轴心受力和拉弯压弯构

第六章 1、 了 解 “ 轴 心 受 力 构 件 ” 的 应 用 和 截 面 形 式 ； 2、 掌 握 轴 心 受 拉 构 件 设 计 计 算 ； 3、 了 解 “ 轴 心 受 压 构 件 ” 稳 定 理 论 的 基 本 概 念 和分 析 方 法 ； 4、 掌 握 现 行 规 范 关 于 “ 轴 心 受 压 构 件 ” 设 计 计 算方 法 ， 重 点 及 难 点 是 构 件 的 整 体 稳 定 和 局 部 稳 定 ； 5、 掌 握 格 构 式 轴 心 受 压 构 件 设 计 方 法 。大 纲 要 求 大 纲 要 求 :1、 了 解 拉 弯 和 压 弯 构 件 的 应 用 和 截 面 形 式 ；2、 了 解 压 弯 构 件 整 体 稳 定 的 基 本 原 理 ； 掌 握 其 计 算 方 法 ；5、 掌 握 实 腹 式 压 弯 构 件 设 计 方 法 及 其 主 要 的 构 造 要 求 ；4、 掌 握 拉 弯 和 压 弯 的 强 度 和 刚 度 计 算 ;3、 了 解 实 腹 式 压 弯 构 件 局 部 稳 定 的 基 本 原 理 ； 掌 握 其 计 算 方 法 ；6、 掌 握 格 构 式 压 弯 构 件 设 计 方 法 及 其 主 要 的 构 造 要 求 ； 6-1 构 件 类 型一 、 轴 心 受 力 构 件 的 应 用 3.塔 架1.桁 架 2.网 架 轴 心 受 力 构 件 常 用 截 面 形 式 实 腹 式 、 格 构 式 图 柱 的 组 成 (a)型 钢(b)组 合 截 面1、 实 腹 式 构 件 截 面 形 式图 轴 心 受 力 实 腹 式 构 件 的 截 面 形 式 (c)双 角 钢(d)冷 弯 薄 壁 型 钢图 轴 心 受 力 实 腹 式 构 件 的 截 面 形 式 2.格 构 式 构 件 的 常 用 截 面 形 式 图 4.4 格 构 式 构 件 常 用 截 面 形 式 图 4.5 缀 板 柱 3、 格 构 式 构 件 缀 材 布 置 缀 条 、 缀 板 l01l1 l1 图 格 构 式 构 件 的 缀 材 布 置(a) 缀 条 柱 ； (b)缀 板 柱 1、 应 用 一 般 工 业 厂 房和 多 层 房 屋 的 框架 柱 均 为 拉 弯 和压 弯 构 件 。 NMNe二 、 拉 弯 、 压 弯 构 件 的 应 用 NN ee NNa) b) 2、 截 面 形 式a)b) 6-2 轴 心 受 力 构 件 的 强 度 和 刚 度一 、 强 度 计 算 （ 承 载 能 力 极 限 状 态 ） N轴 心 拉 力 或 压 力 设 计 值 ； An构 件 的 净 截 面 面 积 ； f钢 材 的 抗 拉 强 度 设 计 值 。fAN n 轴 心 受 压构 件 ， 当截 面 无 削弱 时 ， 强度 不 必 计算 。 轴心受力构件 轴 心 受 拉 构 件轴 心 受 压 构 件 强 度 （ 承 载 能 力 极 限 状 态 ）刚 度 （ 正 常 使 用 极 限 状 态 ）强 度刚 度 （ 正 常 使 用 极 限 状 态 ）稳 定 （ 承 载 能 力 极 限 状 态 ） 二 、 刚 度 计 算 （ 正 常 使 用 极 限 状 态 ） 截 面 的 回 转 半 径 ； AIi 0 il构 件 的 计 算 长 度 ；0l 取 值 详 见 规 范 或 教 材 。构 件 的 容 许 长 细 比 ， 其 保 证 构 件 在 运 输 、 安 装 、 使 用 时 不 会 产 生 过大 变 形 。 il 00l 构 件 计 算 长 度 i-截 面 的 回 转 半 径 构 件 的 最 大 长 细 比 00 yyy xxx ilil二 刚 度 计 算项次 构 件 名 称 承 受 静 力 荷 载 或 间 接 承 受 动 力 荷 载 的 结 构 直 接 承 受 动 力荷 载 的 结 构一 般 建 筑 结 构 有 重 级 工 作 制 吊 车 的 厂 房1 桁 架 的 杆 件 350 250 250 2 吊 车 梁 或 吊 车 桁 架 以下 的 柱 间 支 撑 300 200 3 其 他 拉 杆 、 支 撑 、 系杆 (张 紧 的 圆 钢 除 外 ) 400 350 表 受 拉 构 件 的 容 许 长 细 比 项 次 构 件 名 称 容 许 长 细 比1 柱 、 桁 架 和 天 窗 架 构 件 150柱 的 缀 条 、 吊 车 梁 或 吊 车 桁 架 以 下 的 柱 间 支 撑2 支 撑 (吊 车 梁 或 吊 车 桁 架 以 下 的 柱 间 支 撑 除 外 ) 200用 以 减 小 受 压 构 件 长 细 比 的 杆 件表 受 压 构 件 的 容 许 长 细 比 轴 心 拉 杆 的 设 计 受 拉 构 件 的 极 限 承 载 力 一 般 由 强 度 控 制 ， 设 计 时 只 考虑 强 度 和 刚 度 。 