐]——受弯构件的容许挠度，可查受弯构件的容许挠度值表；𝑙——梁的跨度（m）。梁的刚度属于正常使用极限状态，故计算时应采用荷载标准值，而且不考虑螺栓孔引起的截面削弱。对动力荷载标准值不乘以动力系数。

梁的稳定性图4.17梁整体失稳时的变形整体稳定性局部稳定性提高整体稳定性最有效的措施如下：增加受压翼缘侧向支承来减小其侧向自由长度；加大其受压翼缘宽度b。梁的稳定性图4.18梁的局部变形情况整体稳定性局部稳定性避免梁的局部失稳有两个途径：设置加劲肋。限制板件的宽厚比或高厚比；梁的稳定性反思：钢结构整体稳定和局部稳定的关系矛盾吗？

同学们，钢结构整体稳定和局部稳定都要保证，两手都要抓，两手都要硬。就像我们生活中学习中要劳逸结合，既要保证学习不耽误，也要适度休息锻炼，保证健康。梁的稳定性受弯构件的计算内容强度计算刚度计算稳定性计算抗弯强度抗剪强度局部承压强度折算应力受弯构件受弯的形式和应用1目录CONTENT梁的强度和刚度2梁的拼接、连接4梁的整体稳定性3其他类型的梁5PART01受弯的形式和运用梁的类型工作平台梁、楼盖梁、墙架梁、吊车梁、檩条梁的应用图5－1梁的截面类型梁的应用工作平台梁、楼盖梁、墙架梁、吊车梁、檩条梁的定义承受横向荷载受弯的实腹钢构件。梁的分类按计算简图分：简支梁、连续梁、悬臂梁等。按截面形式分：型钢梁、组合梁、梁的作用承受横向荷载与扭转。梁的定义、分类、作用梁的定义、分类、作用

根据主梁和次梁的排列情况，梁格可分为三种类型：

1）单向梁只有主梁，适用于的跨度较小或面板宽度较大的楼盖或平台结构。

2）双向梁格有主梁及一个方向的次梁，次梁由主梁支承，并将板划分为较小区格，减小了面板的跨度和厚度，使梁格更为经济，是最为常用的梁格类型。

3）复式梁格在主梁间设纵向次梁，纵向次梁间再设与主梁平行的横向次梁，以减小面板的支承跨度和厚度，使梁格更为经济。梁的定义、分类、作用(2)格构式受弯构件——桁架格构式受弯构件又称为桁架，与梁相比，其特点是以弦杆代替翼缘，以腹杆代替腹板，而在各节点将腹杆与弦杆连接。钢桁架的结构类型有：1)简支梁式:简支梁式钢桁架受力明确，杆件内力不受支座沉陷的影响，施工方便。2)钢架横梁式:钢架横梁式的桁架端部上下弦与钢柱相连组成单跨或多跨刚架，可提高其水平刚度，常用于单层厂房结构；3)连续式:连续式钢桁架跨越较大的桥架常用多跨连续的桁架，可增加刚度并节约材料；4)伸臂式:伸臂式钢桁架既有连续式节约材料的优点，又有静定桁架不受支座沉陷的影响的优点，只是铰接处的构造较复杂5)悬臂式:悬臂式钢桁架用于塔架等，主要承受水平风荷载引起的弯矩。梁的定义、分类、作用PART02强度和刚度梁在荷载作用下将产生弯应力、剪应力，在集中荷载作用处还有局部承压应力，故梁的强度应包括：抗弯强度、抗剪强度、局部承压强度，在弯应力、剪应力及局部压应力共同作用处还应验算折算应力。1）梁的抗弯强度钢梁在弯矩作用下，可分为三个工作阶段，即弹性、弹塑性及塑性阶段。弹性阶段：以边缘屈服为最大承载力弹塑性阶段：以塑性铰弯矩为最大承载力塑性工作阶段：弯矩达到最大极限，称为塑性弯矩MP。

强度弯曲应力的三个工作阶段弹性阶段弹塑性阶段塑性阶段强度

特点：截面上所有点都处于弹性状态；应力三角形分布；公式:

