輕鋼建筑在一些發(fā)達國家已被廣泛應用于工廠(chǎng)、倉庫、體育館、展覽館、超市等建筑，而鋼結構本身具備自重輕、強度高、施工快等獨特優(yōu)點(diǎn)，因此對高層、大跨度，尤其是超高層、超大跨度，采用鋼結構更是非常理想。鋼結構體系有著(zhù)巨大的發(fā)展潛力和理想的發(fā)展前景，鋼梁作為鋼結構中的重要受力構件，其力學(xué)性能必將在今后的發(fā)展中更加完善、合理。

　　1 鋼結構的應用

　　世界上已經(jīng)建成的幾個(gè)純鋼結構建筑為目前世界上最高的超高層建筑，如美國紐約帝國大廈，美國紐約世界貿易中心，美國芝加哥西爾斯大廈，馬來(lái)西亞雙塔石油大廈等。巨型鋼結構為高層或超高層建筑的一種嶄新體系[1]，它是為了滿(mǎn)足特殊功能或綜合功能而產(chǎn)生的。它具有良好的建筑適應性和潛在的高效結構性能，是一種很有發(fā)展前景的鋼結構。

　　大跨度或較大跨度大多采用鋼結構，大跨度鋼結構多用于多功能體育場(chǎng)館、會(huì )議展覽中心、博覽館、候機廳、飛機庫等。最早的大跨度平板網(wǎng)架是上世紀60年代美國洛衫磯加里福尼亞大學(xué)體育館。世界上跨度最大的斜拉索橋為日本的多多羅大橋，最大的懸索橋為日本的名石大橋，公路鐵路兩用最大跨度橋為香港的青馬大橋。世界最早的雙曲拋物面懸索屋蓋是美國雷里競技館。另外，歷屆奧運會(huì )、博覽會(huì )等都可以顯示鋼結構的發(fā)展水平。

　　2 鋼梁的力學(xué)特性

　　鋼梁在其對稱(chēng)軸平面內的橫向荷載作用下，一般只在該平面內產(chǎn)生彎矩、剪力和撓度。但是，由于鋼梁的截面通常為高而窄的工字形或槽形，側向抗彎剛度和抗扭剛度較小，還可能發(fā)生側向彎曲扭轉屈曲而喪失整體穩定[2]。對于組合梁而言，當腹板或翼緣相對較薄時(shí)，還可能在受壓區發(fā)生局部失穩而破壞。因此，設計鋼梁時(shí)須全面考慮并分別驗算其彎應力與剪應力強度、撓度、整體穩定和局部穩定。

　　在豎向荷載作用下，鋼梁一般只產(chǎn)生豎向位移，但對側向剛度較差的工字形截面或槽形截面鋼梁，當梁的自由長(cháng)度較大時(shí)，荷載加大到一定程度，常會(huì )迅速產(chǎn)生較大的側向位移和扭轉變形，使梁隨即喪失承載能力的現象稱(chēng)為喪失整體穩定或側扭屈曲。根據試驗，一般低碳鋼和低合金鋼試件在受彎時(shí)，如同簡(jiǎn)單拉伸試驗一樣，也存在著(zhù)屈服強度和屈服臺階，可視作理想的彈性塑性體。而且在超過(guò)彈性范圍受彎時(shí)仍符合彎曲構件應變的平面假定。因此，在靜力荷載作用下，鋼梁的彎曲大致可劃分為三個(gè)應力階段。

　　鋼梁的強度包括抵抗彎曲、剪切以及豎向局部承壓的能力�？箯澞芰�可由材料力學(xué)中的彎曲應力公式求得。當按塑性設計時(shí)，考慮梁上形成塑性鉸及由此引起的內力重分布。采用塑性設計的鋼梁，與按彈性階段設計的梁相比較，可減小截面尺寸，節省鋼材，但一般只適用于受靜力荷載的熱軋型鋼梁和等截面焊接組合梁，同時(shí)組合梁板件的寬厚比應有較嚴格的限制，以免板件局部失穩而降低梁的承載能力。當按彈性階段設計時(shí)，取計算截面的邊緣纖維應力達到鋼材的屈服點(diǎn)作為極限狀態(tài)。邊緣纖維應力達到屈服點(diǎn)后，梁實(shí)際上還可繼續承受荷載。隨著(zhù)荷載的繼續加大，最大彎矩所在截面上的塑性變形沿截面從邊緣向中央不斷發(fā)展和擴大，最后在該截面處形成塑性鉸。梁上出現使梁成為可動(dòng)機構的一定數量的塑性鉸后，梁即到達抗彎的極限狀態(tài)而破壞。鋼梁的抗剪能力，也可按材料力學(xué)中的有關(guān)公式計算。為了簡(jiǎn)化，通常假定剪力完全由腹板的計算截面平均承受。型鋼的腹板較厚，抗剪強度一般都能滿(mǎn)足設計要求。當梁的抗彎強度按塑性階段設計時(shí)，剪力的存在會(huì )加速塑性鉸的形成；因此，對最大彎矩截面上的剪應力，應有比較嚴格的限制。

　　鋼梁上承受固定集中荷載處，當荷載作用在翼緣上時(shí)，該處翼緣與腹板交界部位的腹板水平截面，應具有足夠的抗豎向局部壓力的能力。承受豎向局部壓力的腹板水平截面的面積，為該豎向壓力在所驗算水平截面上的假定分布長(cháng)度與腹板厚度的乘積，并假定豎向壓應力在該水平截面上為均勻分布。若計算截面的抗豎向局部承壓能力不足，可放大支承豎向荷載墊板的長(cháng)度，或在該處設置腹板的加勁肋。

　　參考文獻：

　　[1]Clough R W.The finite element in plane stress analysis[A].In:Proc.2ndASCE Conf.on Electronic Computation[C].1960.

　　[2]Tianhu He,Mingzhi Guan.Finite Element Method to a Generalized Two-dimensional Thermo-elastic Problem with Thermal Relaxation[A].Proceedings of the Third International Conference on Mechanical Engineering and Mechanics,Vol1,Beijing,P.R.China[C],Oct.21-23:278-283.