钢 材 比 其 他 材 料 更 适 于 受 拉 ， 所 以 钢 拉 杆 不 但 用 于 钢结 构 ， 还 用 于 钢 与 钢 筋 混 凝 土 或 木 材 的 组 合 结 构 中 。 此 种组 合 结 构 的 受 压 构 件 用 钢 筋 混 凝 土 或 木 材 制 作 ， 而 拉 杆 用钢 材 做 成 。 6-3 轴 心 受 压 构 件 的 稳 定一 、 轴 心 受 压 构 件 的 整 体 稳 定（ 一 ） 轴 压 构 件 整 体 稳 定 的 基 本 理 论1、 轴 心 受 压 构 件 的 失 稳 形 式 理 想 的 轴 心 受 压 构 件 (杆 件 挺 直 、 荷 载 无 偏 心 、无 初 始 应 力 、 无 初 弯 曲 、 无 初 偏 心 、 截 面 均 匀 等 ）的 失 稳 形 式 分 为 ： 理 想 轴 心 压 杆 ： 假 定 杆 件 完 全 挺 直 、 荷 载 沿 杆 件 形 心 轴作 用 , 杆 件 在 受 荷 之 前 无 初 始 应 力 、 初 弯 曲 和 初 偏 心 , 截 面沿 杆 件 是 均 匀 的 。 此 种 杆 件 失 稳 , 称 为 发 生 屈 曲 。屈 曲 形 式 : 1)弯 曲 屈 曲 ： 只 发 生 弯 曲 变 形 , 截 面 绕 一 个 主 轴 旋 转 ； 2)扭 转 屈 曲 ： 绕 纵 轴 扭 转 ; 3)弯 扭 屈 曲 ： 即 有 弯 曲 变 形 也 有 扭 转 变 形 。1、 整 体 稳 定 的 临 界 应 力 （ 1） 理 想 轴 心 压 杆 -屈 曲 准 则 6-3 轴 心 受 压 构 件 的 整 体 稳 定 弯 曲 屈 曲 ： 双 轴 对 称 截 面 ， 单 轴 对 称 截 面 绕 非 对 称 轴 ；扭 转 屈 曲 ： 十 字 形 截 面 ；弯 扭 屈 曲 ： 单 轴 对 称 截 面 （ 槽 钢 ， 等 边 角 钢 ） 。图 4.11 轴 心 压 杆 的 屈 曲 变 形(a)弯 曲 屈 曲 ； (b)扭 转 屈 曲 ； (c)弯 扭 屈 曲 欧 拉 临 界 应 力a） 理 想 轴 心 压 杆 弹 性 弯 曲 屈 曲 临 界 应 力22lEINN Ecr NE 欧 拉 （ Euler） 临 界 力 2222222 22222 E(l/I )EilE AIl EAl EIANEEcr )(l/2l/2图 4.12 有 初 弯 曲 的 轴 心 压 杆 杆 件 长 细 比 ， =l/i；i 截 面 对 应 于 屈 曲 的 回 转 半 径 ， i = I/A。 当 ， ， 压 杆 进 入 弹塑 性 阶 段 。 采 用 切 线 模 量 理 论 计 算 。p pcr f 22, ttcr E22, l IEN ttcr Et -切 线 摸 量 E为 常 量 , 因 此 cr 不 超 过 材 料 的 比 例 极 限 fpb)理 想 压 杆 的 弹 塑 性 弯 曲 屈 曲 临 界 应 力屈 曲 准 则 建 立 的 临 界 应 力2cr p2E f p p/E f 或 长 细 比图 4.13 应 力 -应 变 曲 线 fp cr E (2)实 际 轴 心 受 压 构 件实 际 轴 心 受 压 构 件 存 在 初 始 缺 陷 - 初 弯 曲 、 初 偏 心 、 残 余 应 力考 虑 初 始 缺 陷 的 临 界 应 力 -边 缘 屈 服 准 则 uNN A BO vve0kN e0kN v0 图 4.14 有 初 弯 曲 的 轴 心 压 杆 及 其 压 力 挠 度 曲 线 e0 z y y N k e 00 N v k v v =0.10y 01.00.5 0=0.3y y EN /N =00 z 0e =0.3e =00 0e =0.11.00.5N /N E 0 弹 塑 性 阶 段压 力 挠 度 曲 线 有 初 弯 曲 (初 偏 心 )时 ， 一 开 始 就 产 生 挠 曲 ,荷 载 ， v , 当 N NE时 ， v 初 弯 曲 （ 初 偏 心 ） 越 大 ,同 样 压 力 下 变 形 越 大 。 初 弯 曲 （ 初 偏 心 ） 即 使 很 小 ,也 有 a） 初 弯 曲 和 初 偏 心 的 影 响 cr EN N图 4.15 轴 心 压 杆 及 其 压 力 挠 度 曲 线 弹 塑 性 阶 段压 力 挠 度 曲 线 压 力 超 过 NA后 ,构 件 进 入 弹 塑性 阶 段 ,塑 性 区 , v B点 是 具 有 初 弯 曲 压 杆 真 正 的极 限 承 载 力 “ 最 大 强 度 准 则 ” 以 NB作 为 最 大 承 载 力 。最 大 强 度 准 则 挠 度 v 增 大 到 一 定 程 度 ,杆 件 中 点 截 面 边 缘 ( A或 A ), 塑 性 区 增 加 -弹 塑 性 阶 段 , 压 力 小 于 Ncr丧 失 承 载 力 。 