第四章 轴心受力构件

N N N N(a)(a)轴心受压构件轴心受压构件(b)(b)轴心受拉构件轴心受拉构件实腹式构件的常用截面形式实腹式构件的常用截面形式轴心受力构件常用截面形式：轴心受力构件常用截面形式：实腹式实腹式和和格构式格构式。截面特点：截面特点：截面直接由单个型钢、型钢或钢板的组成；截面直接由单个型钢、型钢或钢板的组成；由型钢组成，主轴大多过腹板。由型钢组成，主轴大多过腹板。图图4.4 4.4 格构格构式构件常用截式构件常用截面形式面形式格构式构件的常用截面形式格构式构件的常用截面形式截面特点：截面特点：截面由两个、多个型钢或型钢肢件由缀条（板）组成；截面由两个、多个型钢或型钢肢件由缀条（板）组成；型钢通过缀材连接，主轴中空。型钢通过缀材连接，主轴中空。格构式构件缀材布置格构式构件缀材布置缀条、缀板缀条、缀板图图4.6 4.6 格构式构件的缀材布置格构式构件的缀材布置(a)(a)缀条柱；缀条柱；(b)(b)缀板柱缀板柱轴心受力构件设计原则，必须满足：轴心受力构件设计原则，必须满足：承载能力极限状态（第一）承载能力极限状态（第一）和和正常使用极限状态（第二）正常使用极限状态（第二）的要求的要求承载能力极限状态：承载能力极限状态：受拉构件受拉构件：以强度控制：以强度控制受压构件受压构件：同时满足强度和稳定要求：同时满足强度和稳定要求正常使用极限状态：正常使用极限状态：保证构件的刚度保证构件的刚度：限制其长细比：限制其长细比受拉构件：验算强度、刚度；受拉构件：验算强度、刚度；受压构件：验算强度、刚度、稳定。受压构件：验算强度、刚度、稳定。第二节第二节 轴心受力构件的强度和刚度轴心受力构件的强度和刚度 f 钢材强度设计值，钢材强度设计值，；An 构件净截面面积构件净截面面积强度计算强度计算图图4.7 4.7 有孔洞拉杆的截面应力分布有孔洞拉杆的截面应力分布(a)(a)弹性状态应力；弹性状态应力；(b)(b)极限状态应力极限状态应力当截面构件由局部削弱，易出现应力集中。当最大应力达当截面构件由局部削弱，易出现应力集中。当最大应力达到材料的屈服强度后，发生塑性变形而不增加应力，使得到材料的屈服强度后，发生塑性变形而不增加应力，使得应力重新分配，最后达到均匀分布。应力重新分配，最后达到均匀分布。A An n 取取-、-截面的较小面积计算截面的较小面积计算(a(a并列并列)(b(b错列错列)(c)(c)(d)(d)a a、普通螺栓、普通螺栓连接的构件连接的构件孔前传力孔前传力单螺栓受力单螺栓受力 N/n 第一排受力第一排受力 ；假定孔前摩假定孔前摩擦传走力擦传走力:孔后孔后:b b、摩擦型高强螺栓连接的构件、摩擦型高强螺栓连接的构件n n1 1:计算危险截面上的螺栓数。计算危险截面上的螺栓数。n n:连接一侧螺栓数；连接一侧螺栓数；Nnn1 1Nnn121Nnn121NN摩擦型高强螺摩擦型高强螺栓栓净截面强度净截面强度：摩擦型高强螺摩擦型高强螺栓栓毛截面强度毛截面强度：计算截面上的力为：计算截面上的力为：验算有验算有空洞处空洞处验算无验算无空洞处空洞处区别区别：受力大小不同，截面面积不同。：受力大小不同，截面面积不同。NNc c、高强度螺栓承压型连接与普通螺栓的计算比较、高强度螺栓承压型连接与普通螺栓的计算比较相同点相同点：净截面验算与的净截面验算完全相同：净截面验算与的净截面验算完全相同不同点不同点：钢材设计强度不同：钢材设计强度不同 l0 0 构件计算长度构件计算长度i-截面的回转半径（惯性半径）截面的回转半径（惯性半径）构件的实际长细比构件的实际长细比刚度计算刚度计算即轴心受力构件不得过分柔细，必须具即轴心受力构件不得过分柔细，必须具有一定刚度，而保证不得由过度变形。