工字钢的规格是用腰宽的厘米值来表示的,如10号工字钢,其腰宽为10cm。工字钢的种类有热轧普通工字钢、轻型工字钢和宽平行腿工字钢(H型钢)。我国热轧普通工字钢的腰宽为100~630,表示为0~No.63,腿内侧壁斜度为1:6。轧制工字钢的孔型系统有直轧孔型系统、斜轧孔型系统和混合孔型系统。此外,工字钢还可以采用轧法。(1)直轧孔型系统。直轧孔型系统是指工字钢孔型的两个开口腿同时处于轧辊轴线的同一侧,腰与轧辊轴线平行的孔型系统。其优点是轧辊轴向力小,轴向窜动小,不需工作斜面,孔型占用辊身长度小,在辊身长度一定的条件下可多配孔型。(2)斜轧孔型系统。这种孔型系统是指工字钢孔型的两个开口腿不同时处于腰部的同一侧,腰与水平轴线有一夹角。(3)混合孔型系统。根据轧机和产品的特点,为充分发挥各自系统的优点,克服缺点,往往采用混合孔型系统,即两种以上系统的组合。如成品孔和成品前孔采用直腿斜轧孔型系统,其他孔型采用弯腿斜轧系统;或者粗轧孔采用直轧系统,后3~4个精轧孔采用直腿斜扎孔等。(4)轧法。由于某种原因采用通常的轧制方法难以轧出要求的工字钢时,可采用轧法,充分利用不均匀变形和孔型设计的技巧。例如,当钢坯断面较窄而要求轧制较宽的工字钢时,可采用波浪式轧法;又如当坯料较宽而要求轧制较小号工字钢时,可采用负宽展轧制等。
(1)直轧孔型系统。直轧孔型系统是指工字钢孔型的两个开口腿同时处于轧辊轴线的同一侧,腰与轧辊轴线平行的孔型系统。
其优点是轧辊轴向力小,轴向窜动小,不需工作斜面,孔型占用辊身长度小,在辊身长度一定的条件下可多配孔型。
(2)斜轧孔型系统。这种孔型系统是指工字钢孔型的两个开口腿不同时处于腰部的同一侧,腰与水平轴线有一夹角。
(3)混合孔型系统。根据轧机和产品的特点,为充分发挥各自系统的优点,克服缺点,往往采用混合孔型系统,即两种以上系统的组合。如成品孔和成品前孔采用直腿斜轧孔型系统,其他孔型采用弯腿斜轧系统;或者粗轧孔采用直轧系统,后3~4个精轧孔采用直腿斜扎孔等。
(4)轧法。由于某种原因采用通常的轧制方法难以轧出要求的工字钢时,可采用轧法,充分利用不均匀变形和孔型设计的技巧。例如,当钢坯断面较窄而要求轧制较宽的工字钢时,可采用波浪式轧法;又如当坯料较宽而要求轧制较小号工字钢时,可采用负宽展轧制等。
用热轧成型的工字钢或槽钢等制成(见热轧型钢),檩条等轻型梁还可以采用冷弯成型的Z型钢和槽钢(见冷弯型钢)。型钢梁加工简单、造价较廉,但型钢截面尺寸受到一定规格的限制。当荷载和跨度较大,采用型钢截面不能满足强度、刚度或稳定要求时,则采用组合梁。
工字钢梁的强度包括抵抗弯曲、剪切以及竖向局部承压的能力。抗弯能力可由材料力学中的弯曲应力公式求得(见梁的基本理论)。当按弹性阶段设计时,取计算截面的边缘纤维应力达到钢材的屈服点作为极限状态。边缘纤维应力达到屈服点后,梁实际上还可继续承受荷载。随着荷载的继续加大,弯矩所在截面上的塑性变形沿截面从边缘向不断发展和扩大,后在该截面处形成塑性铰。梁上出现使梁成为可动机构的一定数量的塑性铰后,梁即到达抗弯的极限状态而破坏。当按塑性设计时,考虑梁上形成塑性铰及由此引起的内力重分布。采用塑性设计的钢梁,与按弹性阶段设计的梁相比较,可减小截面尺寸,节省钢材,但一般只适用于受静力荷载的热轧型钢梁和等截面焊接组合梁,同时组合梁板件的宽厚比应有较严格的限制,以免板件局部失稳而降低梁的承载能力。
工字钢梁的抗剪能力,也可按材料力学中的有关公式计算。为了简化,通常假定剪力完全由腹板的计算截面平均承受。型钢的腹板较厚,抗剪强度一般都能满足设计要求。当梁的抗弯强度按塑性阶段设计时,剪力的存在会加速塑性铰的形成;因此,对弯矩截面上的剪应力,应有比较严格的限制。
建筑型钢通常指热轧成型的角钢、槽钢、工字钢、H型钢和钢管等。由其构件构成承重结构的建筑称型钢结构建筑。另外由薄钢板冷轧成型的、卷边或不卷边的L形、U形、Z形和管形等薄壁型钢,以及其与小型钢材如角钢、钢筋等制成的构件所形成的承重结构建筑,一般称轻型钢结构建筑。还有采用钢索的悬索结构建筑等,也属钢结构建筑。
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