1、形成跨度的构件之一形成跨度的构件之一梁梁第2单元 第1章l梁的概念：梁的概念：梁是房屋建筑中的水平跨度方向的承重构件，不仅是应用最为广泛的构件之一，也是结构中最基本的构件。l梁的力学作用：梁的力学作用：梁的力学作用主要是承受垂直于梁的轴线方向的荷载。包括集中荷载和分布荷载，集中荷载产生于与该梁垂直的次梁（偶尔也有立于梁上的柱子）传来的荷载，分布荷载来源于楼板传来的荷载和自重；l梁的受力特点：梁的受力特点：与其他的横向受力构件（桁架、拱、索）相比，梁的受力性能是最差的，差就差在：在弯矩的作用下，梁截面上受力很不均匀。具体讲简支梁的跨中弯矩最大，支座处的弯矩等于零；另外在梁的横截面上、下表面分别受
2、到最大压应力和拉应力，而截面中心轴向应力等于零。1.1 概述：概述：梁的概念、作用和受力特点梁的概念、作用和受力特点图图1.1 建筑中简支梁计算模型示意图建筑中简支梁计算模型示意图简支梁侧简支梁侧面面简支梁横简支梁横截面截面图图1.2 桥梁中梁的计算模型示意图桥梁中梁的计算模型示意图l 还有必要说清楚，梁的功能作用梁的功能作用在于扩大房间开间方向的跨度尺寸。当房间的开间尺寸较大时，必须撤掉一部分承重墙，这时就得用梁来代替这些被撤掉的承重墙，这些梁就得起到原来承重墙的承重作用，来承担楼板传来的荷载，并将这些荷载传递到梁端头的墙体或者柱子。换句话说，没有梁的存在，就很难有房间的有效的扩大，就没法实
3、现大房间的使用要求。l 有同学会说：难道就不能不用梁而将房间扩大吗？结论是，可以，但是极不合理，因为经济代价太大，浪费太严重。具体讲，若不需要梁的话，一一方面楼板的厚度应明显增大，同时承重墙的厚度也会显著增大。最终的技术结果是经济效果很差。采用常规的内力分析法，可以求得梁的内力分布和最大内力截面，又由应力分析方法求得最大内力截面内的最大应力，进而进行杆件的截面设计材料与截面设计。A A 最大内力截面最大内力截面BC梁的截面梁的截面1.3 1.3 简支梁的受力分析示意图简支梁的受力分析示意图梁的内力分析梁的内力分析上表面最上表面最大压应力大压应力下表面最下表面最大拉应力大拉应力A宽宽高高可是，尽
4、管梁的受力不尽合理，不过，却由于梁（尤其是矩形截面的简支梁）具有传力明确简洁，受力分析简便，制作工艺简单，材料利用的性价比却优于楼板，故在中小跨度建筑中依然达到大量的应用。也就是说，在跨度较小的特定条件下，梁的应用还是比较合用的。1.4 1.4 简支梁的受力的破坏形式示意图简支梁的受力的破坏形式示意图弯矩最大截面处弯矩最大截面处发生开裂发生开裂l 梁的内力计算包括弯矩、轴力、剪力等。内力值的大小取决于如下结构条件：l 1）荷载要素集中荷载还是分布荷载l 2）支座要素铰接还是刚接l 3）跨数要素单跨还是多跨l 4）梁端要素悬臂还是非悬臂l 下面列举几例常见的简单的梁的内力分析：单跨简支梁单跨简支
5、梁的弯矩图的弯矩图多跨简支梁多跨简支梁的弯矩图的弯矩图静定结构静定结构超静定结构超静定结构常见梁的内力分析常见梁的内力分析超静定结构超静定结构静定结构静定结构单跨固端梁单跨固端梁的弯矩图的弯矩图单跨悬臂梁单跨悬臂梁的弯矩图的弯矩图常见梁的内力分析常见梁的内力分析超静定结构超静定结构单跨简支两端悬臂梁单跨简支两端悬臂梁的弯矩图的弯矩图常见梁的内力分析常见梁的内力分析单跨简支一端悬臂梁单跨简支一端悬臂梁的弯矩图的弯矩图静定结构静定结构常见梁的内力分析常见梁的内力分析1.2 梁的型式选择梁的型式选择l 1.2.1 梁的材料分类l 按照材料有石梁、木梁、钢梁、钢筋混凝土梁等。l 1.石梁 石梁是西方古