A表 示 压 杆 跨 中 截 面 边 缘 屈 服 “ 边 缘 屈 服 准 则 ” 以 NA作 为 最 大 承 载 力图 4.15 轴 心 压 杆 及 其 压 力 挠 度 曲 线 b)理 想 轴 心 压 杆 与 实 际 轴 心 压 杆 承 载 能 力 比 较1-欧 拉 临 界 力 2-切 线 摸 量 临 界 力 3-有 初 弯 曲 临 界 力 图 4.16 轴 心 压 杆 的 压 力 挠 度 曲 线 轴 心 压 杆 即 使 面 积 相 同 , 材 料 相 同 , 但 截 面 形 式 不 同 ,加 工 条 件 不 同 , 其 残 余 应 力 影 响 也 不 同 - 既 承 载 力 不 同 ,柱 子 曲 线 不 同 。2. 轴 心 受 压 构 件 的 柱 子 曲 线 各 国 都 采 用 多 柱 子 曲 线 ,我 国 采 用 4条 曲 线 , 即 把 柱子 截 面 分 为 4类 . a曲 线 包 括 的 截 面 残 余 应 力 影 响 最 小 ,相 同 的 值 , 承 载 力 大 , 稳 定 系 数 大 ； c曲 线 包 括 的 截 面 残 余 应 力 影 响 较 大 ； d曲 线 承 载 力 最 低 。 cr与 长 细 比 的 关 系 曲 线 称 为 柱 子 曲 线 ， 越 大 ， 承 载力 越 低 ， 即 cr 越 小 , 稳 定 系 数 = cr/ R 越 小 。 y /235f图 4.17 我 国 的 柱 子 曲 线 3、 实 际 轴 心 受 压 构 件 的 整 体 稳 定 计 算 轴 心 受 压 构 件 不 发 生 整 体 失 稳 的 条 件 为 ， 截 面应 力 不 大 于 临 界 应 力 ， 并 考 虑 抗 力 分 项 系 数 R后 ，即 为 ： 表 得 到 。 类 和 构 件 长 细 比 查稳 定 系 数 ， 可 按 截 面 分即 ： fAN fffAN RyycrRcr公 式 使 用 说 明 ： （ 1） 截 面 分 类 ： 见 教 材 表 ； （ 2） 构 件 长 细 比 的 确 定 、 截 面 为 双 轴 对 称 或 极 对 称 构 件 ： xx yyyoyyxoxx ilil 对 于 双 轴 对 称 十 字 形 截 面 ， 为 了 防止 扭 转 屈 曲 ， 尚 应 满 足 ：悬 伸 板 件 宽 厚 比 。或 tb tbyx 07.5 、 截 面 为 单 轴 对 称 构 件 ： xx yyxoxx ilx 轴 ：绕 非 对 称 轴绕 对 称 轴 y轴 屈 曲 时 ， 一 般 为 弯扭 屈 曲 ， 其 临 界 力 低 于 弯 曲 屈曲 ， 所 以 计 算 时 ， 以 换 算 长 细比 yz代 替 y ， 计 算 公 式 如 下 ： xx yy bt ( ) ( ) ( ) 2122202022222 1421 zyzyzyyz ie ( )222020 2202 7.25yx tz iiei lIIAi 。构 件 ， 取或 两 端 嵌 固 完 全 约 束 的 翘 曲对 两 端 铰 接 端 部 可 自 由扭 转 屈 曲 的 计 算 长 度 ， ；面 近 似 取、 十 字 形 截 面 和 角 形 截双 角 钢 组 合 轧 制 、 双 板 焊 接 、形 截 面毛 截 面 扇 性 惯 性 矩 ； 对 毛 截 面 抗 扭 惯 性 矩 ；扭 转 屈 曲 的 换 算 长 细 比 径 ；截 面 对 剪 心 的 极 回 转 半 毛 截 面 面 积 ；距 离 ；截 面 形 心 至 剪 切 中 心 的式 中 ： ytz lll II Ii Ae 000 0) (T 、 单 角 钢 截 面 和 双 角 钢 组 合 T形 截 面 可 采 取 以 下 简 化 计 算 公 式 ： yy tb （ a）A、 等 边 单 角 钢 截 面 ， 图 （ a） 42200 220 40 5.13178.454.0 85.0154.0 btltbbltb tl bbltb yyz y yyyz y 时 ：当 时 ：当 B、 等 边 双 角 钢 截 面 ， 图 （ b） 42200 220 40 6.1819.358.0 475.0158.0 btltb bltb tl bbltb yyz y yyyz y 时 ：当 时 ：当 yyb b（ b） C、 长 肢 相 并 的 不 等 边 角 钢 截 面 ， 图 （ C） 422202 202 220 42202 4.1711.548.0 09.1148.0 btltb bltb tl bbltb yyz y yyyz y 时 ：当 时 ：当 yyb2 b2 b1（ C） D、 短 肢 相 并 的 不 等 边 角 钢 截 面 ， 图 （ D） 412201 101 101 7.5217.356.0 56.0 btltb bltb bltb yyz yyyz y 时 ：当 时 ， 近 似 取 ：当 yy b2b1 b1（ D） 、 单 轴 对 称 的 轴 心 受 压 构 件 在 绕 非 对 称 轴 以 外 的任 意 轴 失 稳 时 ， 应 按 弯 扭 屈 曲 计 算 其 稳 定 性 。u ub 当 计 算 等 边 角 钢 构 件 绕 平 行 轴（ u轴 )稳 定 时 ， 可 按 下 式 计 算 换 算长 细 比 ， 并 按 b类 截 面 确 定 值 ： 轴 的 长 细 比 。