鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理5軸心受力構(gòu)件學習培訓課件

1、哈爾濱工業(yè)大學（威海） 第五章軸心受力構(gòu)件 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理5.1 軸心受力構(gòu)件的應(yīng)用和截面形式軸心受力構(gòu)件定義 軸心受拉構(gòu)件軸心拉桿 軸心受壓構(gòu)件軸心壓桿軸心受力構(gòu)件的應(yīng)用 屋架、托架、塔架、網(wǎng)架、網(wǎng)殼等以及支撐系統(tǒng) 支承屋蓋、樓蓋或工作平臺的豎向受壓構(gòu)件的柱 5.1 軸心受力構(gòu)件的應(yīng)用和截面形式柱的組成和形式 柱頭、柱身、柱腳 柱頭支承上部結(jié)構(gòu)并將其荷載傳給柱身，柱腳則把荷載由柱身傳給基礎(chǔ) 按截面組成分為： 實腹柱、格構(gòu)柱組成和形式軸心受力構(gòu)件的分類 實腹式構(gòu)件：具有整體連通的截面，有三種常見形式 熱軋型鋼截面，如圓鋼、圓管、方管、角鋼、工字鋼、T型鋼、寬翼緣H型鋼和槽鋼等，常用工字形、H形

2、和圓管 冷彎型鋼截面，如卷邊和不卷邊的角鋼或槽鋼與方管 型鋼或鋼板連接而成的組合截面分類 格構(gòu)式構(gòu)件：分肢（兩個或多個）、綴件 分肢：軋制槽鋼或工字鋼 綴件：綴條或綴板，將各分肢連成整體，使其共同受力，并承受繞虛軸彎曲時產(chǎn)生的剪力。綴條由角鋼的斜桿組成、或斜桿與橫桿共同組成，與分肢翼緣組成桁架體系，使橫向抗剪剛度較大綴板常采用鋼板，與分肢翼緣組成剛架體系，剛度略低 分類軸心受力構(gòu)件需要驗算的內(nèi)容需要驗算的內(nèi)容軸心受力構(gòu)件軸心受拉構(gòu)件軸心受壓構(gòu)件強度 （承載能力極限狀態(tài)）剛度 （正常使用極限狀態(tài)）強度剛度 （正常使用極限狀態(tài)）整體穩(wěn)定局部穩(wěn)定（承載能力極限狀態(tài)）5.2 軸心受力構(gòu)件的強度和剛度軸

3、心受力構(gòu)件以截面上的平均應(yīng)力達到鋼材的屈服強度作為強度計算準則。（6.2.1） N 軸心力設(shè)計值； A 構(gòu)件的毛截面面積； f 鋼材抗拉或抗壓強度設(shè)計值。 1. 截面無削弱 構(gòu)件以全截面平均應(yīng)力達到屈服強度為強度極限狀態(tài)。 設(shè)計時，作用在軸心受力構(gòu)件中的外力N應(yīng)滿足：5.2.1 軸心受力構(gòu)件的強度計算 5.2 軸心受力構(gòu)件的強度和剛度2. 有孔洞等削弱 彈性階段應(yīng)力分布不均勻； 極限狀態(tài)凈截面上的應(yīng)力為均勻屈服應(yīng)力。 （5.2.2）截面削弱處的應(yīng)力分布NNNNs0 smax=3s0 fy (a)彈性狀態(tài)應(yīng)力(b)極限狀態(tài)應(yīng)力構(gòu)件以凈截面的平均應(yīng)力達到屈服強度為強度極限狀態(tài)。設(shè)計時應(yīng)滿足 An

4、構(gòu)件的凈截面面積5.2.1 軸心受力構(gòu)件的強度計算 對有螺紋的拉桿：An取螺紋處的有效截面面積計算普通螺栓連接時：并列時為凈截面；錯列時按II、或-中的截面較小值計算5.2.1 軸心受力構(gòu)件的強度計算 對于高強度螺栓摩擦型連接 摩擦力均勻分布于螺孔四周，在孔前接觸面已傳遞一半的力 其中：n為連接一側(cè)的高強度螺栓總數(shù)；n1計算截面(最外列螺栓處)上的高強度螺栓數(shù)目； 0.5孔前傳力系數(shù)。 5.2.1 軸心受力構(gòu)件的強度計算 單面連接的單角鋼軸心受力構(gòu)件 處于雙向偏心受力狀態(tài)，試驗表明其極限承載力約為軸心受力構(gòu)件極限承載力的85%左右 因此單面連接的單角鋼按軸心受力計算強度時，鋼材強度設(shè)計值應(yīng)乘以