有一定刚度，而保证不得由过度变形。各值取定：各值取定：各型钢的各型钢的i值值可查附录可查附录7 7可查表可查表4.14.1、4.24.2及规范。及规范。计算长度：计算长度：l0 0=l，取值见规范及表格。取值见规范及表格。长细比太大的不利影响：长细比太大的不利影响：在运输和安装过程中产生弯曲或过大的变形；在运输和安装过程中产生弯曲或过大的变形；使用期间因其自重而明显下挠；使用期间因其自重而明显下挠；在动力荷载作用下发生较大的振动；在动力荷载作用下发生较大的振动；压杆的长细比过大时，还使得构件的极限承载力显著压杆的长细比过大时，还使得构件的极限承载力显著降低，同时，初弯曲和自重产生的挠度也将对构件的整降低，同时，初弯曲和自重产生的挠度也将对构件的整体稳定带来不利影响。体稳定带来不利影响。例例 某吊车的厂房屋架的双角钢某吊车的厂房屋架的双角钢(间距间距10)10)拉杆，截面为拉杆，截面为2 2L L1001001010，角钢上有交错排列的普通螺栓孔，孔径角钢上有交错排列的普通螺栓孔，孔径d=20mmd=20mm。试计算此。试计算此拉杆拉杆所能所能承受的最大拉力及容许达到的最大计算长度。钢材为承受的最大拉力及容许达到的最大计算长度。钢材为Q235Q235钢。钢。(c)轴心拉杆的设计轴心拉杆的设计查得查得2 2L L10010010,10,2/215mmNf=ii=yx4.52cm.3.05cm,A=219.26cm2 2An=2=2(1926-20(1926-2010)=3452 10)=3452 mm2AnI I=2=2(2(245+4045+402 2+100+1002 2 -2-220)20)10=31510=3154 4 mm2 2N=AnI I f=315=3154 4215=677250N=67215=677250N=678 8 kNkNlox=ix x=350=35030.5=10675 30.5=10675 mm 350=lloyoy=iy y=350=35045.2=1582045.2=15820 mm 解：解：第三节第三节 稳定计算稳定计算失稳失稳在荷载作用下，钢结构的外力和内力必须保持平衡。但平在荷载作用下，钢结构的外力和内力必须保持平衡。但平衡状态有稳定和不稳定之分，当为不稳定平衡时，轻微扰衡状态有稳定和不稳定之分，当为不稳定平衡时，轻微扰动将使结构或其组成构件产生很大的变形而最后丧失承载动将使结构或其组成构件产生很大的变形而最后丧失承载能力，这种现象就称为结构失去稳定性。失稳前构件发生能力，这种现象就称为结构失去稳定性。失稳前构件发生弯曲弯曲、扭转扭转现象。失稳包括现象。失稳包括整体失稳整体失稳和和局部失稳局部失稳。近年来，由于结构形式的发展及高强度材料的研发、应用，近年来，由于结构形式的发展及高强度材料的研发、应用，使构件趋于轻型、薄壁，易出现失稳现象。使构件趋于轻型、薄壁，易出现失稳现象。理想轴心压杆：理想轴心压杆：假定杆件完全挺直、荷载沿杆件形心轴假定杆件完全挺直、荷载沿杆件形心轴作用作用,杆件在受荷之前无初始应力、初弯曲和初偏心杆件在受荷之前无初始应力、初弯曲和初偏心,截截面沿杆件是均匀的。面沿杆件是均匀的。