鋼結(jié)構(gòu)桁架節(jié)點(diǎn)圖集（工字型鋼梁優(yōu)化設(shè)計(jì)案例）是一本專注于工字型鋼梁在桁架結(jié)構(gòu)中應(yīng)用與優(yōu)化設(shè)計(jì)的圖集。本書詳細(xì)展示了如何通過精確計(jì)算和設(shè)計(jì)來確保工字型鋼梁的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐久性，同時(shí)考慮到成本效益和施工便捷性。書中包含了豐富的實(shí)例，展示了不同工況下的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)和分析，以及如何通過調(diào)整連接方式、支撐系統(tǒng)等來優(yōu)化桁架結(jié)構(gòu)的性能。還介紹了現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用，為工程師提供了實(shí)用的工具和指導(dǎo)。

工字型鋼梁截面設(shè)計(jì)

一、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

梁的截面高度
- 要考慮建筑高度、剛度和經(jīng)濟(jì)三個(gè)方面的要求。確定了建筑高度也就確定了梁的最大高度；剛度要求確定了梁的最小高度，剛度條件要求梁在全部荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下的撓度 $v$ 不大于容許撓度；還有梁的經(jīng)濟(jì)高度，即梁用鋼量最少的高度。梁的腹板高度可稍小于梁的高度，一般取腹板高度為50mm。
腹板厚度
- 腹板厚度應(yīng)滿足抗剪強(qiáng)度的要求。初選截面時(shí)，可近似的假定最大剪應(yīng)力為腹板平均剪應(yīng)力的1.2倍，根據(jù)腹板的抗剪強(qiáng)度計(jì)算公式確定的值往往偏小。為了考慮局部穩(wěn)定和構(gòu)造等因素，腹板厚度一般用下列經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算（公式中的單位均為 $mm$ ）。實(shí)際采用的腹板厚度應(yīng)考慮鋼板的現(xiàn)有規(guī)格，一般為 $2mm$ 的倍數(shù)。對(duì)于非吊車梁，腹板厚度取值宜比計(jì)算值略小；對(duì)考慮腹板屈曲后強(qiáng)度的梁，腹板厚度可更小，但腹板高厚比不宜超過250。
翼緣尺寸
- 已知腹板尺寸，可求得需要的翼緣截面積。每個(gè)翼緣的面積近似取 $A_f$ ，則翼緣面積為 $A_f$ ，翼緣板的寬度通常為 $b =(1/6～l/2.5)h$ （ $h$ 為梁高），厚度 $t = A_f/b$ 。翼緣板常用單層板做成，當(dāng)厚度過大時(shí)，可采用雙層板。確定翼緣板的尺寸時(shí)，應(yīng)注意滿足局部穩(wěn)定要求，使受壓翼緣的外伸寬度 $b$ 與其厚度 $t$ 之比 $b/t\leq15$ （彈性設(shè)計(jì)）或 $b/t\leq13$ （考慮塑性發(fā)展）。選擇翼緣尺寸時(shí)，同樣應(yīng)符合鋼板規(guī)格，寬度取 $10mm$ 的倍數(shù)，厚度取 $2mm$ 的倍數(shù)。

二、截面驗(yàn)算分析

彎曲強(qiáng)度
- 彈性工作階段：當(dāng)彎矩 $M$ 較小時(shí)，截面上的彎曲應(yīng)力呈三角形直線分布，其外緣纖維最大應(yīng)力為 $\sigma = M/W_n$ 。這個(gè)階段可以持續(xù)到 $\sigma$ 到屈服點(diǎn) $f_y$ ，此時(shí)梁截面的彎矩達(dá)到彈性極限彎矩 $M_e$ 。隨著彎矩增大，塑性區(qū)逐漸向截面中央擴(kuò)展，中央彈性區(qū)相應(yīng)逐漸減小。塑性工作階段：在塑性工作階段，若彎矩不斷增大，直到彈性區(qū)消失，截面全部進(jìn)入塑性狀態(tài)，即達(dá)到塑性工作階段，此時(shí)梁截面應(yīng)力呈兩個(gè)矩形分布彎矩達(dá)到最大極限，稱為塑性彎矩 $M_p$ 。
彎曲剪應(yīng)力計(jì)算
- 根據(jù)材料力學(xué)開口截面的剪應(yīng)力計(jì)算公式，梁的抗剪強(qiáng)度或剪應(yīng)力按下式計(jì)算： $\tau=\frac{V_yS_x}{I_xt}$ ，式中 $V_y$ 為計(jì)算截面沿腹板平面作用的剪力； $S_x$ 為計(jì)算剪應(yīng)力處以上或以下毛截面對(duì)中和軸的面積矩； $I_x$ 為毛截面慣性矩； $t$ 為計(jì)算點(diǎn)處板件的厚度； $f_v$ 為鋼材抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度。
局部壓應(yīng)力
- 當(dāng)梁上有集中荷載（如吊車輪壓、次梁傳來的集中力、支座反力等）作用時(shí)，集中荷載由翼緣傳至腹板，且該荷載處又未設(shè)置支承加勁肋時(shí)，腹板邊緣存在沿高度方向的局部壓應(yīng)力。
折算應(yīng)力
- 《規(guī)范》規(guī)定，在組合梁的腹板計(jì)算高度邊緣處，若同時(shí)受有較大的正應(yīng)力 $s$ 、剪應(yīng)力 $t$ 和局部壓應(yīng)力 $s_c$ ，應(yīng)對(duì)這些部位進(jìn)行驗(yàn)算。當(dāng) $s$ 和 $s_c$ 比同號(hào)時(shí)要提早進(jìn)入屈服，而此時(shí)塑性變形能力高，危險(xiǎn)性相對(duì)較小故取 $b_1 = 1.2$ 。

三、優(yōu)化設(shè)計(jì)

判別強(qiáng)度控制和剛度控制的臨界跨高比：在雙軸對(duì)稱鋼梁截面設(shè)計(jì)中存在判別強(qiáng)度控制和剛度控制的臨界跨高比的概念。并且推導(dǎo)了組合雙軸對(duì)稱工字形鋼梁在不同腹板高厚比下的腹板高度與截面模量、截面慣性矩的關(guān)系式，基于此可以進(jìn)行組合雙軸對(duì)稱工字形鋼梁截面的優(yōu)化設(shè)計(jì)。按照優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)，算例結(jié)果表明該優(yōu)化步驟是快速與準(zhǔn)確的，優(yōu)化效果明顯，可方便地應(yīng)用于組合雙軸對(duì)稱工字形鋼梁截面的設(shè)計(jì)。