， 构 件 对式 中 ： 时 ：当 时 ：当 uil tb bltb tl bbltb uuuuz u uuuz u 000 220 404.569.0 25.0169.0 （ 3） 其 他 注 意 事 项 ：1、 无 任 何 对 称 轴 且 又 非 极 对 称 的 截 面 （ 单 面 连 接 的不 等 边 角 钢 除 外 ） 不 宜 用 作 轴 心 受 压 构 件 ；2、 单 面 连 接 的 单 角 钢 轴 心 受 压 构 件 ， 考 虑 强 度 折 减系 数 后 ， 可 不 考 虑 弯 扭 效 应 的 影 响 ；3、 格 构 式 截 面 中 的 槽 形 截 面 分 肢 ， 计 算 其 绕 对 称 轴（ y轴 ） 的 稳 定 性 时 ， 不 考 虑 扭 转 效 应 ， 直 接 用 y查稳 定 系 数 。 y y xx 实 轴 虚轴 单 角 钢 的 单 面 连 接 时 强 度 设 计 值 的 折 减 系 数 ：u1、 按 轴 心 受 力 计 算 强 度 和 连 接 乘 以 系 数 0.85；u2、 按 轴 心 受 压 计 算 稳 定 性 ： 等 边 角 钢 乘 以 系 数 0.6+0.0015 ， 且 不 大 于 1.0； 短 边 相 连 的 不 等 边 角 钢 乘 以 系 数 0.5+0.0025，且 不 大 于 1.0； 长 边 相 连 的 不 等 边 角 钢 乘 以 系 数 0.70；u3、 对 中 间 无 联 系 的 单 角 钢 压 杆 ， 按 最 小 回 转 半 径 计 算 ， 当 20时 ， 取 =20。 x x x0 x0y0 y0 b 在 外 压 力 作 用 下 ， 截 面 的 某 些 部 分 （ 板 件 ） ， 不能 继 续 维 持 平 面 平 衡 状 态 而 产 生 凸 曲 现 象 ， 称 为 局 部失 稳 。 局 部 失 稳 会 降 低 构 件 的 承 载 力 。 6-4 实 腹 式 轴 心 受 压 构 件 的 局 部 稳 定A B CDEF O PA B CD E FG 图 轴 心 受 压 构 件 的 局 部 失 稳 由 弹 性 稳 定 理 论 ， 板 件 的 临 界 应 力 ：222 )()1(12 btEcr 等 稳 定 条 件 ： 保 证 板 件 的 局 部 失 稳 临 界 应 力 不 小 于 构 件 整 体 稳 定 的 临 界 力 。 ycr fbtE 222 )()1(12由 此 确 定 宽 厚 比 限 值 b / t 采 用 等 稳 定 准 则 cr yf 图 轴 心 受 压 构 件 的 局 部 失 稳 (c)对 于 普 通 钢 结 构 ， 一 般 要 求 ： 局 部 失 稳 不 早 于 整 体失 稳 ， 即 板 件 的 临 界 应 力 不 小 于 构 件 的 临 界 应 力 ，所 以 ： 由 上 式 ， 即 可 确 定 局 部 失 稳 不 早 于 整 体 失 稳 时 ，板 件 的 宽 厚 比 限 值 ： 1、 翼 缘 板 ： A、 工 字 形 、 T形 、 H形 截 面 翼 缘 板b t b ttb tb ( ) 。时 ， 取； 当取 时值 ， 当构 件 两 方 向 长 细 比 较 大式 中 ： 10010030 ,302351.010 yftbB、 箱 形 截 面 翼 缘 板 yyftb ftb 23540 235130 bb0t 2、 腹 板 ： A、 工 字 形 、 H形 截 面 腹 板tw h0 h0tw( ) 。时 ， 取； 当取 时值 ， 当构 件 两 方 向 长 细 比 较 大式 中 ： 10010030 ,302355.0250 yw fth B、 箱 形 截 面 腹 板 bb0t h0twyw fth 235400 C、 T形 截 面 腹 板 自 由 边 受 拉 时 ： tw h0h0tw ( ) yw fth 2352.015T 0 形 钢 ：热 扎 剖 分 ( ) yw fth 23517.013T 0 形 钢 ：焊 接 3、 圆 管 截 面轴 压 构 件 的 局 部 稳 定 不 满 足 时 的 解 决 措 施 1、 增 加 板 件 厚 度 ； DtyftD 2351002、 对 于 H形 、 工 字 形 和 箱 形 截 面 ， 当 腹 板 高 厚 比 不满 足 以 上 规 定 时 ， 在 计 算 构 件 的 强 度 和 稳 定 性 时 ，腹 板 截 面 取 有 效 截 面 ， 即 取 腹 板 计 算 高 度 范 围 内 两侧 各 为 部 分 ， 但 计 算 构 件 的 稳 定 系 数时 仍 取 全 截 面 。 yw ft 23520 twh0 由 于 横 向 张 力 的 存 在 ，腹 板 屈 曲 后 仍 具 有 很 大 的 承载 力 ， 腹 板 中 的 纵 向 压 应 力为 非 均 匀 分 布 ： 因 此 ， 在 计 算 构 件 的 强度 和 稳 定 性 时 ， 腹 板 截 面 取有 效 截 面 betW。 