6、代建筑中应用很广泛的构件，跨度可达到89米。但是石材的抗压强度很高，抗拉强度很低，所以石梁的截面高度往往很大，不仅笨重，而且柱网尺寸会受到限制。l2.木梁 木梁是我国古代的宫殿建筑中应用极为广泛的构件。由于木梁的自重轻，抗压抗拉强度均较大，因此木梁比石梁的截面小，跨度大，柱网布置灵活，使用方便。但是木材防腐、防蛀、防火性能差，且资源有限，因此现代建筑结构中逐渐被淘汰。l 3.钢梁 钢梁的材料强度高，施工方便，使用范围广。尽管钢材密度大，但由于材料强度高，所需的截面尺寸较小，故钢梁的自重比相同跨度的钢筋混凝土梁要轻。l 唯独钢梁的防火、防腐性能差。l 4.钢筋混凝土梁 钢筋混凝土梁是目前应用最为
7、广泛的梁。利用混凝土受压，纵向钢筋受拉，箍筋受剪。受力明确，构造简单，施工方便，造价低廉等。唯独其自重大，跨度一般不超过12米。l 经过优化设计的梁，比如预应力钢筋混凝土梁跨度可达18米，有的超过30米。l 1.2.2 梁的截面形式分类l（1）钢梁的截面形式一般为工字形截面。其截面形式最符合梁在最大弯矩截面的应力分布规律。截面压应力分布截面压应力分布图图截面拉应力分布截面拉应力分布图图上边缘最大压应力上边缘最大压应力下边缘最大拉应力下边缘最大拉应力截面中心应力为零截面中心应力为零跨中集中力时的跨中集中力时的简支梁弯矩分布简支梁弯矩分布图图最大弯矩截面位最大弯矩截面位置为集中力所在置为集中力所在
8、截面截面l 由于梁承受的弯矩大小沿着跨度方向有明显变化，因此钢梁的截面高度和上下翼缘钢板厚度可以有所变化，其原则为，弯矩大处截面高度大，弯矩小处高度可以适当变小。工字形截面的机理就是将材料集中在上下表面，最大程度发挥材料力学性能。截面上翼缘截面上翼缘截面下翼缘截面下翼缘截面腹板截面腹板钢梁的截面形式多为工字形工字形截面工字形截面的钢梁的钢梁工字形截面工字形截面的钢柱的钢柱图图1.51.5钢梁的截面形式钢梁的截面形式钢支撑的截面形式多为角钢图图1.6 1.6 钢支撑的截面形式钢支撑的截面形式框架结构中的楼层大梁框架结构中的楼层大梁排架结构中的屋面大梁排架结构中的屋面大梁跨中弯矩大，截面高度加大跨
9、中弯矩大，截面高度加大跨中和支座截面高度相等跨中和支座截面高度相等钢框架结构中的钢梁与钢柱钢框架结构中的钢梁与钢柱钢结构中梁柱之间的连接件和螺栓钢结构中梁柱之间的连接件和螺栓弧拱性大跨度钢结构的构件组成实例弧拱性大跨度钢结构的构件组成实例钢结构门架似曾相识钢结构门架似曾相识l（2）钢筋混凝土梁的截面形式很多，最简单的是矩形截面。截面高度应大于截面宽度，这样能充分发挥材料的强度作用，梁的刚度较大。l 为了使得梁的受力更好，可将梁的截面分别设计成工字形、T形、箱形截面梁。l 为了适应弯矩和剪力的变化（即中部弯矩大，两端弯矩小），可用变高度梁、鱼腹梁、空腹梁，增加高度来提高梁的抗弯能力，梁端弯矩小，
10、剪力大故可减少高度，增加宽度，并用矩形截面。l 普通钢筋混凝土梁的跨度为6-12米，预应力钢筋混凝土梁的跨度为12-18米。l 钢筋混凝土梁截面形式其所以常用矩形、T、倒T形、十字形、花篮形等，目的是适应不同受力和使用需要（图1.7）。图图1.7 1.7 钢筋混凝土梁的截面形式钢筋混凝土梁的截面形式矩形矩形T形形倒倒T形形花篮形花篮形突形突形图图1.8 钢筋混凝土矩形截面梁钢筋混凝土矩形截面梁框架外挑梁框架外挑梁框架跨中主次梁框架跨中主次梁1.8 钢筋混凝土矩形截面梁建成效果钢筋混凝土矩形截面梁建成效果钢筋混凝土双向井格梁历历在目钢筋混凝土双向井格梁历历在目l 1.2.3 按梁的支座约束条件分
