第六节 梁截面合理形状的选择

混凝土梁的截面形状及尺寸混凝土梁是建筑结构中常用的承载构件之一，其截面形状和尺寸的设计直接影响着梁的承载能力和使用寿命。

本文将从以下几个方面详细介绍混凝土梁的截面形状及尺寸的规格。

一、梁的截面形状混凝土梁的截面形状一般有矩形、T形、L形、U形等几种，其中矩形截面是最为常见的一种形式，其特点是简单、易于施工、承载能力较强。

T形和L形截面则是在矩形截面的基础上，将梁底部或侧面加宽或加厚，以增加梁的承载能力。

U形截面则是在矩形截面的基础上，将梁的两端下沉，形成一个U形槽，用于预留管线或提高梁的跨度。

此外，还有一些特殊形状的梁，如圆形梁、椭圆形梁等，这些梁一般用于桥梁或特殊建筑结构中。

二、梁的截面尺寸混凝土梁的截面尺寸是梁的承载能力和使用寿命的重要参数，其设计应根据梁的跨度、荷载大小、受力状况等因素来确定。

下面是混凝土矩形梁的截面尺寸规格。

1.梁高梁高是指梁截面中心线距离底部的高度，一般用h表示。

梁的承载能力与梁高成正比，因此在设计中应尽可能增加梁的高度，以提高梁的承载能力。

根据设计规范，混凝土矩形梁的梁高应满足以下条件：(1)梁高不小于跨度的1/12，且不小于150mm；(2)梁高不大于跨度的1/4。

2.梁宽梁宽是指梁截面底部的宽度，一般用b表示。

梁的宽度不仅影响梁的承载能力，还影响着受力时的受力面积，因此在设计中应根据荷载大小和受力状况来确定梁的宽度。

根据设计规范，混凝土矩形梁的梁宽应满足以下条件：(1)梁宽不小于受力区宽度的1.2倍；(2)梁宽不大于梁高的3倍。

3.受力区高度受力区高度是指梁截面中心线距离底部的距离，一般用a表示。

受力区高度决定了梁的受力面积和受力位置，因此在设计中应根据受力状况和荷载大小来确定。

根据设计规范，混凝土矩形梁的受力区高度应满足以下条件：(1)受力区高度不小于受力区宽度的1/2；(2)受力区高度不大于梁高的0.7倍。

4.受力区宽度受力区宽度是指梁截面中心线受力区域的宽度，一般用bw表示。

1、钢结构分门式刚架、多层框架等结构，材料有H型钢、方管、园管等按具体情况选材，就门式刚架来说没有吊车梁小跨度一般说采用H型钢梁柱断面取1/30-1/60。

大跨度的多采用变截面H型钢梁柱节点和屋脊节点处断面取跨的1/30-1/40；跨中H型钢断面取其跨度的1/50-1/60。

钢框架梁断面一般取跨度的1/15-1/25。

2、对于如何设置加劲肋的问题，请看《钢结构设计手册》节点计算章节有详细的解说。

钢结构设计简单步骤和设计思路(一) 判断结构是否适合用钢结构钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、要求能活动或经常装拆的结构。

直观的说：大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、雕塑、仓棚、工厂、住宅、山地建筑和临时建筑等。

这是和钢结构自身的特点相一致的。

(二) 结构选型与结构布置结构选型及布置是对结构的定性，由于其涉及广泛,应该在经验丰富的工程师指导下进行。

此处仅简单介绍. 详请参考相关专业书籍.在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是"概念设计",它在结构选型与布置阶段尤其重要. 对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部构造措施。

在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择，所得结构方案往往易于手算、力学行为清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。

