建筑钢结构受弯构件稳定设计要点分析

建筑钢结构受弯构件稳定设计要点分析

沈晓燕

沈晓燕

精工工业建筑系统有限公司浙江绍兴312030

摘要：钢结构建筑是当今非常常见的一种建筑结构形式，这种建筑结构在设计的过程中存在着诸多的难点，其受弯构件的设计质量直接影响到了整个建筑的稳定性，所以我们必须要对其予以高度的重视。在整个设计流程当中，我们必须要采取有效的措施加强受弯构件的设计工作，只有这样，才能更好的保证整个钢建筑的质量。

关键词：钢结构建筑；受弯构件；设计

在钢结构设计的过程中，梁的设计是一个非常重要的环节，它一定要充分的满足承载能力极限的状态和正常的使用状态，通常我们所说的极限状态通常就是指强度、整体稳定和局部稳定这三个要素，在设计的过程中必须要对荷载设计值予以严格的控制，其都不能吃超过设计值的基本要求，在设计工作中不能出现整体失稳和局部失稳的情况，只有这样才能更好的保证结构自身的安全性。

1、受弯构件定义和类型

受弯构件通常就是指承受因为荷载作用的影响而出现弯矩和剪力

的构件。在弯矩的影响下，整个构件都可能会出现非常严重的受弯破损的情况，而弯矩和剪力如果在这一过程中都产生了十分显著的影响，构件本身也会出现严重的倾斜现象。

面受剪或受弯破坏，在建筑工程中，楼盖和屋盖梁、板和楼梯门窗过梁等等属于受弯构件。如果按照钢梁自身承受荷载的差异可以将其分成单向受弯梁和双向受弯梁两种，前者只是在一个主平面的内部进行受弯处理，而后者在一般情况下在两个平面上都要受到一定的作用，在建筑工程当中，很多都是单向弯曲量，所以在这一过程中所采用的吊车梁、墙梁会在两个平面的内部，刚檩条一般也不会和地面成垂直的状态，因为这些亮都是双向弯曲的梁体结构，所以在施工的过程中也就可以体现出更多自身的特点。如果按照使用条件上的差异，可以将钢梁划分成单跨简支梁和多跨连续梁，这种梁体结构本身的用钢量相对比较大，但是因为简支梁在制作和安装的过程中更加便于操作，结构自身的内力情况也不受制作沉降和温度变化的影响，因此在工程建设的过程中得到了非常广泛的应用。

钢梁计算的过程中一定要注意以下几个因素，它们是强度、刚度、整体稳定性和局部与稳定性，这四者当中强度、整体稳定性和局部稳定性是承载能力极限状态计算的范畴，而刚度则是正常运行状态下极限状态计算的要素。通常，热轧型钢两会由于板件宽厚比相对较小，所以在整个计算工作中就不需要对局部的稳定性开展计算工作。针对那些长时间承受重复荷载作用的梁体结构，应该对其进行详细的疲劳计算。

2、受弯构件的失稳现象

如果理想状态下的弹性构件在侧向已经没有足够支撑作用的时候就会无法有效的组织侧向上的位移，也无法控制绕截面剪心纵向的扭转，此外在侧向的刚度水平相对较差的情况下，结构中的受弯构件也会产生十分明显的失稳现象，在这样的情况下整个构件就会承受等短弯矩的作用，当这一作用力的水平相对较低的时候，构件只是在弯矩作用平面的内部承受弯曲，但是当该作用力逐渐增大并达到某一个数值的时候，构件就会出现非常严重的侧向弯曲和扭转的情况，同时在这一过程中还失去了承受更大作用力的能力，一般情况下，我们将这种情况就叫做弯扭屈曲或者是丧失了整体的稳定性。这个时候的弯矩就是临界的弯矩。在整个构件运行的过程中不可避免的会出现一定的不足和缺陷，在这样的情况下就会出现比较严重的弯曲或者是扭转变形的情况。构件自身的性质决定了其并不是完全弹性的构件变形曲线上有上升段和下降段两段，在整个上升段当中外弯矩如果处在上升的状态，构件的变形状况也会越来越明显，而当弯矩达到了一个相对比较平稳的状态时，构件截面的边缘纤维就会开始出现屈服的现象，这样一来也就进入到弹塑性的阶段，如果截面上的塑性变化达到一定水平的时候，构件自身就不能很好的承受更大的荷载，这个时候如果荷载增加，整个结构就会出现非常严重的失稳现象，这个时候要想更好的维持平衡的状态，构件上所承受的外弯矩就要适当的作出调整，所以在这样的情况下也就产生了下降段，在曲线当中存在着一个极值点，在极值点的位置会出现失稳的状况，所以我们也将极值点上对应的弯矩称作是极限弯矩。

