钢结构的受弯构件应用及类型

承受横向荷载的构件称为受弯构件也叫梁，在钢结构中受弯构件是应用较广的一种基本构件。在房屋建筑领域，钢梁主要用于多层和高层房屋中的楼盖梁、工厂中的工作平台梁、吊车梁、墙梁以及屋盖体系中的檩条等。在其他土木工程领域，如各种大跨度桥梁中的桥面系，水工结构中的钢闸门等也大多由钢交叉梁系构成。

从梁的支承来看，有简支梁、悬臂梁和多跨连续等。简支梁在制造、安装、修理和拆换等方面均较方便，且内力又不受温度变化或支座沉陷等的影响，在钢梁中应用最广。

从荷载作用情况看，只有在一个主平面内受弯的单向弯曲梁和两个平面内受弯的双向弯曲梁。如楼盖梁、工作平台梁等属于前者，吊车梁、檩条、墙梁等属于后者。

梁主要用以承受横向荷载，梁截面必须具有较大的抗弯刚度Ix，因而其最经济的截面形式是工字形（含H形）或箱形，某些次要构件如墙梁和檩条等一般采用槽形或Z形截面。钢梁主要有型钢梁和组合钢梁两大类。型钢梁由热轧型钢制成，主要包括热轧H型钢、热轧普通工字钢和热轧普通槽钢。热轧型钢由于轧制条件的限制，其腹板厚度一般偏大，用钢量可能较多，但制造省工，构造简单，因而当可用型钢梁时应尽量采用之。组合钢梁其截面由钢板焊接组合而成。焊接组合钢梁有工字形梁和箱形梁两大类。目前绝大多数组合钢梁是焊接而成，荷载特重或抵抗动力荷载作用要求较高的少数梁也可采用摩擦型高强度螺栓连接而成，见图5.1。由于工字形焊接组合钢梁的腹板厚度可以选得较薄，可减少用钢量。中型和重型钢梁除采用热轧H型钢外常采用焊接工字形组合钢梁。当荷载较大且梁的截面高度受到限制或梁的抗扭性能要求较高时，可采用箱形截面板。

除了上述广泛采用的型钢梁和组合钢梁外，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，在板梁中对受力较大的翼缘板采用强度等级较高的钢材，而对受力较小的腹板则采用强度较低的钢材，形成异钢种组合钢梁。又如为了增加梁的高度使有较大的截面惯性矩，可将型钢梁按锯齿形割开，然后把上、下两个半工字形左右错动并焊接成为腹板上有一系列六角形孔的所谓蜂窝梁，见图5.2（a）。蜂窝梁截面中的孔可使房屋中的各种管道顺利通过，在高层房屋中的楼盖梁中多有应用。又如为了利用混凝土结构的优良抗压性能和钢结构的优良抗拉性能，可制成钢与混凝土组合梁，如图5.2（b）所示。楼面系中的钢筋混凝土楼板可兼用作组合梁的受压翼缘板，支承混凝土板的钢梁可用作组合梁的受拉翼缘而取得良好的经济效果。此外，施工中还可以利用已架设的钢梁支承浇捣混凝土时的模板，节省了施工费用。目前这种组合梁在我国房屋楼盖、桥梁建筑甚至吊车梁中已早有应用。对钢与混凝土组合梁的设计，《钢结构设计规范》GB50017—2003已专列一章，作出规定。本章内容主要介绍应用较多的型钢梁和焊接组合钢梁。

图5.1　工字形组合梁和箱型组合梁

（a）双轴对称焊接组合梁；（b）加强受压翼缘的焊接组合梁；（c）双层翼缘板焊接组合梁；（d）高强度螺栓连接的工字形组合梁；（e）焊接箱型组合梁(www.xing528.com)

图5.2　蜂窝梁和钢与混凝土组合梁

（a）蜂窝梁；（b）钢与混凝土组合梁

受弯构件应计算的内容主要包括五项:①截面的强度；②构件的整体稳定；③构件的局部稳定；④腹板的屈曲后强度；⑤构件的刚度——挠度。

前四项属于钢梁的承载能力极限状态，需用荷载的设计值进行内力计算。第五项为按正常使用极限状态的计算，计算挠度时按荷载标准值进行计算。

除了上述五项主要计算内容外，由于大跨度梁均采用焊接组合钢梁，因而梁的计算中还应包括:①梁截面沿梁跨度方向的改变；②翼缘板与腹板的连接计算；③梁腹板的加劲肋设计；④梁的拼接；⑤梁与梁的连接和梁的支座等。

对直接承受动力荷载重复作用的钢结构构件，按我国设计规范的规定当应力变化的循环次数n等于或大于5×104次时，应进行疲劳计算。