同时，它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。

林同炎教授在《结构概念和体系》一书中介绍了用整体概念来规划结构方案的方法，以及结构总体系和个分体系间的相互力学关系和简化近似设计方法。

钢结构通常有框架、平面桁架、网架（壳）、索膜、轻钢、塔桅等结构形式。

其理论与技术大都成熟。

亦有部分难题没有解决,或没有简单实用的设计方法，比如网壳的稳定等。

结构选型时，应考虑不同结构形式的特点。

梁截面尺寸的确定1、梁的截面尺寸(1) 梁的一般要求在设计钢筋混凝土梁时，首先要确定梁的截面尺寸。

其一般步骤是：先由梁的高跨比h/l0确定梁的高度h，再由梁的高宽比h/b确定梁的宽度b（b为矩形截面梁的宽度或T形、I形截面梁的腹板宽度），并将其模数化。

对变形和裂缝宽度要求严格的梁，尚应按规定进行扰度验算及裂缝宽度验算。

①梁的高跨比下表列出了梁的高跨比下限值，该值可以满足一般正常使用下的变形要求。

但对变形要求高的梁，尚应进行扰度验算。

梁的高跨比下限值构件类型/支承情形简支一端连续两端连续悬臂独立梁及整体肋形梁的主梁1/12 1/3.5 1/15 1/6整体肋形梁的次梁1/16 1/8.5 1/20 1/8注：1. 表中数值适用于普通混凝土和fy<=400N/mm2的普通钢筋；2. 当梁的跨度超过9m时，表中系数宜乘1.2；3. 对比重γ为15~20kN/m3的轻质混凝土结构，表中系数宜乘以（1.65-0.03γ）且不小于1的系数。

②梁截面的高宽比梁截面的高宽比h/b对矩形截面，可选2.0~3.5；对T形截面，可选2.5~4.0。

③模数要求当梁高h<=800mm时，h为50mm的倍数；当h>800mm时，h为100mm的倍数。

当梁宽b>=200mm时，梁的宽度为50mm的倍数；200mm以下宽度的梁，有b=100mm、150mm、180mm三种。

④主、次梁的截面尺寸关系在现浇混凝土结构中，主梁的宽度不应小于200mm，通常为250mm及以上；次梁宽度不应小于150mm。

主梁的高度应至少比次梁高50mm或100mm（当主梁下部可能为双排钢筋时）。

(2) 框架梁的截面尺寸除满足梁的一般要求外，框架梁的截面高度h一般在（1/12~1/8）l0间，截面宽度b 可取（1/2~1/4）h；截面宽度b不宜小于200mm；截面高度和截面宽度之比不宜大于4，梁净跨度ln与截面高度之比不宜小于4。

m
V
( Stresses in Beams)
m

m
M
V
m m
只有与剪应力有关的切向内力元素 d V = dA 才能合成剪力
只有与正应力有关的法向内力元素 d FN = dA 才能合成弯矩
剪力V 内力 弯矩M 正应力 剪应力
所以，在梁的横截面上一般
既有 正应力， 又有 剪应力
先观察下列各组图
所以，可作出如下 假设和推断：
1、平面假设：
2.单向受力假设： 各纵向纤维之间互不挤压，纵向纤维均处于单向受拉或受压的状态。 因此梁横截面上只有正应力σ而无剪应力τ
各横向线代表横截面，实验表 明梁的横截面变形后仍为平面。
梁在弯曲变形时，上面部分纵向纤维缩短，下面部分纵向纤维伸长，必 有一层纵向纤维既不伸长也不缩短,保持原来的长度，这一纵向纤维层称为 中性层. 中性层与横截面的交线称为中性轴，中性轴通过截面形心，是一条形心轴。 且与截面纵向对称轴y垂直，将截面分为受拉区及受压区。梁弯曲变形时， 各横截面绕中性轴转动。
(3)横截面上任一点处的剪应力计算公式(推导略)为

V S I zb
Z
V——横截面上的剪力
Iz——整个横截面对中性轴的惯性矩
b——需求剪应力处的横截面宽度 S*Z——横截面上需求剪应力处的水平线 以外(以下或以上)部分面积A*(如图 ）对 中性轴的静矩
V
3V 4 y2 (1 2 ) 2bh h
应力状态按主应力分类：
（1）单向应力状态。在三个相对面上三个 主应力中只有一个主应力不等于零。 （2）双向应力状态。在三个相对面上三个 主应力中有两个主应力不等于零。
（3）三向应力状态。其三个主应力都不等于零。例 如列车车轮与钢轨接触处附近的材料就是处在三向应 力状态下.