5、折減系數(shù)0.855.2.1 軸心受力構(gòu)件的強度計算 殘余應(yīng)力對強度的影響 焊接構(gòu)件和軋制型鋼構(gòu)件均會產(chǎn)生殘余應(yīng)力 殘余應(yīng)力是自相平衡的內(nèi)力，在軸力作用下，除了使構(gòu)件部分截面較早地進入塑性狀態(tài)外，并不影響構(gòu)件的靜力強度所以在驗算軸心受力構(gòu)件強度時，不必考慮殘余應(yīng)力的影響5.2.1 軸心受力構(gòu)件的強度計算 5.2.2 軸心受力構(gòu)件的剛度計算 進行剛度計算的原因 軸心受力構(gòu)件剛度不足時： 自重作用下容易產(chǎn)生過大的撓度 在動力荷載作用下容易產(chǎn)生振動 在運輸和安裝過程中容易產(chǎn)生彎曲衡量剛度的指標 軸心受力構(gòu)件的剛度通常用長細比來衡量，長細比愈小，表示構(gòu)件剛度愈大，反之則剛度愈小。 因此規(guī)定了構(gòu)件的容許長

6、細比。要求構(gòu)件的實際長細比不超過容許長細比。從而影響正常使用 容許長細比 受壓構(gòu)件彎曲變形后，附加彎矩效應(yīng)遠比受拉構(gòu)件嚴重，因而容許長細比限制較嚴 直接承受動力荷載的受拉構(gòu)件也比承受靜力荷載或間接承受動力荷載的受拉構(gòu)件不利，容許長細比限制也較嚴5.2.2 軸心受力構(gòu)件的剛度計算 長細比的計算方法 l0 x、l0y為構(gòu)件的計算長度， l0為構(gòu)件的幾何長度 為計算長度系數(shù)，根端部約束條件有關(guān)，見下節(jié) ix、iy為截面回轉(zhuǎn)半徑當截面主軸在傾斜方向時（如單角鋼截面和雙角鋼十字形截面），其主軸常標為x0軸和y0軸5.2.2 軸心受力構(gòu)件的剛度計算 5.3 軸心受力構(gòu)件的整體穩(wěn)定5.3.1 整體失穩(wěn)的現(xiàn)象

7、 5.3.2 無缺陷軸心受壓構(gòu)件的屈曲5.3.3力學缺陷對軸心受壓構(gòu)件彎曲屈曲的影響5.3.4幾何缺陷對軸心受壓構(gòu)件彎曲屈曲的影響5.3.1 整體失穩(wěn)的現(xiàn)象 穩(wěn)定的分類 理想直桿的分枝點失穩(wěn)，也稱為第一類穩(wěn)定問題； 非理想直桿的極值點失穩(wěn)，也稱為第二類穩(wěn)定問題。臨界力與臨界應(yīng)力 失穩(wěn)時所對應(yīng)的軸向荷載稱為臨界力Ncr； 相應(yīng)的截面上的平均應(yīng)力稱為臨界應(yīng)力cr。5.3 軸心受力構(gòu)件的整體穩(wěn)定軸心受壓柱的失穩(wěn)形式 彎曲失穩(wěn)：失穩(wěn)時某個主軸平面內(nèi)的變形迅速增加，達到臨界承載力。雙軸對稱的工字形、箱形截面5.3.1 整體失穩(wěn)現(xiàn)象扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)：壓力達臨界值時，突然發(fā)生微扭轉(zhuǎn)，N再稍微增加，扭轉(zhuǎn)變形迅速增大而

8、使構(gòu)件喪失承載能力，這種現(xiàn)象稱為扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)抗扭剛度較差的軸心受壓構(gòu)件（如十字形截面）5.3.1 整體失穩(wěn)現(xiàn)象彎扭失穩(wěn)：單軸對稱（如T形截面）的軸心受壓構(gòu)件繞對稱軸失穩(wěn)時，發(fā)生彎曲產(chǎn)生彎矩的同時，在形心上產(chǎn)生剪力，由于形心與剪心不重合，在發(fā)生彎曲變形的同時必然伴隨有扭轉(zhuǎn)變形，故稱為彎扭失穩(wěn)單軸對稱或沒有對稱軸的軸壓構(gòu)件5.3.1 整體失穩(wěn)現(xiàn)象鋼結(jié)構(gòu)中對不同失穩(wěn)形式的考慮方法 鋼結(jié)構(gòu)中壓桿的板件較厚，構(gòu)件的抗扭剛度較大，失穩(wěn)時主要發(fā)生彎曲屈曲 單軸對稱截面的構(gòu)件繞對稱軸彎扭屈曲時，當采用考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的換算長細比后，也可按彎曲屈曲計算 十字形截面限制在壓桿中使用，一般不考慮扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)問題因此彎曲屈曲是研

