为什么钢梁的截面采用工字形而不采用实心矩形截面?
钢梁横截面的抵抗弯矩的拉压应力离中性层越远,提供的抵抗弯矩就越大。工字形横截面面积集中在离中性层最远的地方,只要不失稳就比矩形截面省材料。
节省材料,同样的材料抗弯截面系数更大,其次从材料力学知道,受弯构件在截面的应力分布是相对于中性轴的三角形分布,上下纤维分别受压受拉,越趋于中性轴应力为0,把梁截面设计成工字型满足受力要求的同时更能节约造价,甚至有的梁为了减轻自重腹板设计成蜂窝状。工字形截面是由腹板和翼缘组成。
建筑中多出现工字型梁是由于中性层对抗弯的贡献很小。因此工程应用上经常用工字梁代替方形梁,用空心管代替实心柱。工字形断面的轧制铁梁、钢梁或铸钢梁;亦指工字形断面的组合梁,尤其是用于钢铁结构(如钢架建筑物)中的梁。
为什么建筑中多出现工字型梁
建筑中多出现工字型梁是由于中性层对抗弯的贡献很小。因此工程应用上经常用工字梁代替方形梁,用空心管代替实心柱。工字形断面的轧制铁梁、钢梁或铸钢梁;亦指工字形断面的组合梁,尤其是用于钢铁结构(如钢架建筑物)中的梁。
工字形的截面形状是前辈工程研究创造的,它能节省大量的材料而获得几乎相近于外轮廓一样的矩形截面的惯性矩以抗弯,同时,由于钢的强度很高,也有足够的抗剪能力。只有钢能办得到,如工字形的截面和H形截面。节省大量的材料也减轻了构件的自身重量。工业厂房的混凝土柱也仿效此形状,也有一定的效果。
文化历史因素:工字结构在中国传统建筑中得到广泛应用。这种结构形式不仅体现了古代建筑师对稳固性的追求,还融入了丰富的文化内涵。随着历史的发展,工字结构逐渐成为了一种典型的建筑形式,代表着中国传统文化的传承和延续。