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1 基本介紹

　　工字鋼也稱鋼梁（英文名稱 I Beam)，是截面為工字形的長(zhǎng)條鋼材。工字鋼分普通工字鋼和輕型工字鋼，H形鋼三種。工字鋼廣泛用于各種建筑結(jié)構(gòu)、橋梁、車輛、支架、機(jī)械等。普通工字鋼和輕型工字鋼的翼緣由根部向邊上逐漸變薄的，有一定的角度，普通工字鋼和輕型工字鋼的型號(hào)是用其腰高毫米數(shù)的阿拉伯?dāng)?shù)字來(lái)表示，腹板、翼緣厚度和翼緣寬度不同其規(guī)格以腰高( h)×腿寬(b)×腰厚(d)的毫數(shù)表示，如“普工160×88×6”，即表示腰高為160毫米，腿寬為88毫米，腰厚為6毫米的普通工字鋼。/“輕工160×81×5”，即表示腰高為160毫米，腿寬為81毫米，腰厚為5毫米的輕型工字鋼。普通工字鋼的規(guī)格也可用型號(hào)表示，型號(hào)表示腰高的毫米數(shù)，如普工16#。腰高相同的工字鋼，如有幾種不同的腿寬和腰厚，需在型號(hào)右邊加a b c 予以區(qū)別，如普工32#a、32#b、32#c等。 熱軋普通工字鋼的規(guī)格為10-63#。經(jīng)供需雙方協(xié)議供應(yīng)的熱軋普通工字鋼規(guī)格為12-55#。

　　普通工字鋼 HW HM HN HEA HEB等工字鋼的區(qū)別

2 基本區(qū)別

　　

　　工字鋼主要分為普通工字鋼、輕型工字鋼、H形鋼三種。

　　普通工字鋼、輕型工字鋼翼緣是變截面靠腹板部厚,外部薄; H型鋼：HW HM HN HEA HEB HEM 等工字鋼的翼緣是等截面

　　普通工字鋼、輕型工字鋼已經(jīng)形成國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，普通10#工字鋼相當(dāng)于國(guó)際上的I100（也比如10#槽鋼相當(dāng)于槽鋼U100）（因?yàn)楦鲊?guó)執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)不同，造成它們的規(guī)格有細(xì)微的差別）

　　H型工字鋼亦叫寬翼緣工字鋼，HW HM HN 源于歐洲標(biāo)準(zhǔn),HEB是德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的工字鋼。其中I 、HW、HN工字鋼已廣泛在我國(guó)使用和生產(chǎn)。HEA HEB HEM 在許多德國(guó)設(shè)計(jì)圖上會(huì)看到，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上還很難購(gòu)買到。在國(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)工程中，如果量少則可以使用等規(guī)格的鋼板進(jìn)行焊接拼接而成。而量大的話，通�？紤]使用力學(xué)性能與之相當(dāng)?shù)腍W 、HN型鋼代替。

　　HW 工字鋼主要用于鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)柱中鋼芯柱,也稱勁性鋼柱;在鋼結(jié)構(gòu)中主要用于柱

　　HM 型鋼高度和翼緣寬度比例大致為1.33~~1.75 主要在鋼結(jié)構(gòu)中:用做鋼框架柱在承受動(dòng)力荷載的框架結(jié)構(gòu)中用做框架梁;例如:設(shè)備平臺(tái)

　　HN 型鋼高度和翼緣寬度比例大于等于2; 主要用于梁

　　普通工字鋼的用途相當(dāng)于HN型鋼;

3 適用范圍

　　普通工字鋼，輕型工字鋼，由于截面尺寸均相對(duì)較高、較窄，故對(duì)截面兩個(gè)主袖的慣性矩相差較大，因此，一般僅能直接用于在其腹板平面內(nèi)受彎的構(gòu)件或?qū)⑵浣M成格構(gòu)式受力構(gòu)件。對(duì)軸心受壓構(gòu)件或在垂直于腹板平面還有彎曲的構(gòu)件均不宜采用，這就使其在應(yīng)用范圍上有著很大的局限。工字鋼的使用應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的要求進(jìn)行選用。

4 尺寸設(shè)計(jì)

　　H型鋼屬于高效經(jīng)濟(jì)裁面型材(其它還有冷彎薄壁型鋼、壓型鋼板等)，由于截面形狀合理，它們能使鋼材更高地發(fā)揮效能，提高承裁能力。不同于普通工字鋼的是H型鋼的翼緣進(jìn)行了加寬，且內(nèi)、外表面通常是平行的，這樣可便于用高強(qiáng)度螺桂和其他構(gòu)件連接。其尺寸構(gòu)成合理系列，型號(hào)齊全，便于設(shè)計(jì)選用。

　　在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中選用工字鋼應(yīng)依據(jù)其力學(xué)性能，化學(xué)性能，可焊性能，結(jié)構(gòu)尺寸等選擇合理的工字鋼進(jìn)行使用。