11、类l 静定梁和超静定梁：l 单跨静定梁或单跨超静定梁：l 多跨静定梁或多跨超静定梁：l 单跨静定梁有简支梁和悬臂梁：l 单跨超静定梁有两端固定 一端固定一端简支1.3 1.3 梁的受力与变形梁的受力与变形 l 1.3.1 1.3.1 梁的受力梁的受力l 梁主要起承受梁主要起承受垂直于梁轴线方向的荷载垂直于梁轴线方向的荷载的作用，其的作用，其内力主要是弯矩和内力主要是弯矩和剪力剪力，变形主要是挠曲变形。变形主要是挠曲变形。l 梁根据其受力状态不仅与荷载性质和大小有关，更重要的还与梁的支座特征息息相关。下面有必要介绍一个重要概念：l 简支梁：梁的两端均有支座，而且为铰支座。l 悬臂梁：梁的一端为固
12、端支座，另一端悬空的。l 两端固定梁：梁的两端均为固定端。l 两端简支悬挑梁：是简支梁的两端均为悬挑梁l 各种梁的受力特点各种梁的受力特点l 简支梁 构造简单，内力和挠度大，适用于中小跨度建筑物。l 悬臂梁 悬臂端没有支座，空间布置灵活。缺点是固定端有较大的倾覆弯矩。结构上要求抗倾覆安全系数应大于1.5。l 悬挑结构倾覆力矩的平衡：压重平衡、下部拉压平衡、左右自平衡、副跨框架平衡（影剧院楼座看台结构）。l 两端固定梁，这种梁的跨中弯矩明显减小，变形也会明显减少。当柱子的刚度远比梁为大时，梁就是一种两端固定式梁。l 两端外伸梁，由于外伸梁的负弯矩作用，跨中最大正弯矩和挠度就会小于简支梁的。l 1
13、.3.2 1.3.2 梁的构造梁的构造l 梁的构造内容包括梁的截面形式，梁的截面尺寸l 梁的截面尺寸应根据梁的跨度大小和支承条件、荷载种类和大小、以及建筑使用要求等来综合确定。l 对于钢筋混凝土梁来说，通常情况下梁的截面形式多为矩形截面，而且设计成等截面梁。只有在特殊情况下才采用其他的截面形式，例如T形截面梁、工字形截面梁、花篮梁等。l 梁的截面尺寸一般情况下，对于矩形梁而言，梁的截面高是梁跨度的1/14-1/8，梁的截面宽度是梁截面高度的1/2-1/3。l 减少梁高度的方法：连续梁，外挑梁，刚接梁。图图1.15 1.15 双向井格梁的工程实例双向井格梁的工程实例梁的配筋构造梁的配筋构造1梁顶
14、钢筋，跨端部承担梁顶弯矩作用，跨中主要起架立箍筋作用，也可以在需要时充当受力筋；2梁底钢筋，主要的承担弯矩作用钢筋；3弯筋，在跨端负弯矩较大时，在梁顶发挥效用；在跨中正弯矩较大时，在梁底发挥效用，弯曲段可以承担剪力；4腰筋，当梁高大于700时设置，保证箍筋的稳定性，并承担非应力变形的作用；6箍筋，形成混凝土完整骨架，并承担剪力。5拉筋，主要用于固定腰筋，并承担横向温度应力；梁的基本构造梁的基本构造111222333444555666图图1.16 1.16 简支梁中钢筋的设置简支梁中钢筋的设置1.4 1.4 梁的选用工程实例梁的选用工程实例大型工业厂房排架结构中的梁截面型式大型工业厂房排架结构中
15、的梁截面型式 柱截面多为矩形；吊车梁、联系梁的截面为矩形和T形；牛腿吊车梁联系梁图图1.9 1.9 单层厂房排架结构中的梁单层厂房排架结构中的梁图图1.10 1.10 横向梁的设置横向梁的设置设置梁的空间条件 当房间为当房间为多开间多开间组成的组成的通间形式通间形式时，中间不能设置承重墙，楼时，中间不能设置承重墙，楼板的跨度就远超过板的跨度就远超过3m3m,比如在比如在6m6m以上，为了使楼板的跨度仍然在以上，为了使楼板的跨度仍然在3m3m左右，就应在房间中原来设置墙体的位置设置大梁。左右，就应在房间中原来设置墙体的位置设置大梁。板大梁墙大梁多层公共建筑框架结构中梁的截面型式多层公共建筑框架结