此此种种杆杆件件失失稳稳,称称为为发发生生屈屈曲曲，有有弯弯曲曲屈屈曲曲、扭扭转转屈屈曲曲、弯扭屈曲弯扭屈曲三种形式三种形式。整体稳定的临界应力整体稳定的临界应力 屈曲准则屈曲准则整体稳定的计算整体稳定的计算 影响整体稳定的因素有多种而相互影响。轴心压杆的稳定影响整体稳定的因素有多种而相互影响。轴心压杆的稳定临界应力方法主要有临界应力方法主要有屈曲准则屈曲准则、边缘屈服准则边缘屈服准则、最大强度最大强度准则、准则、经验公式。经验公式。屈曲形式屈曲形式:弯弯曲曲屈屈曲曲：只只发发生生弯弯曲曲变变形形,截截面面绕一个主轴旋转；绕一个主轴旋转；扭扭转转屈屈曲曲：绕纵轴扭转；绕纵轴扭转；弯弯扭扭屈屈曲曲：同同时时发发生生弯弯曲曲变变形形也有扭转变形。也有扭转变形。欧拉临界应力欧拉临界应力a a）理想轴心压杆弹性弯曲屈曲临界应力）理想轴心压杆弹性弯曲屈曲临界应力N NE E 欧拉欧拉公式公式 杆件长细比，杆件长细比，=l l/i i；i i 截面对应于屈曲的回转半径，截面对应于屈曲的回转半径，i=I/Ai=I/A 。欧拉临界力欧拉临界力弹性范围内弹性范围内E E为常量为常量,因此因此crcr 不超过材料的比例极限不超过材料的比例极限 fp或长细比或长细比屈曲准则屈曲准则当当 ,，压压杆杆进进入入弹弹塑塑性性阶阶段段。采采用切线模量理论计算。用切线模量理论计算。E Et t：切线摸量：切线摸量 b)b)理想压杆的弹塑性弯曲屈曲临界应力理想压杆的弹塑性弯曲屈曲临界应力弹性阶段以欧拉临界力为基础，弹塑性以切线模量临界弹性阶段以欧拉临界力为基础，弹塑性以切线模量临界力为基础。力为基础。fpE E实际轴心受压构件存在初始缺陷初弯曲、初偏心、残余应实际轴心受压构件存在初始缺陷初弯曲、初偏心、残余应力，边缘屈服准则以截面边缘应力达到屈服点为承载能力力，边缘屈服准则以截面边缘应力达到屈服点为承载能力极限。极限。边缘屈服准则边缘屈服准则以具有等效初弯曲以具有等效初弯曲v0 0来综合考虑各种初始缺陷，来综合考虑各种初始缺陷，当轴力当轴力N N和弯矩和弯矩N Nv作用下，作用下，边缘开始屈服边缘开始屈服，构件，构件界面进入塑性阶段，使得压力还未达到临界力就界面进入塑性阶段，使得压力还未达到临界力就丧失承载力。丧失承载力。截面开始屈服的条件为：截面开始屈服的条件为：解方程为：解方程为：边缘屈服准则以截面边缘达到屈服强度为准则，其实截面边缘屈服准则以截面边缘达到屈服强度为准则，其实截面还可以塑性区扩展，还可承受荷载，以曲线最高点的压力还可以塑性区扩展，还可承受荷载，以曲线最高点的压力作为构件的极限承载力进行设计的原则为最大强度准则。作为构件的极限承载力进行设计的原则为最大强度准则。最大强度准则最大强度准则最大强度准则难以推求临界应力的计算公式，大多借助最大强度准则难以推求临界应力的计算公式，大多借助数值分析求解。数值分析求解。经验公式经验公式多从实验数据回归多从实验数据回归分析得出有关计算分析得出有关计算公式。公式。v 轴心压杆面积、材料、截面形式、加工条件等都影响轴心压杆面积、材料、截面形式、加工条件等都影响都影响都影响crcr的相互关系。的相互关系。各国都采用多柱子曲线各国都采用多柱子曲线,我国采用我国采用4 4条曲线条曲线,即即把柱子把柱子截面按板厚、截面形状分为截面按板厚、截面形状分为4 4类类。crcr与长细比与长细比的关系曲线称为柱子曲线，的关系曲线称为柱子曲线，越大，越大，承载力越低，即承载力越低，即crcr 越小。