型钢梁截面设计的实用指南

型钢梁包括有热轧H型钢、热轧普通工字钢和热轧普通槽钢等截面形式的梁，其设计包括截面选择和承载能力验算两个内容。可按下列步骤进行计算:这些型钢都有规定的国家标准，其尺寸和截面特性都可按标准查取，因此其设计步骤比较简单。在结构布置就绪后即可根据梁的抗弯强度和整体稳定性求得其必需的截面模量Wx，根据刚度求得其必须的截面惯性矩Ix，然后按需要的Wx和Ix从型钢表中试选合适的截面，最后就选取的截面进行强度、整体稳定性和刚性（挠度）验算。热轧型钢的组成板件宽厚比不大，故不存在局部稳定性问题。

抗弯强度需要的截面模量为

整体稳定性需要的截面模量为

两者中选其较大值，两式中的Mx是梁所承受的最大弯矩设计值。式（5.67）中的整体稳定性系数φb需预先假定，因而由其求出的Wx是一个估算值，不是一个确切的需要值。

图5.36　例5.3所示厂房平台布置

梁截面的设计是在结构布置就绪后进行。结构布置适当与否对整个结构设计是否经济合理起主导作用。以图5.36厂房平台为例，可看出其平面柱网和梁格布置是否合理最为重要。柱网的纵横尺寸确定了主梁和次梁的跨度L和l。增大跨度，在一定的平台面积下可减少柱子和基础的数目，增大平面空间，但同时也必增大了梁的截面尺寸，而应包括良好的结构布置，这需要必要的设计经验积累和方案比较。下面单就型钢梁的截面设计举例说明。

【例5.3】　某工作平台的布置如图5.36所示。平台板为预制钢筋混凝土板，焊接于次梁。已知平台永久荷载标准值（包括平台板自重）qGk＝4.5k N/m2，平台可变荷载标准值qQk＝7.5k N/m2（为静力荷载）。钢材为Q235－B。试设计此工作平台次梁和主梁的截面。

解:1）次梁（跨度l＝6m的两端简支梁）设计。

①荷载及内力（暂不计梁自重）。

荷载标准值　qk＝（qGk＋qQk）a＝（4.5＋7.5）×3＝36（k N/m）

荷载设计值　q＝（1.2qGk＋1.3qQk）a＝（1.2×4.5＋1.3×7.5）×3＝45.45（k N/m）

最大弯矩标准值　

最大弯矩设计值

最大剪力设计值　

②试选截面。设次梁自重引起的弯矩为0.02Mx（估计值）。次梁上铺钢筋混凝土平台板并与之焊接，故对次梁不必计算整体稳定性。截面将由抗弯强度决定，需要的截面模量为

均布荷载作用下简支梁的挠度条件为

需要的惯性矩为

次梁截面常采用热扎普通工字钢，按需要的Wx和Ix查附表6.1，初选热轧普通工字钢为Ⅰ40a，供给截面特性为

Wx＝1090cm3，Ix＝21700cm4＞12533cm4

Sx＝636cm3，tW＝10.5mm，t＝16.5mm

自重　g＝67.60×9.81＝663（N/m）＝0.663（k N/m）

③截面验算（计入次梁自重）。

弯矩设计值

剪力设计值　

抗弯强度，安全(www.xing528.com)

抗剪强度），安全

说明在型钢梁的设计中，抗剪强度可不计算。

因供给的 Ix＝21700cm4＞12533cm4（需要值），挠度条件必然满足，不再验算。

上述的计算中因所选普通工字钢翼缘厚度t＞16mm，故取f＝205N/mm2。因腹板厚度tw＜16mm，故取fV＝125N/mm2。

【提示】读者可在附表6.1中自选型钢梁的截面，看是否能选出更轻的截面型号，从而得出选取热轧普通工字钢作为受弯构件时应选取其中的a号，不能选其中的b号和c号的一般性结论。

2）中间列主梁设计。

①内力计算。中间梁为跨度L＝9m的简支梁。承受由两侧次梁传来的集中荷载（反力），各力作用在跨度的三分点处（参见图5.36）。

集中荷载（次梁传来的反力）

Pk＝qkl＝36×6＝216（k N）

P＝ql＝45.45×6＝272.7（k N）

弯矩

剪力　V＝P＝272.7（k N）

②试选截面。

需要的　

需要的

以上两式中取主梁自重影响系数为1.02，[v/L]＝1/400。由附表6.2选用热轧H型钢为HM600×300×12×20（中翼缘H型钢），供给截面特性为

Wx＝4020cm3，Ix＝11800cm4

自重　g＝151×9.81×10－3＝1.48（k N/m）

截面实际高度为　h＝588mm

③截面验算。

弯矩标准值

弯矩设计值

剪力设计值

抗弯强度

，安全因，不需验算整体稳定性。

抗剪强度

挠度

经计算，vQ≤[vQ]L/500不是控制条件，故未列出。