yw ft 23520 yw ft 23520 腹 板 屈 曲 后 ， 实 际 平板 可 由 一 应 力 等 于 fy的 等 效平 板 代 替 ， 如 图 。 be/2be/2fy 3、 对 于 H形 、 工 字 形 和 箱 形 截 面 腹板 高 厚 比 不 满 足 以 上 规 定 时 ， 也 可以 设 纵 向 加 劲 肋 来 加 强 腹 板 。 纵 向 加 劲 肋 与 翼 缘 间 的 腹 板 ，应 满 足 高 厚 比 限 值 。 纵 向 加 劲 肋 宜 在 腹 板 两 侧 成 对配 置 ， 其 一 侧 的 外 伸 宽 度 不 应 小 于10tw， 厚 度 不 应 小 于 0.75tw。 10tw 0.75twh0 纵 向 加 劲 肋 横向加劲肋 1、 截 面 形 式 图 轴 心 受 压 实 腹 柱 常 用 截 面 6-5 实 腹 式 轴 心 受 压 构 件 的 设 计 截 面 选 择 的 原 则 ：（ 1） 截 面 尽 量 开 展 ； （ 2） 两 主 轴 方 向 等 稳 ；（ 3） 便 于 连 接 ； （ 4） 构 造 简 单 ， 制 造 省 工 ， 取 材 方 便 。2、 截 面 设 计假 设 =（ 50-100） 由 查 , 求 A fNA (1)初 选 截 面 面 积 AN 大 、 l O 小 ， 取 小 值 ； 工 字 钢 回 转 半 径 小 ， 取 大 值 ； H型 钢 回 转 半 径 大 ， 取 小 值 ； 组 合 截 面 取 小 值 。 21 yx ibih (3)型 钢 构 件 由 A、 ix、 iy 选 择 型 钢 号 ， 查 几 何 值 验 算 ； 焊 接 截 面 由 ix、 iy 求 两 个 方 向 的 尺 寸 。 (2)求 两 个 主 轴 所 需 的 回 转 半 径xx li 0 yy li 0(4)由 所 需 要 的 A、 h、 b 等 ， 再 考 虑 构 造 要 求 、 局 部 稳 定 以 及 钢 材 规 格 等 ， 确 定 截 面 的 初 选 尺 寸 。对 于 焊 接 工 字 形 截 面 ： bh；A1=(0.350.40)A,tw=(0.40.7)t6mm。 表 各 种 截 面 回 转 半 径 的 近 似 值 局 部 稳 定 验 算 yftb 235)1.010( yw fth 235)5.025(0 刚 度 验 算 整 体 稳 定 验 算fAN 强 度 验 算 fANn 热 轧 型 钢 ,可 不 验 算 局 稳 。 截 面 无 削 弱 可 不 验 算 强 度 。 (5)构 件 强 度 、 稳 定 和 刚 度 验 算 3.构 造 要 求 当 设 横 向 加 劲 肋 800 wth 间 距 a3h0， 宽 度 bs=h0/30+40mm厚 度 ts=bs/15 a twbs 腹 板 与 翼 缘 焊 缝h f =4 - 8mm 实 腹 柱 的 腹 板 加 劲 肋 1、 格 构 柱 的 截 面 形 式 格 构 式 构 件 常 用 截 面 形 式 缀 板 柱 6-5 格 构 式 轴 心 受 压 构 件 的 设 计 Xy yX轴 - 虚 轴y轴 - 实 轴l01l1 l1 格 构 式 构 件 的 缀 材 布 置(a) 缀 条 柱 ； (b)缀 板 柱 图 缀 板 柱 截 面 选 取 原 则尽 可 能 做 到 等 稳 定 性 要 求 。yy xx （ a）实 轴 虚轴 x xyy（ b） 虚轴虚 轴 x xyy（ c） 虚 轴 虚轴1等 稳 定 性 ； 2宽 肢 薄 壁 ； 3制 造 省 工 ； 4连 接 简 便 ； (二 ) 格 构 式 轴 压 构 件 设 计1、 强 度 fAN n N轴 心 压 力 设 计 值 ； An柱 肢 净 截 面 面 积 之 和 。 yy xx 实 轴 虚轴 N 2、 整 体 稳 定 验 算 对 于 常 见 的 格 构 式 截 面 形 式 ， 只 能 产 生 弯 曲 屈 曲 ，其 弹 性 屈 曲 时 的 临 界 力 为 ： 12222cr 1 1 lEIlEIN 。换算长细比，（转角单位剪力作用时的轴线 12200 11 ;)/; EA GA 20212222cr 1 1 EAEAEAN 或 ： （ 1） 对 实 轴 （ y-y轴 ） 的 整 体 稳 定 得 。并 按 相 应 的 截 面 分 类 查由 yy y fAN 2y2cry E 因 很 小 ， 因 此 可 以 忽 略 剪 切 变 形 ， o= y,其 弹 性 屈 曲 时 的 临 界 应 力 为 ：1 则 稳 定 计 算 ：yy xx 实 轴 虚轴 （ 2） 对 虚 轴 （ x-x） 稳 定 20212222crx 1 1 x xx EAEAEAN 绕 x轴 （ 虚 轴 ） 弯 曲 屈 曲 时 ， 因 缀 材 的 剪 切 刚度 较 小 ， 剪 切 变 形 大 ， 1则 不 能 被 忽 略 ， 因 此 ：12200 EAxxx 绕 虚 轴 的 换 算 长 细 比 ：则 稳 定 计 算 ： 得 。