仅承受弯矩作用或弯矩和剪力共同作用的构件称为受弯构件,包括实腹式和格构式两类,钢结构中常将实腹式受弯构件称为钢梁,将格构式受弯构件称为钢桁梁。钢梁可分为型钢梁和组合梁两大类。型钢梁构造简单,制造省工,成本较低,因而应优先选用,但截面尺寸受到型钢规格的限制,适用范围有限。在荷载较大或跨度较大时,由于轧制条件的限制,型钢的尺寸、规格不能满足梁承载力和刚度的要求,就必须采用组合梁。
型钢梁又可分为热轧型钢梁和冷弯薄壁型钢两类。型钢梁中通常采用热轧型钢梁,如图 5.1(a)~(c)所示,荷载和跨度较小时也可采用冷弯薄壁型钢梁,如图 5.1(d)~(f)所示。热轧型钢梁主要有H型钢、普通工字钢和普通槽钢,工字型钢与窄翼缘H型钢(HN型)其截面高而窄,承受横向荷载时具有较大的抗弯刚度,因此是受弯构件中最经济的截面形式。宽翼缘 H 型钢(HW 型)具有较宽的翼缘,用作梁时有较大的侧向刚度、抗扭刚度和整体稳定性,也便于在翼缘上搁置面板。槽钢的一个侧面平整,当端部靠腹板与其他构件连接时比较方便,但槽钢梁的截面左右不对称,弯曲中心位于腹板外侧,在翼缘上施加荷载时梁同时受弯并受扭,容易发生扭转,故只在构造上能使荷载接近弯曲中心或能适当防止截面扭转时才宜采用。热轧型钢由于轧制条件的限制,其腹板厚度一般偏大,用钢量相对较大,但制造省工,构造简单,当条件许可时宜优先采用。冷弯薄壁型钢梁是指室温条件下冷弯成形的薄壁型钢,也常作受弯构件,板壁厚度主要在 1.5~12 mm,多用于跨度不大、承受较轻荷载的情况,如工业及大跨度建筑结构中的屋面檩条和墙架梁,轻型钢结构中的楼面梁等。
图5.1 钢梁的常见截面形式
当荷载和跨度较大时,型钢梁受尺寸和规格的限制,常不能满足承载能力或刚度的要求,因此中型和重型钢梁除采用热轧 H 型钢梁外常采用组合截面梁。组合梁由钢板或型钢用焊缝或螺栓连接而成,如图 5.1(g)~(j)所示。组合梁的截面组成比较灵活,可使材料根据受力在截面上分布更为合理,组合梁主要有工字形截面和箱形截面两大类。目前绝大多数组合梁是焊接而成,少数荷载特重或抵抗动力荷载作用要求较高的梁可采用高强度螺栓摩擦型连接。最常用的是由三块钢板焊接成的工字形截面梁,构造简单,制造方便,用钢量省。箱形截面梁具有较大的抗扭和侧向抗弯刚度,用于荷载和跨度较大而梁高受到限制或侧向刚度要求较高或受双向较大弯矩的梁。
组合梁一般采用双轴对称截面,也可以采用加强受压翼缘的单轴对称截面,以提高受压翼缘和梁的侧向抗弯刚度和稳定性。加强受压翼缘的单轴对称截面适用于受力较大的梁,也适用于既竖向受压,又在上翼缘受水平力作用的吊车梁。
钢与混凝土组合梁又称叠合梁,如图 5.1(k)所示,是在梁的部分受压区采用混凝土而其余部分采用钢材,充分发挥两种材料的优势,可以大大减少受压翼缘的钢材用量。为了保证两种材料共同受力,钢梁表面应焊接抗剪连接器,以与混凝土板现浇在一起。这种梁主要用于楼盖和桥梁结构中。
此外,目前还有一些特殊形式的钢梁。例如,为了充分利用钢材的强度,在组合梁中对受力较大的翼缘采用强度较高的钢材,而对受力较小的腹板则采用强度较低的钢材,形成异钢种组合梁。又如,为了增加梁的高度使其有较大的截面惯性矩,可将H型钢按图 5.2(a)所示锯齿线割开形成T型钢,然后把上、下两个T型钢错动使齿尖相对焊接成为腹板上有一系列六边形孔的蜂窝梁,如图5.2(b)所示。
图5.2 蜂窝梁示意图(www.xing528.com)
按支承条件的不同,受弯构件可分为简支梁、连续梁、悬臂梁等。简支梁的用钢量虽然相对较多,但由于制造、安装、修理、拆换方便,而且受力不受温度变化和支座沉降的影响,因而应用最为广泛。
钢梁按承受荷载的情况,可分为仅在一个主平面内受弯的单向弯曲梁[见图5.3(a)]和在两个主平面内受弯的双向弯曲梁[见图 5.3(b)~(d)],屋面檩条[见图 5.3(b)]和吊车梁[见图 5.3(c)、(d)]等是常见的双向弯曲梁。
图5.3 钢梁荷载作用形式
按传力系统中的作用和传力方向不同,受弯构件又分为主梁和次梁,如图 5.4 所示。主梁的荷载是以集中荷载的形式直接传至柱上,次梁的荷载是以集中荷载的形式直接传至主梁上。由主、次梁可以组成不同的楼面梁格类型,如图 5.5 所示。
图5.4 工作平台梁格示例
图5.5 楼面梁格形式
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