9、究的重點與基礎(chǔ)5.3.1 整體失穩(wěn)現(xiàn)象彈性彎曲屈曲 兩端鉸接、理想等截面，彈性屈曲的微彎狀態(tài)時，由內(nèi)外力矩平衡條件，求解后可得到著名的歐拉臨界力公式：5.3.2 無缺陷軸心受壓構(gòu)件的屈曲方程通解：臨界力：臨界應(yīng)力：Ncr 歐拉臨界力，常計作NEE 歐拉臨界應(yīng)力，E 材料的彈性模量A 壓桿的截面面積 桿件長細比（ = l0/i）i 回轉(zhuǎn)半徑（ i2=I/A）m-構(gòu)件的計算長度系數(shù)l-構(gòu)件的幾何長度1、理想軸心受壓構(gòu)件彎曲屈曲臨界力隨抗彎剛度的增加和構(gòu)件長度的減小而增大； 2、當構(gòu)件兩端為其它支承情況時，通過改變桿件計算長度的方法考慮。 5.3.2 無缺陷軸心受壓構(gòu)件的屈曲2）歐拉臨界力的使用范圍

10、 歐拉公式的推導中，假定材料無限彈性（E為常量），因此當臨界應(yīng)力超過鋼材比例極限fp后，歐拉臨界力公式不再適用，需滿足： 或： 即：p的軸壓構(gòu)件，才能發(fā)生彈性失穩(wěn)，可使用歐拉公式 p的軸壓構(gòu)件，屈曲前應(yīng)力已超過比例極限，構(gòu)件處于彈塑性階段，應(yīng)按彈塑性屈曲計算其臨界力從歐拉公式可看出，彈性失穩(wěn)時臨界力與鋼材強度無關(guān)，因此長細比較大的軸壓構(gòu)件采用高強鋼材并不能提高其穩(wěn)定承載力5.3.2 無缺陷軸心受壓構(gòu)件的屈曲5.3.2 無缺陷軸心受壓構(gòu)件的屈曲3）彈塑性彎曲屈曲的切線模量理論 1889年恩格塞爾用應(yīng)力-應(yīng)變曲線的切線模量 代替歐拉公式中的彈性模量E，將歐拉公式推廣至非彈性范圍. 1.殘余應(yīng)力的產(chǎn)

11、生和分布規(guī)律A、產(chǎn)生的原因 焊接時的不均勻加熱和冷卻； 型鋼熱扎后的不均勻冷卻； 板邊緣經(jīng)火焰切割后的熱塑性收縮； 構(gòu)件冷校正后產(chǎn)生的塑性變形。B、實測的殘余應(yīng)力分布較復雜而離散，分析時常采用其簡化分布圖（計算簡圖）。5.3.3力學缺陷對軸心受壓構(gòu)件彎曲屈曲的影響5.3.3力學缺陷對軸心受壓構(gòu)件彎曲屈曲的影響軋制H型鋼 焊接H型鋼（軋制板） 焊接H型鋼（火焰切割） 軋制板 火焰切割板主要研究縱向殘余應(yīng)力0.3fy0.3fy0.3fy0.3fyrc=0.3fy=0.7fyfy（A）0.7fyfyfy（B） =fyfy（C）2. 殘余應(yīng)力影響下短柱的 曲線以熱扎H型鋼短柱為例：=N/A0fyfpr

12、cfy-rcABC當N/Afp，構(gòu)件進入彈塑性階段，塑性區(qū)彈性區(qū)塑性區(qū)：Et=0，失效不能繼續(xù)承載 彈性區(qū)：有效截面能繼續(xù)承載表明考慮殘余應(yīng)力時，彈塑性屈曲的臨界應(yīng)力為彈性歐拉臨界應(yīng)力乘以折減系數(shù)Ie/IIe/I取決于構(gòu)件截面形狀尺寸、殘余應(yīng)力的分布和大小，以及構(gòu)件屈曲時的彎曲方向?qū)е聵?gòu)件屈曲時穩(wěn)定承載力降低或認為：Et=E Ie/I5.3.3力學缺陷對軸心受壓構(gòu)件彎曲屈曲的影響如圖翼緣為軋制邊的工字形截面。由于殘余應(yīng)力的影響，翼緣四角先屈服，截面彈性部分的翼緣寬度為be，令 則繞x軸和y軸失穩(wěn)時的臨界應(yīng)力分別為： 殘余應(yīng)力對繞弱軸屈曲的影響比繞強軸嚴重得多原因是遠離弱軸的部分是殘余壓應(yīng)力最大