—净截面抵抗矩（净截面模量）

—屈服应力（5-1）弹性工作阶段特点：截面外缘部分进入塑性状态，中央部分仍保持弹性。弹塑性工作阶段特点：截面全部进入塑性状态，形成塑性铰；梁的刚度降低，变形大。

公式:——梁的净截面塑性模量

、—中性轴以上、下净截面对中性轴的面积矩。塑性工作阶段计算梁的刚度是为了保证正常使用，属于正常使用极限状态。控制梁的刚度通过对标准荷载下的最大挠度加以限制实现。或——标准荷载下梁的最大挠度——受弯构件（梁）的容许挠度简支梁在均布荷载作用下刚度PART03整体稳定性梁整体稳定的临界弯矩Mcr强度刚度分析右边公式为提高强度和刚度Wnx和Ix尽可能大梁截面尽量高、窄（等面积情况下）太高太窄又会引起失稳临界弯矩zxyP（1）当P较小时，偶有干扰，发生侧向弯曲和扭转，干扰撤去，变形恢复。梁是整体稳定的。（2）当P增大，超过某一数值（临界值），有侧向干扰引起侧向弯曲和扭转，这时候，撤去干扰也不能恢复变形。梁是不稳定的。如凸面上的小球。整体失稳现象抗扭刚度侧向抗弯刚度梁整体稳定的临界弯矩Mcr（梁失去稳前能承受的最大弯矩）《规范》取理想直梁按弹性二阶分析方法计算出临界弯矩梁整稳的屈曲系数临界弯矩抗扭刚度侧向抗弯刚度梁整稳的屈曲系数（1）侧向抗弯刚度和抗扭刚度（2）荷载的种类纯弯曲时的k值最低，其次是均布荷载，再次是集中力影响梁整体稳定的因素1、支座构造必须是叉铰支座，即能约束扭转角，不允许支座截面侧向倾倒。否则梁极易侧向弯扭失稳破坏。2、减少梁的侧向计算长度（即加侧向支撑）3、增加梁对截面弱轴（y-y）的惯性矩Iy

。保证梁整体稳定性的措施《规范》规定：符合以下条件的梁可不进行整体稳定验算（1）有刚性铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连接，能阻止梁受压翼缘侧向位移（截面扭转）时。（2）H型钢或工字形截面简支梁受压翼缘自由长度l1与其宽度b1之比不超过书表5-6所列数值时。不需进行整体稳定验算的梁PART04拼接和连接工厂拼接和工地拼接。（1）翼缘拼接：（2）腹板拼接：梁的拼接(1)工厂拼接焊接梁的工厂拼接如果梁的长度、高度大于钢材的尺寸，常需要先将腹板和翼缘用几段钢材拼接起来，然后再焊接成梁。这些工作一般在工厂进行，因此称为工厂拼接。梁的拼接工厂拼接注意事项：1、焊缝的位置：由钢材尺寸并考虑梁的受力确定。腹板与翼缘的拼接位置最好错开，同时也要与加劲肋和次梁的位置错开，错开距离不小于10tw，以便各种焊缝布置分散，减小焊接应力及变形。2、翼缘、腹板拼接一般用对接直焊缝，施焊时采用引弧板。采用一、二级焊缝时，拼接处与钢材截面可以达到强度相等，因此拼接可以设在梁的任何位置。但当采用三级焊缝时，应将拼接位置布置在梁弯矩较小的位置，或者采用斜焊缝。梁的拼接(2)工地拼接跨度大的梁，由于运输或吊装条件限制，需将梁分成几段运至工地或吊至高空就位后再拼接起来，称为工地拼接。

焊接梁的工地拼接拼接处一般布置在梁弯矩较小的部位，常常将腹板和翼缘在同一截面断开以便于运输和吊装。也可以将翼缘和腹板拼接位置略微错开，但这种方式在运输、吊装时需要对端部凸出部分加以保护，以免碰损。梁的拼接型钢梁的拼接≥10tw~500~50012344551245345组合梁的拼接梁的拼接主次梁连接应注意的问题1、安全可靠、符合结构计算简图2、经济合理、省料省工3、便于制造、运输、安装和维护主次梁连接的形式

1、迭接（层接）次梁为简支梁次梁为连续梁

2、侧面连接连续梁简支梁简支次梁与主梁连续次梁与主梁梁的拼接特点：次梁放在主梁上。优点：构造简单缺点：不利于整体稳定，占用空间大。注意：次梁处，主梁腹板应设横向加劲肋，并与腹板局部稳定要求结合起来。a)迭接迭接b)侧面连接特点：次梁和主梁腹板横肋相连，支反力经横肋传给腹板。次梁简支。优点：有利于整体稳定，占用空间小。缺点：构造较复杂。注意：次梁梁端截面需削去上翼缘、部分腹板和一半下翼缘。应验算次梁端部截面抗剪强度。主梁反力较大，需设撑托。侧面连接这种连接的特点是次梁只有支座反力传给主梁。其形式有叠接和侧面连接两种，叠接时，次梁直接搁置在主梁上，用螺栓和焊缝固定，这种构造简单，但占用建筑高度大，连接刚性差一些。叠接