越小。轴心受压构件的柱子曲线轴心受压构件的柱子曲线轴心受压构件的整体稳定计算轴心受压构件的整体稳定计算查截面类型查截面类型235yfl 轴心压杆临界应力轴心压杆临界应力crcr确定之后，构件的整体稳定计确定之后，构件的整体稳定计算，其稳定计算式应为：算，其稳定计算式应为：轴心受压构轴心受压构件验算公式件验算公式的确定：的确定：P82P828383计算计算按附表按附表4.14.1附表附表4.44.4查出。查出。0 0为考虑初始弯曲、残余应力等总和影响后的等效初弯为考虑初始弯曲、残余应力等总和影响后的等效初弯曲率，规范对曲率，规范对0 0的取值按截面分类，见的取值按截面分类，见P83P83。的计算式的计算式上述上述0 0的计算公式适用于的计算公式适用于规范对规范对1 1的取值按截面分别取值，见的取值按截面分别取值，见P84P84。的求解步骤的求解步骤YN注意：注意：可直接查表可直接查表为起始数据，各形式为起始数据，各形式截面按截面按P84P848585求解。求解。轴心受压构件由板件组成，厚度与宽度相比较小。局部轴心受压构件由板件组成，厚度与宽度相比较小。局部板件变形较大称为板件变形较大称为局部失稳局部失稳。虽然可能不影响稳定，但。虽然可能不影响稳定，但局部变形后使构件参与工作的截面减少，从而加速构件局部变形后使构件参与工作的截面减少，从而加速构件的破坏。的破坏。轴心受压构件的局部稳定计算轴心受压构件的局部稳定计算由弹性稳定理论，板件的临界应力与板件的形状、尺寸、由弹性稳定理论，板件的临界应力与板件的形状、尺寸、支撑情况有关：支撑情况有关：局部稳定：保证板件的局部稳定：保证板件的局部失稳局部失稳能承受的临界应力不小于能承受的临界应力不小于构件构件整体稳定整体稳定的临界力。的临界力。由此确定宽厚比限值由此确定宽厚比限值 b b/t ta a、翼缘局部稳定计算、翼缘局部稳定计算当当小于小于3030时，取时，取3030；当；当大于大于100100时，取时，取100100:两方向长细比的较大值两方向长细比的较大值不满足此条件时：不满足此条件时：加大翼缘板厚度加大翼缘板厚度t tb b、腹板（四边简支）、腹板（四边简支）不满足此条件时：不满足此条件时：加大腹板厚度加大腹板厚度t tw w假设纵向加劲肋，高度假设纵向加劲肋，高度h h0 0以翼缘到加劲肋的距离计算以翼缘到加劲肋的距离计算宽厚比、高厚比宽厚比、高厚比限值限值见见P87P87表表4.54.5。腹板不满足局部稳定要求时可设置加劲肋腹板不满足局部稳定要求时可设置加劲肋腹板加劲肋的设置腹板加劲肋的设置 第四节第四节 轴心受压柱的设计轴心受压柱的设计实腹柱设计实腹柱设计截面形式截面形式 截面选择的原则：截面选择的原则：截面尽量开展：增加惯性矩和回转半径，提高整体稳定截面尽量开展：增加惯性矩和回转半径，提高整体稳定和刚度；和刚度；两主轴方向等稳：达到经济效果；两主轴方向等稳：达到经济效果；便于连接；便于连接；构造简单，制造省工，取材方便。构造简单，制造省工，取材方便。截面选择：截面选择：双轴对称截面，避免弯扭失稳。双轴对称截面，避免弯扭失稳。截面设计截面设计方法：假设方法：假设=5050100100由由查查,求求A A初选截面面积初选截面面积A A根据根据、截面形式和钢材种类，查定稳定系数、截面形式和钢材种类，查定稳定系数：截面设计步骤：先选定截面形式，再初步选择截面尺寸，截面设计步骤：先选定截面形式，再初步选择截面尺寸，然后进行强度、稳定、刚度验算。