3、钢结构建筑中受弯构件稳定设计

3.1整体稳定设计

从节省钢材和抵抗较大荷载弯矩角度讲，能会在偶然的很小的横向干扰力下突然向刚度较小的侧向发生弯曲，同时伴随发生扭转，从而使钢梁失去承载能力，即钢梁丧失整体稳定。使钢梁丧失整体稳定的截面最大弯矩和最大弯曲压应力分别称为梁的临界弯矩Mcr和临界应力σcr。当钢梁的侧向刚度较差，即受压翼缘宽度b较小而其侧向支承点间的自由长度l1较大时，σcr常小于钢材屈服强度fy，比值?b=σcr/fy称为钢梁的整体稳定系数。具体设计时，将屈服强度f换成设计强度f，可按下式计算：σ=M/?bW≤f钢梁丧失整体稳定在概念上与轴心受压构件丧失整体稳定相同，都是由于构件内存在纵向压应力对刚度较小方向的偶然微小侧向变形会引起附加侧向弯矩，从而进一步加大侧向变形，反过来又增大附加侧向弯矩。所不同的是，钢梁截面部分受拉部分受压，受压部分使侧向变形加大，受拉部分试图将侧向变形拉直。所以，钢梁失稳时受压翼缘侧向变形大，受拉翼缘侧向变形小。梁截面上有这样一个点S，当梁所受横向荷载的作用线或梁所受的力矩作用面通过该点时，梁只产生弯曲变形，而不发生扭转变形；否则，

构件在发生弯曲变形的同时，也发生扭转变形。这个点称为剪力中心，也称为切中心。由于扭转变形是绕剪力中心发生的，。所以剪力中心又称为弯曲中心或扭转中心。

3.2局部稳定设计

由于钢材的轻质高强，在进行受弯构件截面设计时，为了节省材料，提高抗弯承载能力、整体稳定性和刚度，常选择宽而薄的截面。然而，如果板件过于宽薄，构件中的部分薄板会在构件发生强度破坏或丧失整体稳定之前，由于板中压应力或剪应力达到某一数值（即板的临界应力）后，受压翼缘或腹板可能突然偏离其原来的平面位置而发生显著的波形屈曲，这种现象称为构件丧失局部稳定性。

钢梁一般由翼缘、腹板等板件组成。和构件可能失稳一样，组成构件的板件也可能失稳。虽然组成构件的某一板件失稳（局部失稳）不一定使整个构件丧失承载能力，但仍然应尽量避免局部失稳的发生。保证钢梁局部稳定的方法和保证轴心受压构件局部稳定的方法一样有两种：限制板件的宽厚比和设置加劲肋。当然，钢梁（腹板）加劲肋的内容比轴心受压构件（腹板）加劲肋的内容要丰富得多。

4、结论

本文通过对钢结构建筑中受弯构件的失稳现象进行分析，并对其稳定性进行设计，为钢结构建筑设计的安全性和可靠性提供一定的参考。

参考文献：

[1]陈绍蕃.有约束梁的整体稳定[J].钢结构.2008（08）

[2]钢结构设计规范实施35周年学术交流会[J].建筑钢结构进展.2008（04）

[3]中冶京诚开通《钢结构设计规范》网站[J].工业建筑.2011（S1）