并 按 相 应 的 截 面 分 类 查由 xx x fAN0 由 于 不 同 的 缀 材 体 系 剪 切 刚 度 不 同 ， 1亦 不 同 ， 所以 换 算 长 细 比 计 算 就 不 相 同 。 通 常 有 两 种 缀 材 体 系 ， 即缀 条 式 和 缀 板 式 体 系 ， 其 换 算 长 细 比 计 算 如 下 ： 双 肢 缀 条 柱 设 一 个 节 间 两 侧 斜 缀 条 面 积 之 和 为 A1； 节 间 长 度 为 l1 sin1dN cos1lld VV单 位 剪 力 作 用 下 斜 缀 条 长 度 及 其 内 力 为 ： V=1V=1 d 1 1l1 lda bc d b 假 设 变 形 和 剪 切 角 有 限 微 小 ， 故 水 平 变 形 为 ：剪 切 角 1为 ：因 此 ， 斜 缀 条 的 轴 向 变 形 为 ： cossin1 11 EA llEAN ddd cossinsin 21 1EA ld cossin1 2111 EAl V=1V=1 d 1 1l1 lda bc d be 代 入 化 简 得 ： 12 220 cossin AAxx 的 关 系 曲 线 如 下 ：与由 于 )cos(sin 22对 于 一 般 构 件 ， 在 40 70o之 间 ， 所 以 规 范 给 定的 0 x的 计 算 公 式 为 ： 整 个 柱 的 毛 截 面 面 积 。 ；整 个 柱 对 虚 轴 的 长 细 比 A AAx xx 120 27 a bc d 双 肢 缀 板 柱假 定 :u缀 板 与 肢 件 刚 接 ， 组 成 一 多 层 刚 架 ；u弯 曲 变 形 的 反 弯 点 位 于 各 节 间 的 中 点 ；u只 考 虑 剪 力 作 用 下 的 弯 曲 变 形 。取 隔 离 体 如 下 ：l1 aI1 Ib axx11l1 aa 1-2 1-21-2 1-2 l1 - 2l1 - 2l1-aT= 111 1 2a bc de f 所 以 规 范 规 定 双 肢 缀 板 柱 的 换 算 长 细 比 按 下 式 计 算 ： 式 中 ： 2120 xx 距 离 。 邻 两 缀 板 边 缘 螺 栓 的离 ； 螺 栓 连 接 时 ， 取 相 ， 取 相 邻 缀 板 间 净 距分 肢 计 算 长 度 ， 焊 接 时 ；的 长 细 比分 肢 对 最 小 刚 度 轴 的 长 细 比 ；虚 轴轴整 个 构 件 对 01 10111 ,11 )(l ilxx 对 于 三 肢 柱 和 四 肢 柱 的 换 算 长 细 比 的 计 算 见 规 范 。 (1)轴 心 受 压 格 构 柱 的 横 向 剪 力 23585 yffAV A 柱 的 毛 截 面 面 积 ； f 钢 材 强 度 设 计 值 ；f y 钢 材 的 屈 服 强 度 。 3、 缀 材 设 计 剪 力 计 算 简 图 21 VV 内 力 ： 弯 曲 可 能 或 左 或 右 ， 剪 力 方 向 变 化 ， 缀 条 或 拉 或 压 。一 个 缀 材 面 上 的 剪 力一 个 缀 条 的 内 力 cos11 nVN (2) 缀 条 的 设 计V1 分 配 到 一 个 缀 材 面 上 的 剪 力 ; n 一 个 缀 材 面 承 受 剪 力 的 斜 缀 条 数 。 单 系 缀 条 时 ， n=1,交 叉 缀 条 时 ， n 2 ； 缀 条 与 横 向 剪 力 的 夹 角 。 缀 条 的 内 力 强 度 折 减 单 角 钢 有 偏 心 ， 受 压 时 产 生 扭 转 。 101il 斜 缀 条 对 最 小 刚 度 轴 的 长 细 比 ， 0.6时 ， 不 需 要 换 算 ， 因 已 经 考 虑 塑 性 发 展 ； 闭 口 截 面 b=1.0。 对 于 不 产 生 扭 转 的 双 轴 对 称 截 面 (包 括 箱 形 截 面 )，当 弯 矩 作 用 在 两 个 主 平 面 时 ， 公 式 可 以 推 广 验 算 稳 定 ： 及 fWMNNW MAN yby yty Exxx xmxx 11 8.01 fNNW MWMAN Eyyy ymyxbx xtxy 8.0111 6-9 实 腹 式 压 弯 构 件 的 局 部 稳 定规 范 采 用 了 限 制 板 件 的 宽 厚 比 的 方 法 。 6-11 实 腹 式 压 弯 构 件 的 设 计一 、 截 面 选 择1、 对 称 截 面 （ 分 肢 相 同 ） ， 适 用 于 M相 近 的 构 件 ；2、 非 对 称 截 面 （ 分 肢 不 同 ） ， 适 用 于 M相 差 较 大 的构 件 ；二 、 截 面 验 算1、 强 度 验 算2、 整 体 稳 定 验 算 （ 含 分 肢 稳 定 ）3、 局 部 稳 定 验 算 组 合 截 面4、 刚 度 验 算5、 缀 材 设 计设 计 内 力 取 柱 的 实 际 剪 力 和 轴 压 格 构 柱 剪 力 的 大 值 ；计 算 方 法 与 轴 压 格 构 柱 的 缀 材 设 计 相 同 。 