然后进行强度、稳定、刚度验算。求两个主轴所需的回转半径求两个主轴所需的回转半径选择型钢号选择型钢号确定截面的初选尺寸确定截面的初选尺寸型钢构件由型钢构件由A A、i ix x、i iy y ，查几何值验算；焊接截面由，查几何值验算；焊接截面由i ix x、i iy y 求两个方向的尺寸。求两个方向的尺寸。各形式截面的系数各形式截面的系数1 1、2 2查表查表P88 P88 表表4.64.6。由所需要的由所需要的A A、h h、b b 等，考虑构造要求、局部稳定以及钢等，考虑构造要求、局部稳定以及钢材规格等。材规格等。各种截面回转半径的近似值各种截面回转半径的近似值 局部稳定验算局部稳定验算 刚度验算刚度验算 整体稳定验算整体稳定验算 强度验算强度验算构件强度、稳定和刚度验算构件强度、稳定和刚度验算构造要求构造要求当当 设横向加劲肋设横向加劲肋 间距间距a3h0，宽度宽度bs=h0/30+40mm厚度厚度ts=bs/15 腹板与翼缘焊缝腹板与翼缘焊缝hf=4 8mm实腹柱的腹板加劲肋实腹柱的腹板加劲肋atwbs为防止腹板在施工、运输过程中的过大变形，提高柱的抗为防止腹板在施工、运输过程中的过大变形，提高柱的抗扭刚度，应设置横向加劲肋。扭刚度，应设置横向加劲肋。格构柱设计格构柱设计格构柱的截面形式格构柱的截面形式 格构式构件常用截面形式格构式构件常用截面形式缀板柱缀板柱轴心受压格构轴心受压格构柱多采用两根柱多采用两根槽钢、槽钢、H H型钢型钢作肢件，用缀作肢件，用缀件连接起来。件连接起来。Xyy格构式构件的缀材布置格构式构件的缀材布置实轴、虚轴实轴、虚轴 实轴：截面上穿过肢件腹板的轴，实轴：截面上穿过肢件腹板的轴，Y轴；轴；虚轴：截面上穿过缀件的轴，虚轴：截面上穿过缀件的轴，x轴。轴。格构柱绕虚轴的换算长细比格构柱绕虚轴的换算长细比 格格构构柱柱绕绕实实轴轴的的稳稳定定计计算算与与实实腹腹柱柱相相同同，绕绕虚虚轴轴的的稳稳定定性性比比具具有有同同样样长长细细比比的的实实腹腹柱柱差差，采采用用加加大大长长细细比比的的办办法法来来解解决决剪剪切切变变形形的的影影响响。加加大大后后的的长长细细比比称称为为换换算算长长细细比，对缀条柱、缀板柱，换算长细比的换算公式不同。比，对缀条柱、缀板柱，换算长细比的换算公式不同。a a、双肢缀条柱的换算长细比、双肢缀条柱的换算长细比 单位剪力作用下的轴线转角。单位剪力作用下的轴线转角。缀条柱的剪切变形缀条柱的剪切变形考虑剪力后，其临界力为：考虑剪力后，其临界力为：换算长细比：换算长细比：A A1 1：两个缀条截面面积，：两个缀条截面面积，A A1 10.1A0.1A。x x ：双肢对：双肢对x x轴的长细比；轴的长细比；0 x0 x ：换算长细比；：换算长细比；A A：柱的毛截面面积；柱的毛截面面积；缀条与柱轴线的夹角一般在缀条与柱轴线的夹角一般在40407070间，间，取取=45=45，得：得：双肢柱的换算长细比为双肢柱的换算长细比为缀条柱缀条柱1 1 ：分肢长细比，：分肢长细比，1 1=l0101/i1 1；i1 1 ：分肢弱轴的回转半径；：分肢弱轴的回转半径；l0101：缀板间净距。：缀板间净距。缀板柱缀板柱b b、双肢缀板柱的换算长细比、双肢缀板柱的换算长细比a a、轴心受压格构柱的横向剪力、轴心受压格构柱的横向剪力 A 柱的毛截面面积；柱的毛截面面积；f 钢材强度设计值钢材强度设计值；f y钢材的屈服强度。