13、的部分，而遠離強軸的部分則兼有殘余壓應(yīng)力和殘余拉應(yīng)力5.3.3力學缺陷對軸心受壓構(gòu)件彎曲屈曲的影響火焰切割鋼板焊接而成的工字形截面。假設(shè)由殘余應(yīng)力的影響，距翼緣中心各b/4處的部分截面先屈服，截面彈性部分的翼緣寬度be分布在翼緣兩端和中央。 繞x軸失穩(wěn)的臨界力與上面相同 而繞y軸失穩(wěn)的臨界應(yīng)力為： 殘余應(yīng)力對弱軸屈曲的影響，軋制翼緣比焰切翼緣更為嚴重火焰切割鋼翼緣板兩端為殘余拉應(yīng)力，推遲其進入塑性5.3.3力學缺陷對軸心受壓構(gòu)件彎曲屈曲的影響 即：58稱為薄板5.5.1 均勻受壓板件的屈曲薄板的屈曲方程當面內(nèi)荷載達到一定值時板會由平板狀態(tài)變?yōu)槲⑽澢鸂顟B(tài)屈曲根據(jù)彈性力學小撓度理論，得到薄板的屈

14、曲平衡方程為： w為板的撓度；Nx、Ny為x, y方向單位寬度上所承受的力； Nxy為單位寬度上的剪力；D為板單位寬度的抗彎剛度：對于如圖所示四邊簡支板，在單向荷載作用下方程變?yōu)椋?屈曲方程的解上述方程的解可以用雙重三角級數(shù)形式表示： m為屈曲時沿x方向的半波數(shù)，n為y向半波數(shù) 5.5.1 均勻受壓板件的屈曲將通解代入微分方程，可得單向均勻受壓荷載下四邊簡支板的臨界屈曲荷載Nxcr： 臨界荷載的最小值即當m, n取何值時，Nxcr最小？顯然當n=1時，Nxcr最小，意味著板屈曲時沿y方向只形成一個半波此時屈曲荷載變?yōu)椋?k稱為板的屈曲系數(shù)，可以用它來衡量板的臨界承載力。 5.5.1 均勻受壓板

15、件的屈曲圖中這些曲線構(gòu)成的下界線是k的取值 當a/b1時，板將撓曲成幾個半波，k基本為常數(shù)； 只有a/b80時，為防止施工和運輸中發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形、提高抗扭剛度，應(yīng)設(shè)置橫向加勁肋，a3h0為保證幾何形狀、提高抗扭剛度，在受有較大橫向力處和運送單元兩端設(shè)置橫隔。構(gòu)件較長時還應(yīng)設(shè)置中間橫隔，間距不得大于截面較大寬度的9倍或8m。 翼緣與腹板的焊縫受力很小，可按構(gòu)造取hf=48mm。 5.6.4 構(gòu)造要求 5.6.4 構(gòu)造要求 例題1如圖所示為一管道支架，其支柱的軸心壓力（包括自重）設(shè)計值為1450kN，柱兩端鉸接，鋼材為Q345鋼，截面無孔洞削弱。試設(shè)計此支柱的截面：用軋制普通工字鋼；用軋制H型鋼；用

16、焊接工字形截面，翼緣板為焰切邊；改為Q235鋼，以上所選截面是否可以安全承載？例題1等穩(wěn)定原則：x=yx=y100例題1 例題1 例題1 例題1 寬肢薄壁原則：翼緣稍加厚，腹板更薄例題1 例題1 例題1 例題1 由例題所得到的結(jié)論： 選擇普通工字鋼是不經(jīng)濟的，無法達到等穩(wěn)定要求，繞強軸富裕太多 若必須采用此種截面，宜再增加側(cè)向支撐的數(shù)量 軋制H型鋼和焊接工字形截面，兩個方向的長細比非常接近，基本上做到了等穩(wěn)定性，用料更經(jīng)濟 焊接工字形截面更容易實現(xiàn)等穩(wěn)定性要求，用鋼量最省，但焊接工字形截面的焊接工作量大例題1-結(jié)論 改用Q235鋼后，軋制普通工字鋼仍可安全承載，而軋制H型鋼和焊接工字形截面卻不

