巖土工程師輔導：影響鋼構用鋼量的主要因素(1)

　　第一節(jié) 鋼結構的一些基本概念

　　結構是由構件組成的

　　構件的種類：梁、柱、板、墻體、桁架、網(wǎng)架、懸索

　　變力性能：拉、壓、彎、剪、扭、疲勞、裂縫擴展(斷裂)

　　桿件系統(tǒng)：梁、柱、桁架、網(wǎng)架都屬桿件系統(tǒng)

　　結構計算的內(nèi)容包括：

　　其中：強度，穩(wěn)定和變形在結構設計中常要予以計算。振動是在設計跨度大而輕的樓層和樓梯時考慮，主要是防止因人行走或使用時結構產(chǎn)生令人不適的振動。疲勞計算僅在多次反復荷載下才予以考慮。

　　1 強 度

　　強度：可指桿件的強度或結構的強度。

　　一.桿件的強度：桿件抵抗破壞的能力。

　　荷載引起的外力≤構件的承載力(由材料強度，構件截面的大小和形狀確定)

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　　荷載：大小，作用方式(拉、壓、彎、剪、扭，靜力或動力)

　　材料：屈服強度、極限強度、彈性模量等

　　構件截面的大小和形狀：截面越大，承載力越大。粗繩比細繩能承受更大的拉力。截面形狀的影響則以受彎構件為例，梁就是建筑上應用最廣的典型的受彎構件。當一塊文具橡皮被彎時，會看到橡皮的一個面伸長了，而另一個面縮短了。梁在受彎時也有同樣的表現(xiàn)。將梁看成是由一層層的纖維疊成的。

　　沿著梁高，從伸長變到縮短，中間必有一個層面即沒有伸長也沒有縮短，這一層稱為中性層。對一般的金屬材料，如果截面對稱于中心線，則中性層就在截面的中心線上;另一方面，彈性材料(包括鋼材)的一個基本特點就是材料的受力與材料的變形成正比，因此梁的伸長表面受到的拉力最大，縮短表面受到的壓力最大，而中性層則不受力。因此，沿著梁高，梁的應力大小按三角形變化，

　　梁的中性層上應力為零，距中性層越遠，應力越大。從這樣一個事實出發(fā)，為了節(jié)約材料，從而將截面做成工字形，翼緣厚，腹板薄，截面的主要面積分布在中性層的兩側遠方。因此工形截面的抗彎承載能力要比面積相同、寬度相等的矩形面積大得多，所以承受彎曲變形的構件(梁或柱)多數(shù)做成工字形截面。

　　值得指出的是工字形截面有一個弱點

　　沿Y軸方向，也就是抵抗繞X軸的彎曲(強軸彎曲)，有較大的強度，同時也有較大的抗變形剛度。但是沿X方向，也就是當彎曲繞Y軸發(fā)生時(弱軸彎曲)，構件的強度和剛度都很小，只是相當于一個高度為b，寬度為2t的矩形截面構件。

　　因此當需要構件在兩個方向都具有一定的強度和剛度時，人們常使用矩形或方形的箱形截面。當彎曲繞X軸發(fā)生時，中性層沿X軸;當彎曲繞Y軸發(fā)生時，中性層沿Y軸。截面面積總是有效地分布在中性軸的兩側遠方。

　　二、結構的強度：是結構抵抗破壞的能力。

　　結構是由桿件組成的，但結構中某根桿件的破壞并不一定意味著結構破壞。結構的破壞與結構的穩(wěn)定有直接關聯(lián)，通常說結構失穩(wěn)了就意味著結構破壞了。這個問題在結構穩(wěn)定中再予以介紹。轉自環(huán) 球 網(wǎng) 校edu24ol.com

　　2 剛 度

　　簡單結構或構件在荷載作用下的變形，可近似地表示為：

　　△=Q/B

　　式中△為結構或構件的變形，Q為荷載效應，B為結構或構件的剛度

　　由此可見，剛度愈大，變形愈小，剛度是衡量結構或構件抵抗變形的能力。

　　桿件的剛度：桿件抵抗變形的能力

　　軸向剛度：桿件抵抗軸向拉伸和壓縮變形的能力

　　彎曲剛度：桿件抵抗彎曲變形的能力

　　扭轉剛度：桿件抵抗扭轉變形的能力

　　荷載引起的構件變形≤規(guī)范容許的構件變形值(通常以不影響結構正常使用為依據(jù))

　　影響因素：

　　荷載：大小，作用方式(拉、壓、彎、剪、扭)引起桿件相應的變形。

　　材料：彈性模量、屈服強度、屈服后材料的變形能力等。

　　桿件的長度、截面大小和形狀：一般地說，桿件愈長，剛度愈小，變形愈大。例如，桿件在拉伸荷載作用下的軸向變形與桿件長度成正比，而梁在跨中集中荷載作用下的撓度與梁長的三次冪成正比。截面尺寸愈小，桿件剛度愈小，變形愈大。截面形狀對構件的強度有影響，對桿件剛度也有影響，例如，相同長度的圓形截面的抗扭轉剛度就與面積相同的正方形截面的抗扭剛度不一樣。工字型截面在2個不同方向(強軸方向和弱軸方向)上的抗彎剛度相差很大，例如熱軋工字鋼I40a繞其強軸彎曲的剛度是繞其弱軸彎曲的剛度的32.9倍。

　　結構剛度

　　結構的剛度是結構抵抗變形的能力，剛度愈大，結構的變形就愈小，例如門式剛架是一種由橫梁和柱組成的簡單結構。結構的剛度是由構件剛度和構件之間加連接形式確定的，例如，橫梁和柱的剛度以及梁柱之間的剛性連接就形成了門式剛架剛度。門式剛架要驗算屋面豎向荷載下橫梁的撓度和風荷載作用下剛架檐口處的側向位移，因此在設計中要計算門式剛架抗下?lián)虾涂箓纫频膭偠取?/p>

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