承受横向荷载和弯矩的构件称为受弯构件,其形式有实腹式和格构式两大类。

实腹式受弯构件一般称为梁。根据使用情况,只在一个主平面内受弯的梁称为单向受弯构件,在两个主平面内受弯的梁称为双向受弯构件。梁是钢结构中最常用的基本构件之一,被广泛应用于各种结构中,例如工业与民用建筑中的楼盖梁、屋盖梁、工作平台梁、吊车梁,以及桥梁,海上采油平台、水工钢闸门等结构中普遍采用的钢梁。按梁的受力情况不同可分为简支梁、连续梁、悬臂梁等;按梁的截面沿构件轴线方向是否变化可分为等截面梁和变截面梁,变截面梁有沿梁的轴线改变梁高和梁宽两种方式,其受力更合理,材料利用更充分,但变截面梁的制作较复杂、成本较高。

钢梁按制作方法的不同还可分为型钢梁和焊接组合梁两类。

型钢梁构造简单、制造省工、成本较低,应优先采用。但当荷载较大或跨度较大时,由于轧制条件的限制,型钢的尺寸、规格不能满足梁承载能力和刚度的要求,就必须采用焊接组合梁。

型钢梁有热轧型钢和冷弯薄壁型钢两种。常用的热轧型钢有热轧工字钢、槽钢、H型钢等[图4.1(a)—(c)],其中以H型钢的截面分布最为合理,翼缘内外边缘平行,与其他构件的连接较为方便,应优先采用;槽钢因其截面扭转中心在腹板外侧,弯曲时将产生扭转,受力不利,故只有在构造上使荷载作用线接近扭转中心,或采取保证截面不发生扭转的构造措施时才被采用;由于轧制条件的限制,热轧型钢腹板较厚,用钢量较多。冷弯薄壁型钢梁的种类较多,目前被我国广泛使用的有C型钢[图4.1(d)]和Z型钢[图4.1(e)],冷弯薄壁型钢是由钢板通过冷轧加工成形,其板壁较薄,较为经济,但防腐要求较高。

钢组合梁是由板和型钢连接而成,最常见的形式是由3块钢板焊接而成的焊接工字形组合梁[图4.1(f)],当焊接组合梁翼缘需要很厚时,可采用两层翼缘板的截面[图4.1(g)];荷载很大而高度受到限制或梁的抗扭刚度要求较高时,可采用箱形截面[图4.1(h)]。组合梁的截面组成灵活,可使材料在截面上的分布更为合理,节省钢材。

图4.1　梁的截面形式(www.daowen.com)

根据工字形截面梁受弯时翼缘应力大、腹板应力小的受力特点,组合梁可做成异种钢梁,即翼缘采用强度较高的钢材,而腹板采用强度较低的钢材,或者将工字形的腹板沿梯形齿状切割成两半,然后错开半个节距,焊接成具有蜂窝状空洞而梁高增大的蜂窝梁,如图4.2所示。在桥梁等结构中还常常采用钢混组合梁(图4.3),钢混组合梁是在工字钢上翼缘铺设钢筋混凝土板,在钢梁的顶面每隔一定距离设置纵向抗剪连接件,以保证二者整体弯曲,混凝土铺板基本受压,工字钢梁基本受拉,充分发挥两种材料的特性。

图4.2　蜂窝梁

图4.3　钢混组合梁

为了确保安全、经济、合理,梁的设计必须同时满足承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求。梁同时承受弯矩、剪力以及局部范围的集中荷载作用,其承载能力极限状态计算包括抗弯强度、抗剪强度、局部承压强度和折算应力,同时还需计算梁的整体稳定性和局部稳定性。正常使用极限状态主要是指梁的刚度要求,即在荷载标准值的作用下,梁的最大挠度必须满足规范的要求。