17、行 這是因為長細比大的軋制工字鋼基本上是彈性失穩(wěn)，鋼材強度對穩(wěn)定承載力影響不大 而長細比小的軋制H型鋼和焊接工字鋼，截面積比軋制工字鋼小許多，失穩(wěn)時處于彈塑性工作狀態(tài)，鋼材強度對穩(wěn)定承載力有顯著影響可見：使用高強鋼材對長細比小的、發(fā)生彈塑性失穩(wěn)的構(gòu)件有用；而對于長細比較大、發(fā)生彈性失穩(wěn)的構(gòu)件沒有顯著作用。例題1-結(jié)論 例題2如圖所示兩端鉸接（l0 x=l0y=3000mm）的軸心受壓柱由長邊相并的不等邊角鋼構(gòu)成，試驗算其承載力是否滿足要求。已知雙角鋼為2L1258010，軸向荷載設(shè)計值為N450kN，Q235B級鋼，f215N/mm2，孔徑d022mm。 例題2 5.7 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件 5

18、.7.1 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞實軸的整體穩(wěn)定 不會發(fā)生扭轉(zhuǎn)和彎扭屈曲，往往發(fā)生繞截面主軸的彎曲屈曲應(yīng)分別計算繞實軸和虛軸抵抗彎曲屈曲的能力繞實軸的彎曲屈曲與實腹式構(gòu)件沒有區(qū)別，整體穩(wěn)定計算。按b類截面查穩(wěn)定系數(shù)。 用于軸力較大、長度較小的柱用于軸力較小、長度較大的柱5.7.1 繞實軸的整體穩(wěn)定 5.7.2 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞虛軸的整體穩(wěn)定 格構(gòu)柱綴件的形式 綴條式、綴板式繞虛軸穩(wěn)定驗算的特點 實腹構(gòu)件彎曲屈曲時，剪切變形很小，對構(gòu)件臨界力的降低不到1%，可以忽略不計格構(gòu)柱繞虛軸彎曲屈曲時，兩個分肢不是實體相連，綴件的抗剪剛度弱，微彎時除彎曲變形外，還需要考慮剪切變形的影響，因此穩(wěn)定承載力有所

19、降低。5.7.2 繞虛軸的整體穩(wěn)定 格構(gòu)柱繞虛軸的臨界承載力考慮格構(gòu)柱的變形由彎曲變形和剪切變形兩部分組成使用穩(wěn)定理論，建立平衡微分方程，可求得臨界軸向荷載：相應(yīng)的臨界應(yīng)力為：換算長細比：為單位剪力作用下的剪切角5.7.2 繞虛軸的整體穩(wěn)定 綴條式格構(gòu)柱單位剪切角為：繞虛軸彎曲屈曲的換算長細比為： 繞虛軸彎曲屈曲的臨界應(yīng)力為：x為整個構(gòu)件對虛軸的長細比；A為整個構(gòu)件的毛截面面積；A1x為一個節(jié)間內(nèi)兩側(cè)斜綴條毛截面面積之和；為綴條與構(gòu)件軸線間的夾角5.7.2 繞虛軸的整體穩(wěn)定 斜綴條與構(gòu)件軸線夾角=40-70 變化不大 按=45，上式為27，由此換算長細比簡化為注意：當斜綴條與柱軸線間的夾角不在

20、上述范圍內(nèi)時，誤差較大，上式是偏于不安全的。應(yīng)按精確公式計算。A1x時0 x=x5.7.2 繞虛軸的整體穩(wěn)定 綴板式格構(gòu)柱繞虛軸彎曲屈曲的換算長細比為： 1=l1/i1為柱肢的長細比k=(Ib/c)/(I1/l1)為綴板與柱肢線剛度比l1相鄰兩綴板間的中心距；I1、i1為每個分肢繞其平行于虛軸方向形心軸的慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑；Ib為兩側(cè)綴板的慣性矩之和；c為兩柱肢的軸線間距。Ib且l10時0 x=xcl0l1yyxx5.7.2 繞虛軸的整體穩(wěn)定 一般k值較大，k6，綴板柱的換算長細比可以簡化為：k6時，應(yīng)按精確公式計算1=l01/i1為柱肢對11軸的長細比；l01為柱肢的計算長度，焊接時為相鄰兩綴