侧面连接

侧面连接是将次梁端部上翼缘切去，端部下翼缘则切去一边，然后将次梁端部与主梁加劲肋用螺栓相连。简支次梁与主梁的连接这种连接也分叠接和侧面连接两种形式。叠接时，次梁在主梁处不断开，直接搁置于主梁并用螺栓或焊缝固定。次梁只有支座反力传给主梁。侧面连接时，次梁要断开，分别连于主梁两侧，除支座反力传给主梁外，连续次梁在主梁支座处的左右弯矩也要通过主梁传递。因此构造稍复杂一些，常用的形式如图所示。按图中构造，先在主梁上（次梁相应位置处）焊上承托，承托由竖板及水平顶板组成[图(a)]。安装时先将次梁端部上翼缘切去后安放在主梁承托水平板上，用安装螺栓定位，再将次梁下翼缘与顶板焊牢[图(b)]，最后用连接盖板将主次梁上翼缘用焊缝连接起来[图(c)]。为避免仰焊，连接盖板的宽度应比次梁上翼缘稍窄，承托顶板的宽度则应比次梁下翼缘稍宽。连续次梁与主梁的连接连续次梁与主梁连接的过程连续次梁与主梁的连接在图所示的连接中，次梁支座反力直接传递给承托顶板，再传至主梁。左右次梁的支座负弯矩则分解为上翼缘的拉力和下翼缘的压力组成的力偶。上翼缘的拉力由连接盖板传递，下翼缘的压力传给承托顶板后，再由承托顶板传给主梁腹板。这样次梁上翼缘与连接盖板之间的焊缝、次梁下翼缘与承托顶板之间的焊缝以及承托顶板与主梁腹板之间的焊缝应按各自传递的拉力或压力设计。钢结构各种构件连接形式种类很多，形式各异，设计时，首先要分析连接的传力途径，研究传力是否安全，同时也要注意构造布置是否合理，施工是否方便，只有综合考虑了上述问题，才能作好设计工作。连续次梁与主梁的连接PART05其他类型的梁将H型钢沿腹板的折线切割成的两部分,齿尖对齿尖地焊合后,旧新成一个腹板有孔洞的工字形梁,这种梁称之为蜂窝梁.蜂窝梁对于荷载和跨度较大的钢梁，当梁的截面由抗弯强度控制时，选强度较高的钢材用于主要承受弯矩的翼缘板，选强度较低的钢材用于主要承受剪力且常有富余的腹板，从而降低构件的成本。这种由不同种类的钢材制成的梁称之为异种钢组合梁。对于三块钢板组成的异种钢梁，受弯时截面正应力如图所示。异种钢组合梁异种钢组合梁预应力梁钢索布置

预应力梁截面型式图示钢梁，在竖向荷载作用下，其跨中弯矩和挠曲变形随跨度增大而急剧增加。解决此问题的一种办法是在梁的下部用高强钢索（钢绞线）施加预拉力，由于预拉力的偏心作用，对梁截面产生反向弯矩，抵消部分竖向荷载的作用，改善构件的受力方式，提高结构的承载力或增加结构的刚度。预应力钢梁钢－混凝土组合梁是只通过抗剪连接件将钢梁与混凝土板连成整体而共同工作的抗弯构件。这种结构形式能够充分发挥混凝土材料抗压和钢材抗拉性能好的优势，两种材料组合后的整体工作性能明显优于二者性能的简单叠加。同钢筋混凝土相比，钢－混凝土组合结构可以大大减轻自重，减小构件截面尺寸，增加有效使用空间，降低基础造价，减小地震作用，节省支模工序及摸板，缩短施工周期，增加构件和结构的延性等。同钢结构相比，可以减少用钢量，降低造价，提高刚度，增加整体稳定性，增加结构的抗火性和耐久性。钢-混凝土组合梁钢结构的设计方法1.绪论学习目标钢结构的特点及应用一二钢结构的设计方法三钢结构的发展1.2钢结构的设计方法1.2钢结构的设计方法结构的设计方法1.2钢结构的设计方法1.2.1钢结构设计方法的演变1.2.2现行钢结构设计方法1.2.3钢结构实用设计表达式