钢材的屈服强度。缀缀 材材 设设 计计剪力计算简图剪力计算简图钢规钢规：柱的横向剪力：柱的横向剪力一个缀材一个缀材面面上的剪力上的剪力一个缀条的内力一个缀条的内力缀条的设计缀条的设计V V1 1：分配到一个缀材面上的剪力；：分配到一个缀材面上的剪力；n n：一个缀材面承受剪力的斜缀条数。一个缀材面承受剪力的斜缀条数。单系缀条时，单系缀条时，n=1,n=1,交叉缀条时，交叉缀条时，n n2 2；：缀条与横向剪力的夹角缀条与横向剪力的夹角 。缀条的内力缀条的内力：斜缀条对最小刚度轴的长细比，：斜缀条对最小刚度轴的长细比，2020时时,取取=20,=20,l0101：斜缀条长度。：斜缀条长度。按轴压构件计算按轴压构件计算按轴心受力计算构件的强度和连接时，按轴心受力计算构件的强度和连接时，=0.85=0.85。按轴心受压计算构件的稳定性时按轴心受压计算构件的稳定性时 等边角钢等边角钢 ：,但不大于但不大于1.01.0短边相连的不等边角钢：短边相连的不等边角钢：,但不大于但不大于1.0 1.0 长边相连的不等边角钢：长边相连的不等边角钢：=0.70=0.70强度强度稳定稳定刚度刚度缀条一般采用单角钢，采用折减系数缀条一般采用单角钢，采用折减系数来考虑偏心受力和来考虑偏心受力和受压时的弯扭。受压时的弯扭。剪力剪力弯矩弯矩l1 1：缀板中心线间的距离；：缀板中心线间的距离；a a：肢件轴线间的距离。：肢件轴线间的距离。缀板的设计缀板的设计假定缀板柱挠曲时，各分层分肢中点和缀板中点为反弯点。假定缀板柱挠曲时，各分层分肢中点和缀板中点为反弯点。只需用上述只需用上述M M和和T T验算缀板与肢件间的验算缀板与肢件间的连接焊缝连接焊缝。宽度宽度 d22a/3/3，厚度，厚度 ta/40,/40,并不小于并不小于6mm6mm。端缀板宜适当加宽，取端缀板宜适当加宽，取d=a。构造要求：构造要求：由由查查设设选型钢号选型钢号格构柱的设计步骤格构柱的设计步骤按对实轴按对实轴(y y-y y轴轴)的整体稳定选择柱的截面，方法与实的整体稳定选择柱的截面，方法与实腹柱的计算相同。腹柱的计算相同。按对虚轴按对虚轴(x x-x x轴轴)的整体确定两分肢的距离。的整体确定两分肢的距离。为了获得等稳定性，应使两方向的长细比相等，即使为了获得等稳定性，应使两方向的长细比相等，即使oxox=y y。缀板柱：缀板柱：设设1 1设计缀条或缀板。设计缀条或缀板。缀条柱：缀条柱：A A1 10.10.1A A验算对虚轴的整体稳定性，不合适时，修改验算对虚轴的整体稳定性，不合适时，修改b b再验算。再验算。设计时注意设计时注意事项事项:缀条柱缀条柱分肢长细比不超两方向长细比大值的分肢长细比不超两方向长细比大值的0.70.7倍倍缀板柱缀板柱分肢长细分肢长细比比1 10.50.5max max 1 14040 实、虚轴长细比不超限值实、虚轴长细比不超限值格构柱的横截面为中空的矩形，抗扭刚度差，为保证柱子格构柱的横截面为中空的矩形，抗扭刚度差，为保证柱子运输过程中不变形，沿柱长每隔一段长度设置横隔，在柱运输过程中不变形，沿柱长每隔一段长度设置横隔，在柱的端部也应设置横隔。的端部也应设置横隔。柱的横隔柱的横隔柱的横隔柱的横隔工业常用工作平台柱：工业常用工作平台柱：柱头柱头：支撑平台梁、桁架；：支撑平台梁、桁架；柱身柱身：传递荷载至基础；：传递荷载至基础；基础基础：承受荷载。：承受荷载。