21、板間的凈距 栓接時為最近邊緣螺栓間距5.7.2 繞虛軸的整體穩(wěn)定 5.7.3 格構(gòu)柱分肢的穩(wěn)定和強度計算 格構(gòu)柱分肢的穩(wěn)定和強度驗算的原則 分肢是一個單獨的實腹式受壓構(gòu)件，故應(yīng)驗算其強度、剛度和穩(wěn)定，保證各分肢失穩(wěn)不先于格構(gòu)式構(gòu)件整體失穩(wěn)當分肢長細比滿足下列條件時可不必驗算分肢的強度、剛度和穩(wěn)定性，將自行滿足max為格構(gòu)柱繞實軸長細比和繞虛軸換算長細比中的大值，且不小于50；計算1時，綴板柱的l01按前面要求計算，綴條柱時l01取綴條節(jié)點間距。當綴件為綴條時：當綴件為綴板時：5.7.3 分肢的穩(wěn)定和強度計算5.7.4 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件分肢的局部穩(wěn)定 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的分肢承受壓力，應(yīng)進行板

22、件的局部穩(wěn)定計算分肢常采用軋制型鋼，其翼緣和腹板一般都能滿足局部穩(wěn)定要求當分肢采用焊接組合截面時，其翼緣和腹板寬厚比應(yīng)滿足局部穩(wěn)定要求 5.7.4 分肢的局部穩(wěn)定5.7.5 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的綴件設(shè)計 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的剪力 剪力的產(chǎn)生繞虛軸失穩(wěn)時，產(chǎn)生彎曲變形和彎矩M=Nv，彎矩的一階導數(shù)就是剪力，V=dM/dz格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件中可能發(fā)生的最大剪力設(shè)計值5.7.5 綴件設(shè)計剪力的分布形式 為設(shè)計方便，此剪力V可認為沿構(gòu)件全長不變，方向可以是正或負剪力的分擔 剪力由兩個綴件面共同承擔，每面承擔V1=V/25.7.5 綴件設(shè)計綴條設(shè)計 綴條與柱肢組成的平行弦桁架體系，內(nèi)力可按鉸接桁架進行分

23、析則斜綴條的內(nèi)力為： V1=V/2為每面綴條所受的剪力；為斜綴條與構(gòu)件軸線間的夾角 由于構(gòu)件彎曲方向不同，剪力方向可正或負，斜綴條可能受拉或受壓，設(shè)計時應(yīng)按軸壓構(gòu)件計算5.7.5 綴件設(shè)計單角鋼綴條與柱肢單面連接，受力時存在偏心 作為軸心受力構(gòu)件計算其強度、穩(wěn)定時，應(yīng)考慮相應(yīng)的強度設(shè)計值折減系數(shù)以考慮偏心受力的影響 強度計算時的折減： 85%f 穩(wěn)定計算時的折減：5.7.5 綴件設(shè)計構(gòu)造要求 斜綴條最小尺寸：L454或L56364 不受力的橫綴條用來減少分肢的計算長度，截面同斜桿 綴條的軸線與分肢的軸線應(yīng)盡可能交于一點，設(shè)有橫綴條時，還可加設(shè)節(jié)點板(有偏心時，也不能超出分肢外側(cè))為減小斜綴條兩

24、端受力角焊縫的搭接長度，綴條與分肢可三面圍焊5.7.5 綴件設(shè)計綴板設(shè)計 認為綴板與柱肢組成的單跨多層平面剛架體系假定受力彎曲時，反彎點分布在各段分肢和綴板的中點5.7.5 綴件設(shè)計取隔離體，根據(jù)內(nèi)力平衡可得每個綴板剪力Vb1和綴板與分肢連接處的彎矩Mb1： 式中：l1為兩相鄰綴板軸線間的距離，根據(jù)分肢穩(wěn)定和強度條件已經(jīng)確定； c分肢軸線間的距離。5.7.5 綴件設(shè)計根據(jù)Mb1和Vb1可驗算綴板的彎曲強度、剪切強度以及綴板與分肢的連接強度由于角焊縫強度設(shè)計值低于綴板強度設(shè)計值，故一般只需計算綴板與分肢的角焊縫連接強度綴板的尺寸由剛度條件確定，要求同一截面處各綴板的線剛度之和不得小于較大柱肢線剛

