型钢梁设计原理-钢结构设计原理

型钢梁中应用最广泛的是工字钢和H型钢。型钢梁设计一般应满足强度、整体稳定性和刚度的要求。型钢梁腹板和翼缘的宽厚比都较小，局部稳定常可得到保证，不需进行验算。

1．单向弯曲的型钢梁

单向弯曲型钢梁的设计比较简单，下面以普通工字钢梁为例，简述型钢梁的设计步骤。

（1）计算内力。

根据已知梁的荷载设计值计算梁的最大弯矩xM和剪力V。

（2）计算需要的截面模量。

当梁的整体稳定得到保证时，按抗弯刚度求出所需要的净截面模量：

当需要计算梁的整体稳定时：

γx可取1.05，根据计算的截面模量查型钢表选用合适的型钢。

（3）抗弯强度验算。

xM应包括所选型钢梁实际自重所产生的弯矩。Wnx或Wx应为所选用型钢实际的截面模量。

（4）抗剪强度验算。

或采用近似方法，忽略翼缘板的作用，按下式进行验算：

当梁的翼缘有削弱时应加大一些，可将V乘以系数1.2～1.5。

（5）局部承压强度验算。

若验算不满足，对于固定集中荷载可设置支承加劲肋，对于移动集中荷载则需重选腹板较厚的截面。

对于翼缘上承受均布荷载的梁，因腹板上边缘局部压应力不大，一般都忽略不计，不需进行局部承压强度的验算。

（6）折算应力验算。

（7）整体稳定验算。

需要进行整体稳定验算的按下式计算：

（8）刚度验算。

【例5.3】 一工作平台的梁格布置如图 5.33 所示。铺板为钢筋混凝土板，与次梁牢固连接，恒荷载标准值（包括铺板自重）为 16 kN/m2，静力活荷载标准值为 18 kN/m2。钢材为 Q355，焊条为 E50 型、手工焊。次梁拟采用工字型钢，试选择次梁截面，并验算其强度和刚度。

【解】 （1）选择截面。

次梁自重按 0.5 kN/m 估算。作用在次梁上的均布荷载：(https://www.xing528.com)

图5.33　例5.3图

跨中最大弯矩：

梁的最大剪力（支座反力）：

需要的净截面模量：

根据热轧普通工字钢规格及截面特性表，截面选用I32a，Wx=692 cm3，Ix=11 100 cm4，S=404 cm3。

自重为52.717 ×10 =527.17 (N/m)，与估计值 0.5 kN/m 相近。

（2）截面强度验算。

弯曲应力：

剪应力：

假定支座处支承长度a=150 mm ，由型钢表查得hy=r +t=11.5 +15 =26.5 (mm)，腹板厚度tw=9.5 mm ，则支座处局部承压应力：

所选截面强度满足要求。

（3）刚度验算。

对于工作平面次梁，其容许挠度为/250l。

荷载的标准值：

所选截面刚度满足要求。

2．双向弯曲的型钢梁

双向弯曲的型钢梁承受两个主平面方向的荷载，其设计方法与单向弯曲型钢梁相同，应考虑抗弯强度、整体稳定和刚度等的计算，剪应力和局部稳定一般不必计算，局部压应力只有在承受较大集中荷载或支座反力时方需验算。

双向弯曲梁的抗弯强度计算公式：

双向弯曲梁的整体稳定的理论分析较为复杂，一般按经验近似公式计算，《钢结构设计标准》规定双向受弯的H型钢或工字钢截面梁应按下式计算整体稳定：

式中　φb——绕强轴（x轴）弯曲所确定的梁整体稳定系数。

设计时应尽量满足不需计算整体稳定的条件，这样可按抗弯强度条件选择型钢截面。