技术周刊 | 也谈钢梁下翼缘稳定验算

开篇以一个问题引出今天的话题：图一中钢梁可能发生畸变屈曲的是？

图一

(A)框梁①梁端上翼缘

(B)框梁②梁端下翼缘

(C)挑梁③梁端下翼缘

(D)次梁④梁端下翼缘

要解答该问题我们首先需要了解什么是畸变屈曲？

畸变屈曲是钢框架梁在受力过程中负弯矩区可能发生的一种失稳现象，它不同于梁的整体屈曲和局部屈曲。

梁的整体屈曲是指梁受压翼缘沿梁平面外屈曲带动梁产生整体弯扭失稳，此时翼缘与腹板交线的夹角不变；局部屈曲为板的局部面外屈曲，限制板件宽厚比可以防止这种屈曲。

而当钢梁上有混凝土楼板时，楼板起侧向支撑和提供扭转约束的作用，在负弯矩区，下翼缘受压而上翼缘受拉，上翼缘由于楼板的约束无法发生整个截面的扭转变形，可由于钢梁截面通常较高且腹板较薄，容易发生弯曲变形，即使上翼缘无法转动，整个下翼缘也可能因腹板弯曲而发生以腹板为弹性支座的侧向弯曲和扭转变形，这就是畸变屈曲，如图二示意。在这种情况下，下翼缘与腹板交线的夹角可能变化。

图二

畸变屈曲通常发生在框架梁端部，特别是当负弯矩作用下，下翼缘受压而上翼缘受拉时。此外，如果上翼缘有混凝土楼板，楼板起侧向支撑和提供扭转约束的作用，也会增加下翼缘畸变屈曲的风险。

《钢结构设计标准》GB 50017-2017（下文简称《钢标》）第 6.2.7条提出框架梁下翼缘的稳定性应进行简单计算以防止负弯矩区的畸变屈曲。 这是与旧规范相比新增的内容，为评判梁下翼缘稳定性提供了依据。

《钢标》第6.2.7条同时提供了验算下翼缘稳定性的公式，包括正则化长细比和畸变屈曲临界应力的计算。

（1）正则化长细比λ _n,b 和畸变屈曲临界应力计算与下翼缘宽度和厚度、腹板高度和厚度及侧向支承间距相关。

图四

（2）当正则化长细比λ _n,b ＞0.45时，应根据换算长细比λ _e 查附录D表D.0.2得到稳定系数φ _d ，再按照下列稳定应力比公式验算下翼缘的稳定性：

图五

其中，M _x 是梁端弯矩设计值，W _1x 是弯矩作用平面内对受压最大纤维的毛截面模量。当上述公式满足时，判断下翼缘稳定性满足要求，若不满足时，则需要设置加劲肋，为下翼缘提供更加刚强的约束，并带动楼板对框架梁提供扭转约束。设置加劲助后，刚度很大，一般不再需要计算整体稳定和畸变屈曲。

回到前面提出的问题，我们通过前文对畸变屈曲概念、重要性及规范条文和公式的解读， 已经可以了解到，容易发生畸变失稳的位置是在框架梁负弯矩区的下翼缘且梁顶有楼板。

那么，首先可以确定的是选项(B)，并排除选项(A)。对选项(C)，悬挑梁的非悬挑端也是负弯矩区且梁顶有混凝土楼板，实际也会有下翼缘畸变屈曲的风险。至于选项(D)的非框架梁，如果是两端铰接的梁，没有负弯矩区，可以不考虑畸变屈曲，但若是梁端刚接时，也存在畸变屈曲的问题。

YJK软件提供了按照《钢标》第 6.2.7 条进行钢梁畸变失稳验算的功能，具体的操作流程如下：

首先，程序在前处理——计算参数提供选项【按钢标6.2.7验算梁下翼缘稳定】，默认勾选。

图六

勾选后，程序自动对所有钢梁打上“验算下翼缘稳定”的灰白色标记，表示将会按照《钢标》第6.2.7条进行钢梁畸变失稳验算，可在前处理——特殊梁定义，进行查看，见图七。

如果确定某些钢梁不需要进行下翼缘稳定性验算，也支持在这里取消定义，即执行【下翼缘稳定】命令，然后单选或框选不需要验算的梁，灰白色标记消失就代表取消成功。

图七

在构件设计阶段，程序首先会对所有钢梁进行正则化长细比计算，正则化长细比计算可在程序设计结果——计算书中用构件详细功能进行查看，如图八所示。

图八

然后按《钢标》第6.2.7条要求对梁端负弯矩和梁顶楼板进行判断：

（1）对梁端有负弯矩且梁两侧或单侧房间有楼板并板厚大于10mm的梁，会在构件信息中输出正则化长细比计算结果。当判断正则化长细比λ _n,b ＞0.45时，进行下翼缘稳定性验算，并输出验算结果，同时进行图形结果的显示，见图九、十中1号梁；当判断正则化长细比λ _n,b ≤0.45时，不进行下翼缘稳定性验算，见图九、十中的2号梁。

PS：构件信息中以 F2_Dw 区分钢梁整体稳定验算输出标记，同时将钢梁下翼缘稳定性验算结果单独输出到配筋简图钢梁线下方是从4.0版本开始的。之前版本程序对于钢梁整体稳定和下翼缘稳定均以 F2输出。

图九

图十