25、度的6倍，即 若取綴板的寬度hb2c/3，厚度tbc/40和6mm，一般可滿足上述線剛度比、受力和連接等要求。 構(gòu)造要求：綴板與分肢的搭接長度一般取2030mm，可以采用三面圍焊，或只用綴板端部縱向焊縫與分肢相連。 5.7.5 綴件設(shè)計5.7.6 格構(gòu)柱的橫隔和綴件連接構(gòu)造 設(shè)置橫隔的目的：提高抗扭剛度、保證運輸和安裝過程中截面幾何形狀不變、傳遞必要的內(nèi)力橫隔的位置：受有較大水平力處、每個運送單元的兩端、較長構(gòu)件的中間橫隔的間距：不得大于構(gòu)件截面較大寬度的9倍或8m橫隔的做法：可用鋼板或交叉角鋼做成5.7.6 橫隔和綴件連接構(gòu)造5.7.7 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計 雙肢格構(gòu)柱的截面選擇 已

26、知：壓力設(shè)計值N、計算長度l0 x和l0y、鋼材強度設(shè)計值f和截面類型截面選擇分兩步：按實軸穩(wěn)定選擇兩分肢的尺寸按虛軸與實軸等穩(wěn)定條件確定分肢間距5.7.7 截面設(shè)計按實軸(y軸)穩(wěn)定條件選擇截面尺寸假定繞實軸y=40100查得穩(wěn)定系數(shù)，求所需Areq由y、鋼號和截面類別查N較大而l0y較小時取小值，反之取大值求繞實軸所需iyreq=l0y/y (分肢為焊接組合截面時，還應(yīng)求所需截面寬度b=iyreq/1)b和i的近似關(guān)系見附錄5根據(jù)Areq、iyreq(或b)初選分肢型鋼規(guī)格(或截面尺寸)若不滿足，重新假定y，再試選截面，直至滿足繞實軸穩(wěn)定、剛度、強度、局部穩(wěn)定驗算5.7.7 截面設(shè)計綴條式

27、綴板式按虛軸（設(shè)為x軸）與實軸等穩(wěn)定原則確定兩分肢間距 令換算長細比0 x=y等穩(wěn)定原則求得所需要的xreq求所需ixreq=l0 x/xreq按附錄5確定分肢間距h=ixreq/2需要事先假定A1x，可按A1x=0.1A預估綴條角鋼型號需要事先假定1，可按1=0.5max取用5.7.7 截面設(shè)計構(gòu)造要求 兩分肢翼緣間的凈空應(yīng)大于100150mm，以便于油漆 h的實際尺寸應(yīng)調(diào)整為10mm的倍數(shù)關(guān)于h的規(guī)定5.7.7 截面設(shè)計截面驗算 初選截面后，應(yīng)驗算格構(gòu)柱繞實軸的穩(wěn)定、繞虛軸的穩(wěn)定、整體剛度、柱肢的穩(wěn)定等如有孔洞削弱，還應(yīng)進行強度驗算進行綴件設(shè)計如驗算不滿足，應(yīng)調(diào)整截面尺寸后重新驗算，直到滿

28、足例題3 將例6.1的支柱AB設(shè)計成格構(gòu)式軸心受壓柱：綴條柱；綴板柱。鋼材為Q345鋼，焊條為E50型，截面無削弱。 5.7.7 截面設(shè)計 例題3例題3例題3例題3例題3例題3例題3例題35.8 梁與柱的鉸接連接節(jié)點 梁柱連接節(jié)點的分類 鉸接連接：柱身只承受梁端的豎向剪力，梁與柱軸線間的夾角可以自由改變，節(jié)點的轉(zhuǎn)動不受約束剛性連接：柱身在承受梁端豎向剪力的同時，還將承受梁端彎矩，梁與柱軸線間的夾角在節(jié)點轉(zhuǎn)動時保持不變半剛性連接：介于鉸接和剛接之間，既能承受剪力，又能承受一定的彎矩梁柱連接節(jié)點的分類節(jié)點類型的區(qū)分方法 實際工程中，理想鉸接和剛接是不存在的。通常按梁端彎矩與梁柱曲線相對轉(zhuǎn)角之間的關(guān)

29、系，確定節(jié)點的類型。 當梁與柱的連接節(jié)點只能傳遞理想剛性連接彎矩的20%以下時，為鉸接；節(jié)點能夠承受理想剛性連接彎矩的90%以上時，為剛接。半剛性連接的彎矩轉(zhuǎn)角關(guān)系較為復雜，它隨連接形式、構(gòu)造細節(jié)的不同而異，必須通過試驗確定。設(shè)計部門很難辦到，因此目前較少采用半剛性連接節(jié)點。 節(jié)點類型的區(qū)分方法梁支承于柱頂?shù)你q接連接 梁放置于柱頂，梁端支反力直接通過柱頂板傳給柱身做法一：梁端加勁肋對準柱翼緣板，使梁的支座支反力通過梁端加勁肋直接傳給柱的翼緣構(gòu)造簡單，適用于兩梁支座反力相等或差值較小的情兩相鄰梁在調(diào)整、安裝就位后，用連接板和螺栓把梁腹板中下部連接起來傳力途徑：梁支承于柱頂?shù)你q接連接做法二（梁端采