图图4.2 4.2 柱的组成柱的组成第五第五节节 柱柱头头和柱脚和柱脚 荷载传递：荷载传递：梁支承加劲肋、腹板梁支承加劲肋、腹板 柱翼缘。柱翼缘。调整定位后，用螺栓固定。调整定位后，用螺栓固定。梁与柱的连接梁与柱的连接梁与柱的铰接连接梁与柱的铰接连接原则原则：传力可靠、构造简单、便于施工。：传力可靠、构造简单、便于施工。荷载传递路线：荷载传递路线：突缘加劲肋突缘加劲肋 短肋短肋 腹板腹板焊缝焊缝1 1焊缝焊缝2 2和承压和承压焊缝焊缝1(21(2条条)按按N/2/2计算计算焊缝焊缝2(22(2条条)按按N/2/2和和M=Nbl l/4/4计算计算梁与柱的铰接连接梁与柱的铰接连接一一侧侧bl lN/2/2N/2焊缝焊缝1 1焊缝焊缝2 2N/2N/2设隔板设隔板-支撑顶板支撑顶板焊缝按中心荷载计算焊缝按中心荷载计算梁与柱的铰接连接梁与柱的铰接连接隔板隔板隔板隔板梁与柱的铰接连接梁与柱的铰接连接柱脚柱脚平板式铰接柱脚平板式铰接柱脚平板式柱脚平板式柱脚原则：传力可靠、和基础牢固连接。原则：传力可靠、和基础牢固连接。平板式铰接柱脚平板式铰接柱脚柱脚特点：柱脚特点：由于基础混凝土强度远低于刚才的强度，所以必须把柱由于基础混凝土强度远低于刚才的强度，所以必须把柱的底部放大，增加其与基础的接触面积，降低基础受压应的底部放大，增加其与基础的接触面积，降低基础受压应力；力；柱脚中需要布设焊缝时，需要考虑施焊方便；柱脚中需要布设焊缝时，需要考虑施焊方便；柱脚通过锚栓来固定位置，为铰接，不承受弯矩，只承柱脚通过锚栓来固定位置，为铰接，不承受弯矩，只承受压力和剪力，剪力由底板与基础间的摩擦力抵抗，若摩受压力和剪力，剪力由底板与基础间的摩擦力抵抗，若摩擦力不足，则在底板下加设擦力不足，则在底板下加设抗剪键抗剪键；轴向压力一部分由柱身传给靴梁、肋板，然后传递给基轴向压力一部分由柱身传给靴梁、肋板，然后传递给基础；另一部分通过柱身与底板的焊缝传递给底板，最后传础；另一部分通过柱身与底板的焊缝传递给底板，最后传递给基础。递给基础。底板的面积底板的面积底板的厚度底板的厚度底板的厚度通常为底板的厚度通常为20-40mm，不得小于，不得小于14mm。1tt1a a、底板的计算、底板的计算 底板的计算底板的计算认为底板对基础认为底板对基础的应力作用均匀的应力作用均匀单位宽度上的最大弯矩单位宽度上的最大弯矩Mmax四边支撑板四边支撑板三、二边支撑板三、二边支撑板一边支撑板一边支撑板q=N/An n作用于底板上净面积内单位面积上的压力作用于底板上净面积内单位面积上的压力 系数系数,由由b1 1/a1 1查表查表4.84.8 系数系数,由由b/a查表查表4.74.7底板的计算底板的计算按悬臂梁计算按悬臂梁计算,验算抗弯和抗剪强度验算抗弯和抗剪强度靴高：与柱边连接所需焊缝长度决定靴高：与柱边连接所需焊缝长度决定(3)(3)隔板与肋板的计算隔板与肋板的计算隔板按简支板计算隔板按简支板计算,厚度为厚度为1/501/50宽度宽度肋板按悬臂板的计算肋板按悬臂板的计算隔板受荷范围隔板受荷范围肋板受荷范围肋板受荷范围b b、靴梁的计算、靴梁的计算 靴梁的计算靴梁的计算(a)(a)靴梁的计算靴梁的计算(b)(b)a a）净截面面积）净截面面积1 1、强度计算、强度计算 第第4 4章章 轴轴心受心受压压构件小构件小结结 (a)(a)(b)(b)(c)(c)净截面面积计算净截面面积计算b b）摩擦型高强螺栓连接的构件）摩擦型高强螺栓连接的构件计算截面上的力为：计算截面上的力为：孔前传力孔前传力NN高强度螺栓的孔前传力高强度螺栓的孔前传力2 2、刚度计算、刚度计算 构件计算长度；构件计算长度；i截面的回转半径。