16、构中梁的截面型式设置主次梁的空间条件 当板跨远超过当板跨远超过3m3m，大梁的间距为，大梁的间距为3m3m左右有困难时，还可以设置左右有困难时，还可以设置大小不同的梁，从而形成主、次梁板式结构。此时楼板支承在次梁大小不同的梁，从而形成主、次梁板式结构。此时楼板支承在次梁上，次梁支承在主梁上，主梁支承在柱子上。上，次梁支承在主梁上，主梁支承在柱子上。经济跨度主梁跨度主梁跨度8m-12m8m-12m左右；次梁跨度左右；次梁跨度5m5m左右（左右（亦即主亦即主梁的间距梁的间距）；板跨度在）；板跨度在2m2m左右（左右（亦即次梁的间距亦即次梁的间距）。）。次梁次梁主梁主梁墙墙(柱柱)板板图图1.11
17、1.11 纵横双向梁的设置纵横双向梁的设置主、次梁方向及经济跨度8000-120004000-5000图图1.12 1.12 纵横双向梁的适宜尺度纵横双向梁的适宜尺度梁与墙体的交接关系：设置混凝土梁垫 与板式楼板不同，与板式楼板不同，设置梁后，梁的两端支设置梁后，梁的两端支承在墙上，此时梁传给承在墙上，此时梁传给墙体很大的集中力，往墙体很大的集中力，往往超出普通承重墙的支往超出普通承重墙的支承能力，为避免把墙压承能力，为避免把墙压坏，保证荷载传递，支坏，保证荷载传递，支点处应有一定的支承面点处应有一定的支承面积，并在梁下设置积，并在梁下设置梁垫。梁垫。图图1.13 1.13 梁在墙上的搭接梁在
18、墙上的搭接设置井式梁的空间条件 当房间接近方形，而且面宽和进深尺寸都远超过当房间接近方形，而且面宽和进深尺寸都远超过8 8m m，比如都在比如都在15-20m15-20m时，此时，主梁的长度超过其经济跨度，时，此时，主梁的长度超过其经济跨度，就可将梁设计为断面大小一致的双向空间形式的井格式楼就可将梁设计为断面大小一致的双向空间形式的井格式楼板，即不分主次梁。板，即不分主次梁。布置形式：正井式、斜井式。布置形式：正井式、斜井式。正井式正井式斜井式斜井式双向均在15000-20000图图1.14 1.14 双向井格梁的设置双向井格梁的设置图图1.17 1.17 图书馆的双向井格梁实际效果图书馆的双
19、向井格梁实际效果图图18 某大学教学楼中庭梁柱布置效果图某大学教学楼中庭梁柱布置效果图图图1.19 1.19 钢梁的工程实例钢梁的工程实例图图1.20 1.20 钢梁的工程实例钢梁的工程实例图图1.21 1.21 木结构柱子与地脚的连接实例木结构柱子与地脚的连接实例l 论证作业（为10人合作1份）l 1.试从空间营造和受力两个方面着手，来细致分析并叙述梁的功能作用，从而建立对梁的正确认识。l 2.认真分析并记住如下几个概念，分清楚每对概念之间的联系和区别：集中荷载和分析荷载；铰接和刚接；弯矩和剪力；静定结构和超静定结构；简支连接和固端连接。l 3.梁的受力特点有哪两大致命缺陷，分别是什么？普通钢筋混凝土梁的规格特征（等高梁、矩形截面梁）有什么技术问题。l 4.钢筋混凝土梁的截面高度为什么常常都大于截面宽度？原因你知道吗？请进行简要解答。个人绘图作业个人绘图作业1l 下图为某单位社区办公楼标准层平面，单外廊，房间带阳台。层数为三层，各层层高均为3.30m，室内外高差为300。采用钢筋混凝土框架结构，柱截面均尺寸为300300，试绘制该楼的横剖面图，重点表示梁柱之间的结构关系。备注：填充墙均为备注：填充墙均为240240厚多孔砖墙，厚多孔砖墙，阳台隔墙为阳台隔墙为100100厚厚加筋混凝土墙。加筋混凝土墙。11