三 、 构 造 要 求1、 压 弯 格 构 柱 必 须 设 横 隔 ， 做 法 同 轴 压 格 构 柱 ；2、 分 肢 局 部 稳 定 同 实 腹 柱 。 6-12 格 构 式 压 弯 构 件 的 设 计 对 于 宽 度 很 大 的 偏 心 受 压 柱 为 了 节 省 材 料 常 采 用格 构 式 构 件 ， 且 通 常 采 用 缀 条 柱 。 _+x xx xxx y y y y y y ex y0ex ex ey y0 y0MN fya) c)b) d) xxx y y y1 y2a 11A 1 A 1N 2 N N 1N e l1 其余符号同前。离，二者取大值。大分肢腹板外边缘的距线距离或到压力较轴到压力较大分肢的轴为由轴的毛截面惯性矩；对计算区段的最大弯矩；数；确定的轴压构件稳定系由式中：xy xIyIWM xxxx xx 0 01 0 , 一 压 弯 格 构 柱 弯 矩 绕 虚 轴 作 用 时 的 整 体 稳 定 计 算（ 一 ） 弯 矩 作 用 平 面 内 稳 定 (N、 Mx作 用 下 ： ) 因 截 面 中 空 ， 不 考 虑 塑 性 性 发 展 系 数 ， 故 其 稳定 计 算 公 式 为 ： fNNW MAN xx )1( Ex1x mxx （ 二 ） 弯 矩 作 用 平 面 外 稳 定 (N、 Mx作 用 下 ： ) 因 为 平 面 外 弯 曲 刚 度 大 于 平 面 内 （ 实 轴 ） ， 故 整 体 稳定 不 必 验 算 ， 但 要 进 行 分 肢 稳 定 验 算 。 （ 三 ） 分 肢 稳 定 (N、 Mx作 用 下 ： ) 将 缀 条 柱 视 为 一 平 行 弦 桁 架 ， 分 肢 为 弦 杆 ， 缀 条 为 腹 杆 ， 则 由 内 力 平 衡 得 ： 12 2121 NNN aMayNN x ：分肢：分肢分 肢 按 轴 心 受 压 构 件 计 算 。 分 肢 1分 肢 2 xxy y22 11 MxNy 2 y1a 分 肢 计 算 长 度 ： 1） 缀 材 平 面 内 （ 11轴 ） 取 缀 条 体 系 的 节 间 长 度 ； 2） 缀 材 平 面 外 ， 取 构 件 侧 向 支 撑 点 间 的 距 离 。 对 于 缀 板 柱 在 分 肢 计 算 时 ， 除 N1、 N2外 ， 尚 应 考 虑剪 力 作 用 下 产 生 的 局 部 弯 矩 ， 按 实 腹 式 压 弯 构 件 计 算 。二 压 弯 格 构 柱 弯 矩 绕 实 轴 作 用 时 的 整 体 稳 定 计 算 由 于 其 受 力 性 能 与 实 腹 式 压 弯 构 件 相 同 ， 故 其 平 面内 、 平 面 外 的 整 体 稳 定 计 算 均 与 实 腹 式 压 弯 构 件 相 同 ，但 在 计 算 弯 矩 作 用 平 面 外 的 整 体 稳 定 时 ， 构 件 的 长 细 比取 换 算 长 细 比 ， b取 1.0。 6 13 梁 与 柱 的 连 接一 、 柱 头 （ 梁 与 柱 的 连 接 铰 接 ）（ 一 ） 连 接 构 造 为 了 使 柱 子 实 现 轴 心 受 压 ， 并 安 全 将 荷 载 传 至 基 础 ，必 须 合 理 构 造 柱 头 、 柱 脚 。 设 计 原 则 是 ： 传 力 明 确 、 过 程 简 洁 、 经 济 合 理 、安 全 可 靠 ， 并 具 有 足 够 的 刚 度 且 构 造 又 不 复 杂 。 （ 二 ） 、 传 力 途 径传 力 路 线 ：梁 突 缘 柱 顶 板 加 劲 肋 柱 身焊 缝 垫 板 焊 缝 焊 缝 柱 顶 板加 劲 肋柱梁 梁突 缘 垫 板填 板填 板 构 造 螺 栓 （ 三 ） 、 柱 头 的 计 算(1)梁 端 局 部 承 压 计 算梁 设 计 中 讲 授(2)柱 顶 板平 面 尺 寸 超 出 柱 轮廓 尺 寸 15-20mm， 厚 度 不小 于 14mm。（ 3） 加 劲 肋 加 劲 肋 与 柱 腹 板 的 连 接 焊 缝 按 承 受 剪 力 V=N/2和 弯 矩 M=Nl/4计 算 。 N/2l/2l 15-20mm15-20mmt 14mm （ 一 ） 柱 脚 的 型 式 和 构 造 实 际 的 铰 接 柱 脚 型 式 有 以 下 几 种 ：1、 轴 承 式 柱 脚 制 作 安 装 复 杂 ， 费 钢 材 ， 但 与力 学 符 合 较 好 。 枢 轴 6-14 柱 脚 2、 平 板 式 柱 脚X YN 靴 梁隔 板底 板 隔 板锚 栓柱 锚 栓 用 以 固 定 柱 脚 位 置 ， 沿 轴 线 布 置 2个 ， 直 径20-24mm。 肋 板b1 （ 二 ） 柱 脚 计 算1.传 力 途 径柱 靴 梁 底 板 混 凝 土 基 础隔 板 （ 肋 板 ）实 际 计 算 不 考 虑 cca1 Bt1t1L a b1靴 梁隔 板底 板 隔 板锚 栓柱N 2.