截面的回转半径。构件的最大长细比；构件的最大长细比；3 3、整体稳定计算、整体稳定计算由截面类型和由截面类型和确定确定,根据表根据表4.34.3和和4.44.4分类分类,按附表按附表4.14.1附表附表4.44.4查出。查出。235yfl式中式中 轴心轴心压杆稳定系数，压杆稳定系数，；f 轴心压杆稳定系数，轴心压杆稳定系数，。（1 1）翼缘（三边简支一边自由）翼缘（三边简支一边自由）当当小于小于3030时，取时，取3030；两方向长细比的较大值，两方向长细比的较大值，上面条件不满足时加大厚度上面条件不满足时加大厚度t t。4 4、局部稳定、局部稳定 当当大于大于100100时，取时，取100100。轴心受压构件轴心受压构件的翼缘失稳的翼缘失稳（2 2）腹板（四边简支）腹板（四边简支）当当小于小于3030时，取时，取3030；当当大于大于100100时，取时，取100100。轴心受压构件的腹板失稳轴心受压构件的腹板失稳实腹柱的腹板加劲肋实腹柱的腹板加劲肋(3)(3)型钢构件由型钢构件由A、ix x、iy y 选择型钢号，选择型钢号，（1 1）假设）假设,查查,求求A A。5 5、实腹柱设计、实腹柱设计（2 2）求截面回转半径）求截面回转半径查几何值验算；查几何值验算；焊接截面由焊接截面由ix、iy 求两个方向的尺寸。求两个方向的尺寸。(4)(4)确定截面的初选尺寸确定截面的初选尺寸,b、t；h0 0、tw w.(5)(5)构件强度、稳定和刚度验算。构件强度、稳定和刚度验算。6 6、格构柱的设计、格构柱的设计（1 1）按对实轴）按对实轴(y-y轴轴)的整体稳定选择柱的截面，方法与实的整体稳定选择柱的截面，方法与实腹柱的计算相同。腹柱的计算相同。由由查查设设选槽钢型号选槽钢型号（2 2）按对虚轴）按对虚轴(x-x轴轴)的整体确定两分肢的距离。的整体确定两分肢的距离。为了获得等稳定性，应使两方向的长细比相等，即使为了获得等稳定性，应使两方向的长细比相等，即使oxox=y y。缀板柱：缀板柱：设设1 1缀条柱：选缀条缀条柱：选缀条 A10.110.1A （4 4）设计缀条或缀板。）设计缀条或缀板。（3 3）验算对虚轴的整体稳定性，不合适时应修改）验算对虚轴的整体稳定性，不合适时应修改 柱宽柱宽b b，再进行验算。，再进行验算。7 7、梁与柱的连接、梁与柱的连接8 8、柱脚、柱脚（1 1）底板的计算；）底板的计算；（2 2）靴梁的计算；）靴梁的计算；（3 3）隔板与肋板的计算。）隔板与肋板的计算。例例 验算轴心受压柱的刚度和整体稳定性。验算轴心受压柱的刚度和整体稳定性。Q235Q235钢材，钢材，热轧型钢，热轧型钢，32a32a，强轴平面内一端固定强轴平面内一端固定,一端铰接，弱一端铰接，弱轴平面内两端及三分点处均有铰支点支撑，固定柱高轴平面内两端及三分点处均有铰支点支撑，固定柱高6m,6m,N=980KNN=980KN。200020002000 解解=yxiiA，aI：32截面对截面对x轴为轴为a类，对类，对y轴为轴为b类，类，x=0.957,y=0.712，取取=y=0.7122/215mmNf=22 3/1.20510 1.67712.0 10980 mm N AN=js60004601650022解解4601650022