30、用突緣支座）：突緣板底部刨平，與柱頂板頂緊，支反力通過突緣板作用于柱軸線上即使兩梁支反力不等，柱仍受軸壓柱腹板不能太薄，在柱頂板之下的柱腹板上應(yīng)設(shè)置一對加勁肋 加勁肋與頂板的水平焊縫應(yīng)按傳力需要計算 加勁肋與柱腹板的豎向焊縫要按同時傳遞剪力和彎矩計算 （注意思考如何計算？）突緣板墊板梁支承于柱頂?shù)你q接連接為了加強柱頂板的抗彎剛度，在柱頂板中心部位加焊一塊墊板為便于安裝，兩相鄰梁之間預留1020mm間隙，在梁中下部的突緣板間填以合適的填板，并用螺栓相連（如下頁動畫）傳力途徑： 墊板焊縫焊縫突緣板梁支承于柱頂?shù)你q接連接梁支承于柱頂?shù)你q接連接做法三（格構(gòu)柱頂）：為保證兩單肢受力均勻，不論是綴條還是綴

31、板柱，在柱頂處應(yīng)設(shè)置端綴板在兩個單肢的腹板內(nèi)側(cè)中央處設(shè)置豎向隔板，使格構(gòu)式柱在柱頭一段變?yōu)閷嵏故搅褐С性诟駱?gòu)式柱頂連接構(gòu)造與實腹式柱的同樣處理傳力途徑？梁支承于柱頂?shù)你q接連接梁支承于柱側(cè)面的鉸接連接 做法一：用于梁支座反力不大時，簡單方便梁端可不設(shè)支承加勁肋，直接放在柱的承托上，傳遞剪力用普通螺栓固定下翼緣在梁腹板中上方設(shè)一短角鋼和柱身相連，以防梁端平面外產(chǎn)生偏移梁支承于柱側(cè)面的鉸接連接做法二：適用于梁的支座反力較大時支座反力由突緣板傳給承托，承托用厚鋼板或厚角鋼制作。刨平頂緊，局部承壓傳力承托厚度應(yīng)比突緣板大1012mm，承托寬度應(yīng)比突緣板大10mm承托與柱側(cè)面用焊縫相連承托與柱的焊縫按1.

32、25倍梁端支座反力計算，以考慮偏心影響為便于安裝，梁端與柱側(cè)面應(yīng)留510mm間隙，加填板并設(shè)置構(gòu)造螺栓，以固定梁的位置兩支反力相差較大時，對柱身應(yīng)按壓彎構(gòu)件進行驗算梁支承于柱側(cè)面的鉸接連接做法三：框架梁柱節(jié)點中經(jīng)常用到施工簡單方便梁端剪力通過高強螺栓傳給連接角鋼，個數(shù)根據(jù)剪力確定連接角鋼通過焊縫把剪力傳給柱子翼緣 此焊縫計算是應(yīng)計入偏心彎矩的影響梁支承于柱側(cè)面的鉸接連接做法四：梁與柱的腹板連接施工簡單方便梁支承于柱側(cè)面的鉸接連接5.9 柱腳節(jié)點 軸心受壓柱柱腳的作用與要求 柱腳的作用：將柱的下端固定于基礎(chǔ)將柱身所受的軸力傳給基礎(chǔ)將柱下端放大，以降低基礎(chǔ)頂面與柱腳底面之間的壓應(yīng)力軸壓鉸接柱腳的設(shè)計要求：柱身和柱腳之間的焊縫應(yīng)滿足強度要求使接觸面上的壓應(yīng)力基礎(chǔ)混凝土的抗壓強度設(shè)計值5.9 柱腳節(jié)點 鉸接柱腳的形式與構(gòu)造 做法一：柱子下端直接與底板焊接柱力由焊縫傳給底板，由底板傳給基礎(chǔ)在基礎(chǔ)反力作用下，底板為懸臂，底板抗彎剛度較弱只適用于柱子軸力較小的情況柱子軸心受壓時，錨栓不受力；柱子受拉時錨栓承受拉力