5 焊接工藝

　　H型鋼的翼緣都是等厚度的，有軋制截面，也有由3塊板焊接組成的組合截面。普通工字鋼都是軋制截面，由于生產(chǎn)工藝差，翼緣內(nèi)邊有1：10坡度。H型鋼的軋制不同于普通工字鋼僅用一套水平軋輥，由于其翼緣較寬且無(wú)斜度(或斜度很小)，故須增設(shè)一組立式軋輥同時(shí)進(jìn)行輥軋，因此，其軋制工藝和設(shè)備都比普通軋機(jī)復(fù)雜。國(guó)內(nèi)可生產(chǎn)的最大軋制H型鋼高度為800mm，超過(guò)了只能是焊接組合截面。

　　窄翼緣h型鋼適用于梁或壓彎構(gòu)件，而寬翼緣h型鋼和h型鋼樁則適用于軸心受壓構(gòu)件或壓彎構(gòu)件。普通工字鋼、輕型工字鋼與HW、HN型鋼相比，等重量前提下，w、 ix、 iy都不如H型鋼

6 相關(guān)公式

　　截面高度 H

　　截面寬度 B

　　腹板厚度 Tw

　　翼緣厚度 Tf

　　交接圓弧半徑 Rw

　　RA=RB=P/2

　　Mc=Mmax=Pl/4

　　fc=fmax=Pl^3/48EI

　　θA=θB=Pl^2/16EI

　　符號(hào)意義及單位

　　P —— 集中載荷，N；

　　q —— 均布載荷，N；

　　R —— 支座反力，作用方向向上者為正，N；

　　M —— 彎矩，使截面上部受壓，下部受拉者為正，Nm；

　　Q —— 剪力，對(duì)鄰近截面所產(chǎn)生的力矩沿順時(shí)針?lè)较蛘邽檎�，N；

　　f —— 撓度，向下變位者為正，mm；

　　θ —— 轉(zhuǎn)角，順時(shí)針?lè)较蛐�轉(zhuǎn)者為正，°；

　　E —— 彈性模量，Gpa；

　　I —— 截面的軸慣性矩，m^4；

　　ξ=x/l，ζ=x'/l，α=a/l，β=b/l，γ=c/l

　　從兩方面考慮：

　　第一，從梁的剪切應(yīng)力考慮

　　第二，從彎曲正應(yīng)力考慮。

　　從型鋼表中可以查到它的最大可用剪切強(qiáng)度T

　　Tmax=Q/Ib[BH^2/8-<(B-b)h^2>/8]

　　式中: Tmax為最大剪切強(qiáng)度。把可用剪切強(qiáng)度T代進(jìn)去，可算出梁的最大承受載荷。

　　Q為均布載荷

　　I為工字鋼的截面慣矩可在型鋼表中查得(cm^4).

　　B為工字鋼截面的最大寬度。

　　b為工字鋼截面的最小寬度

　　h為工字鋼最小寬度截面的高度。

　　H為工字鋼最大寬度截面的高度

　　正應(yīng)力的計(jì)算：

　　Ysigma=M/W

　　M=最大彎矩=載荷乘距離

　　W=抗彎模量。

　　設(shè)Ysigma=允許的最大應(yīng)力，可得出載荷的最大值。

　　普通工字鋼規(guī)格表　　

　　W= 0.00785 ×[hd+2t （ b – d ） +0.615 （ R 2 – r 2 ） ]

　　h= 高

　　b= 腿長(zhǎng)

　　d= 腰厚

　　t= 平均腿厚

　　R= 內(nèi)弧半徑

　　r= 端弧半徑

　　求 250 mm × 118mm × 10mm 的工字鋼每 m 重量。從金屬材料手冊(cè)中查出該工字鋼 t 為 13 ， R 為 10 ， r 為 5 ，則每 m 重量 = 0.00785 ×[250 ×10+2 ×13 × （ 118 –10 ） +0.615 × （ 10 2 –5 2 ） ]= 42.03kg

規(guī)格	高度	腿寬	腰厚	理重
10#	100	68	4.5	11.261
12#	120	74	5	13.987
14#	140	80	5.5	16.89
16#	160	88	6	20.513
18#	180	94	6.5	24.143
20#a	200	100	7	27.929
20#b	200	102	9	31.069
22#a	220	110	7.5	33.07
22#b	220	112	9.5	36.524
25#a	250	116	8	38.105
25#b	250	118	10	42.03
28#a	280	122	8.5	43.492
28#b	280	124	10.5	47.888
30#a	300	126	9	48.084
30#b	300	128	11	52.794
32#a	320	130	9.5	52.717
32#b	320	132	11.5	57.741
32#c	320	134	13.5	62.765
36#a	360	136	10	60.037
36#b	360	138	12	65.689
36#c	360	140	14	71.341
40#a	400	142	10.5	67.598
40#b	400	144	12.5	73.878
40#c	400	146	14.5	80.158
45#a	450	150	11.5	80.42
45#b	450	152	13.5	87.485
45#c	450	154	15.5	84.55
56#a	560	166	12.5	106.316
56#b	560	168	14.5	115.108
56#c	560	170	16.5	123.9
63#a	630	176	13	121.407
63#b	630	178	15	131.298
63#c	630	180	17	141.189