柱 脚 的 计 算(1)底 板 的 面 积 假 设 基 础 与 底 板 间 的压 应 力 均 匀 分 布 。式 中 ： fc-混 凝 土 轴 心 抗 压 设 计 强 度 ； l-基 础 混 凝 土 局 部 承 压 时 的 强 度 提 高 系 数 。 f c 、 l均 按 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 取 值 。An底 版 净 面 积 ， An =B L-A0。Ao-锚 栓 孔 面 积 ， 一 般 锚 栓 孔 直 径 为 锚 栓 直 径 的 1 1.5倍 。cln fNA cca1 Bt1t1a b1靴 梁隔 板底 板 L a1 构 件 截 面 高 度 ；t1 靴 梁 厚 度 一 般 为 10 14mm；c 悬 臂 宽 度 ， c=3 4倍 螺 栓 直 径 d， d=20 24mm， 则 L 可 求 。(2)底 板 的 厚 度 底 板 的 厚 度 ， 取 决 于 受 力 大 小 ， 可 将 其 分 为 不 同受 力 区 域 ： 一 边 (悬 臂 板 )、 两 边 、 三 边 和 四 边 支 承 板 。 一 边 支 承 部 分 （ 悬 臂 板 ） 2 21 cqM nANq ctaB 22 11 cca1 Bt1t1a b1L 二 相 邻 边 支 承 部 分 ： 222 aqM -对 角 线 长 度 ； -系 数 ， 与 有 关 。 2a 22 /ab式 中 ：b2/a2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 0.026 0.042 0.056 0.072 0.085 0.092 0.104 0.111 0.120 0.125 cca1 Bt1t1a b1La2b2 三 边 支 承 部 分 ： 213 aqM -自 由 边 长 度 ； -系 数 ， 与 有 关 。 1a 11 /ab式 中 ： cca1 Bt1t1a b1L当 b1/a10.3时 ， 可 按 悬 臂 长 度 为 b1的 悬 臂 板 计 算 。b1/a1 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 0.026 0.042 0.056 0.072 0.085 0.092 0.104 0.111 0.120 0.125 四 边 支 承 部 分 ： 24 aqM 式 中 ： a-四 边 支 承 板 短 边 长 度 ； b-四 边 支 承 板 长 边 长 度 ； 系 数 ， 与 b/a有 关 。 mmfMt MMMMM 146max max 4321max 故 ， 底 板 厚 ： ，取b/a 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 3.0 4.0 0.048 0.055 0.063 0.069 0.075 0.081 0.086 0.091 0.095 0.099 0.101 0.119 0.125 cca1 Bt1t1a b1L (3)靴 梁 的 设 计A、 靴 梁 的 最 小 厚 度 不 宜 小 于 10mm， 高 度 由 其 与 柱 间 的焊 缝 （ 4条 ） 长 度 确 定 。 cca 1 Bt1t1a b1L靴 梁 hafwffw hfhNl 607.04 的 倍 数 。且 取所 以 ： 10 2 fwa hlh ql halR RB、 靴 梁 的 截 面 验 算 eRllqM 2 fht MWM a 216抗 弯 ：RlqV va fht VItVS 11 5.1抗 剪 ： 按 支 承 在 柱 边 的 双 悬 臂 外 伸 梁 受 均 布 反 力 作 用 。 cca1 Bt1t1a b1Lle情 况 计 算 。 为 线 荷 载 ， 按 实 际上 式 中 的 qM (4)隔 板 的 计 算 隔 板 的 厚 度 不 得 小 于 其 宽度 的 1/50， 高 度 由 计 算 确 定 ，且 略 小 于 靴 梁 的 高 度 。 隔 板 可 视 为 简 支 于 靴 梁 的简 支 梁 ， 负 荷 范 围 如 图 。 cca1 Bt1t1a b1L ha隔 板h1qh1a 1 )(27.0 5.0 111 11 取 整fwwffw hlhfh aql 隔 板 截 面 验 算 ： fht MWM 2126抗 弯 ： vfht VItVS 122 5.1抗 剪 ： qh1a1 )(5028 12121 取 整ataqVaqM 式 中 ：(5)靴 梁 及 隔 板 与 底 板 间 的 焊 缝 的 计 算 按 正 面 角 焊 缝 ， 承 担 全 部 轴 力 计 算 ， 焊 脚 尺 寸 由构 造 确 定 。 wfwff flhN 7.0 柱 脚 零 件 间 的 焊 缝 布 置焊 缝 布 置 原 则 ：考 虑 施 焊 的 方 便 与 可 能