弯曲构件的截面形式主要根据其弯曲强度和整体稳定性条件来考虑,同时还应满足刚度和局部稳定性等条件。选择截面形式时钢结构檩条的优点,为了达到合理、经济的效果,一般应遵循以下原则:
(1)满足抗弯能力;
(2)防止侧扭;
(3)肢宽壁薄;
(4)制造过程中节省劳动力;
(5)连接方便。
根据梁的受力条件(单向弯曲和双向弯曲)和使用功能,讨论梁的合理截面形式:
1、单向弯梁
单向弯曲梁是一种在一个主平面上弯曲的梁。根据满足抗弯和防止侧扭的原则,梁的截面形式一般为双轴对称或带有加强受压翼缘的单轴对称工字形截面。如果需要,也可以使用箱形截面。
对于普通楼板梁和平台梁,应优先采用型钢中的工字钢和窄翼缘H型钢。制造时节省劳动力,且沿腹板平面具有良好的抗弯性能。虽然工字钢的抗侧向扭转能力较差,但平台梁或楼板梁的荷载通常由其他结构(如盖板、横梁等)施加,可以在一定程度上防止梁的侧移和扭转。作用,从而提高梁的整体稳定性。
由于槽钢的剪切中心在腹板外侧,弯曲时会同时扭转,所以一般只有在能有效防止侧扭时才使用。
对于荷载大、跨度大的单向弯曲梁,如果钢材规格不能满足要求,仍宜采用焊接工字型钢。制造省工,连接方便,可根据受力要求和抗弯、防侧扭及宽肢薄壁的原则调整截面尺寸(应满足局部稳定性要求)。必要时也可采用双层法兰盘。
对于一些跨度较大、荷载相对较小的梁,或荷载面积较大但高度有限的梁,如城市人行天桥钢梁、一些高层建筑楼板梁等,可采用抗扭性能较好的箱形梁(相当于双腹梁)。
蜂窝梁是一种经济合理的单向弯曲梁截面形式,近年来在国内外得到广泛应用。是将工字钢或H型钢腹板沿折线切割(图1),然后移动一半折线,重新焊接成带孔的空心梁(图9-1b)。由于梁高比原来增加了一折线高度,提高了切割能力,而且孔还可作为各种管网的通道,因此具有明显的优势。但随着梁高度的增加,应更加注意防止横向扭转屈曲。
2、双向弯梁
双向弯曲梁是在两个主平面上弯曲的梁。
根据满足抗弯和防止侧扭的原则,梁的截面形式不仅应在一个主平面(一般绕强轴)有足够的抗弯刚度,而且在另一主平面内也应有足够的抗弯刚度。平面(对于弱轴)。还应有适当的弯曲刚度或侧向支撑,以抵抗该方向的弯曲和侧向扭转。根据几种常用双向弯梁的受力特性,讨论其截面形式。
1.檩条
檩条通常斜放在屋顶上,因此是双向弯曲梁。常用截面有槽钢、角钢或冷弯薄壁Z型钢。
从合理受力和节省钢材方面考虑,冷弯薄壁Z型钢是最佳的檩条断面形式。它不仅符合宽肢薄壁的原则,而且载荷偏离其剪切中心的偏差比其他两者小得多,因此扭矩效应更小。而且Z型钢的一根主轴(强轴)与水平面基本平行钢结构檩条的优点,能有效承受屋面荷载,充分利用材料。
槽钢檩条的优点是供应范围较广,制造和安装较容易,抗扭性能较好。缺点是墙体较厚,主平面与荷载夹角较大,强度不能充分发挥。
角钢檩条由于抗弯刚度小、壁厚、主平面与荷载夹角较大,从合理受力和节省钢材等方面考虑并不合理。因此,它们一般只适用于载荷和跨度较小的场合。
2.墙梁
墙梁既受到墙体材料垂直重力的影响,又受到墙体水平风荷载的影响,因此它也是双向弯曲梁。墙梁的截面形式必须根据墙体材料和位置确定。
轻质墙体的墙梁一般采用型钢(槽钢或角钢),槽钢一般水平放置,以增加水平抗弯刚度。对于窗户上方的墙梁和支撑砖墙的墙内墙梁,应在槽钢或工字钢的翼缘上焊接钢板,以增加竖向弯曲刚度。
3、吊车梁
起重机梁承受起重机轮压等竖向载荷和制动产生的横向水平载荷的共同作用,因此也是双向弯曲梁。但其特点是起重机的横向水平载荷仅由起重机梁的上翼缘或由其组成的制动结构的制动梁或制动桁架承受。
根据上述受力特点,必须根据起重机的起重能力、跨度等因素确定起重机梁的截面形式。一般情况下,焊接工字形截面较为合适。
当起重机起重能力不大(Q30t)、跨度较小(6m)时,可加宽上翼缘,以承受起重机的横向水平载荷。当起重机的起重能力和跨度较大时,应设置制动结构。此时吊车梁截面宜采用双轴对称工字形截面。