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第14章 钢结构的受力构件
【学习目标】
通过本章的学习，了解受弯构件的分类及受力特点，熟悉梁的拼接和连接；了解轴心受力构件的分类及受力特点，熟悉轴心受力构件在工程中的应用及连接构造，掌握强度和刚度的计算。
【学习重点】
轴心受力构件的强度和刚度计算，梁、柱的连接构造。
14.1 受弯构件
受弯构件是指主要承受横向荷载作用的构件。
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工程中的应用：楼盖梁、工作平台梁、墙架梁、吊车梁、檩条及梁式桥、大跨斜拉桥、悬索桥中的桥面梁等。
14.1.1 受弯构件（梁）的类型
钢梁按制作方法的不同可以分为型钢梁和组合梁两大类。型钢梁又可分为热轧型钢梁和冷弯薄壁型钢梁两种。
图14-1 钢梁的类型
图14-1 钢梁的类型
当荷载和跨度较大时，型钢梁受到尺寸和规格的限制，不能满足承载能力或刚度要求，此时可考虑组合梁。组合梁按其连接方法和使用材料的不同，可以分为焊接组合梁、铆接组合梁、钢与混凝土组合梁等。
将工字梁或H型钢的腹板沿折线切开，焊成12-4（b）图所示的空腹梁，一般称为蜂窝梁，是一种较为经济合理的构件形式。
图14-2 蜂窝梁
将工字钢或H型钢的腹板斜向切开，颠倒相焊做成楔形梁以适应弯矩的变化。
图14-3 楔形梁
图14-4 异种钢组合梁
图14-5 高强T型钢组合梁
按受力情况的不同分为：单向弯曲梁和双向弯曲梁。
图14-6 双向弯曲梁
按支撑情况：简支梁、连续梁和伸臂梁等。
工作平台梁格布置示例
根据主梁与次梁的排列情况，梁格可分为以下三种类型：
（1）单向梁格
（2）双向梁格
（3）复式梁格
14.1.2 梁的拼接、连接和支座
1.梁的拼接
分为工厂拼接和工地拼接。
（1）工厂拼接
工厂拼接为受到钢材规格或现有钢材尺寸限制而做的拼接，
图14-9 焊接梁的工厂拼接
（2）工地拼接
工地拼接是受到运输或安装条件限制而做的拼接。
图14-10 工地焊缝拼接
高强度螺栓拼接
图14-11 工地高强度螺栓拼接
2.梁的连接
梁的连接是指钢结构中次梁和主梁的连接。
（1）次梁为简支梁
次梁与主梁的连接形式分叠接和侧面连接两种。
叠接是将次梁直接搁置在主梁上，用螺栓或焊缝固定其相互位置，不需计算。
图14-12 次梁与主梁的叠接
侧面连接是将次梁端部上翼缘切去，端部下翼缘则切去一边，然后将次梁端部与主梁加劲肋用螺栓相连。
图14-13 次梁与主梁的侧面连接
（2）次梁为连续梁
次梁与主梁的连接形式也分叠接和侧面连接两种。
叠接时，次梁连续通过，不在主梁上断开，主梁和次梁之间可用螺栓或焊缝固定它们之间的相互位置。
图14-14 连续次梁与主梁的连接
侧面连接时，次梁在主梁处要断开，分别连于主梁两侧。
图14-14 连续次梁与主梁的连接
形式：平板支座、弧形支座和铰轴式支座。
图14-15 梁的支座
3.梁的支座
（a）平板支座 （b）弧形支座 （c）铰轴式支座 （d）滚轴支座
14.2.1 轴心受力构件的应用和截面形式
轴心受拉构件和轴心受压构件。
图14-16 轴心受力构件的应用
14.2 轴心受力构件
轴心受压构件：柱由柱头、柱身和柱脚三部分组成。
图14-17 柱的组成
（a）实腹式柱 （b）格构式柱
轴心受力构件的截面形式：
图14-17 轴心受力构件的截面形式
格构式构件：
图14-19 格构式构件的缀材布置
对轴心受力构件截面形式的共同要求：
（1）能提供强度所需要的截面积；
（2）制作比较简单；
（3）便于和相邻的构件连接；
（4）截面开展而壁厚较薄，以满足刚度要求。
轴心受力构件的计算和受弯构件一样，亦要满足两种极限状态的要求。
对于承载能力极限状态，轴心受拉构件只有强度问题。
轴心受压构件则同时有强度和稳定问题。
对于正常使用极限状态，每类构件都有刚度方面的要求。
4.2.2 轴心受力构件的强度和刚度
轴心受拉构件和轴心受压构件的强度按下式计算，即
1.轴心受拉构件和轴心受压构件的强度
式中 N——轴心拉力设计值或轴心压力设计值；
An——构件的净截面面积；
f——钢材的抗拉强度设计值或抗压强度设计值。
轴心受拉构件和轴心受压构件的长细比按下式计算，即
2.轴心受拉构件和轴心受压构件的刚度
式中 λmax——构件的最大长细比；
l0——构件的计算长度；
i——截面的回转半径；
[λ ]——构件的容许长细比，按表14-1和表14-2采用。
柱的顶部与梁连接的部分称为柱头，
作用：通过柱头将上部结构的荷载传到柱身。
柱下端与基础连接的部分称为柱脚，柱脚的作用是将柱身的内力均匀地传给基础，并和基础牢固连接。
14.2.3 轴心受压柱的柱头和柱脚
梁与轴心受压柱的柱头连接有两类铰接，一类是梁支承于柱顶上，另一类是梁连接于柱的侧面。
1.轴心受压柱的柱头
（1）梁支承于柱顶的构造设计
梁支承于柱顶时，梁的支座反力通过柱顶板传给柱身；顶板与柱用焊缝连接，顶板厚度一般取16~20mm。为了便于安装定位，梁与顶板用普通螺栓连接。
图14-20 梁支承于柱顶的铰接连接
在多层框架的中间梁柱连接中，横梁只能在柱侧相连。
（2）梁支承于柱两侧的构造设计
图14-21 梁支承于柱侧的铰接连接
轴心受压柱的柱脚一般由底板、靴梁、隔板等组成，主要传递轴心压力，与基础的连接一般采用铰接。
2.轴心受压柱的柱脚
图14-22 平板式铰接柱脚

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