鋼結(jié)構(gòu)基本知識歸納總結(jié)

鋼結(jié)構(gòu)材料一、思考題：1、建筑鋼材有幾種可能的破壞形式？各自的特征是什么？2、說明將建筑鋼材簡化為理想彈塑性體的依據(jù)。并在以后學習構(gòu)件強度計算時注意應(yīng)用理想彈塑性體的概念。3、建筑鋼材有哪幾項機械性能指標？每項性能指標衡量哪些方面的性能？4、承重結(jié)構(gòu)鋼材至少要保證哪幾項機械性能指標和化學成分含量符合要求？對何種結(jié)構(gòu)尚需保證冷晚試驗合格？甚至需提出相應(yīng)的沖擊任性Cv值要求？5、碳含量對鋼材機械性能的影響如何？什么結(jié)構(gòu)的鋼材需對碳含量加以限制？6、硫，磷各對鋼材性能的影響如何？7、試述應(yīng)力集中產(chǎn)生的原因、后果及設(shè)計中應(yīng)如何考慮？8、鋼材機械性能為什么要按厚度或直徑進行分組？9、試總結(jié)哪些因素會使鋼材變脆？10、防止脆性破壞的有效方法是合理設(shè)計、正確制造和正確使用三個方面的相互配合。根據(jù)自己的理解試述在上述三方面中各自應(yīng)包含哪些主要內(nèi)容？11、Q235鋼四個質(zhì)量等級在脫氧方法和機械性能方面各有什么不同？12、試述低合金結(jié)構(gòu)鋼牌號表示方法及冶金工廠對所供應(yīng)鋼材應(yīng)保證哪些項目，還可附加保證哪些項目？二、歸納總結(jié)：1、建筑鋼材有兩種可能的破壞形式－－塑性破壞和脆性破壞，二者的特征可從塑性變形、名義應(yīng)力、斷口形式三方面來理解。影響脆性破壞的因素有有害化學元素、冶金缺陷等，但總的來看，鋼材的質(zhì)量、應(yīng)力集中和低溫的影響比較大。防止脆性破壞必須合理設(shè)計、正確制造和正確使用三者的相互配合。2、鋼材的σ－ε曲線在下列標準條件下獲得的：Ⅰ）標準試件（無應(yīng)力集中）；Ⅱ）靜荷載一次拉伸到破壞；Ⅲ）試驗溫度為20°C。按建筑鋼材的σ－ε曲線其工作可分為彈性、彈塑性、塑性和強化四個階段，并將其簡化成理想彈塑性體。從拉伸試驗得到抗拉強度fu、屈服強度fy、伸長率δ5三個鋼材基本性能指標，fu、fy是靜力強度指標，δ5是鋼材在靜荷載作用下塑性性能指標。承重結(jié)構(gòu)鋼材都應(yīng)具有這三個指標合格的保證，對重要或需要冷加工的構(gòu)件，其鋼材尚應(yīng)具有冷彎試驗的合格保證。3、沖擊韌性Cv是表示鋼材在動力荷載作用下抵抗脆性斷裂能力指標，對直接承受較大動力荷載的結(jié)構(gòu)應(yīng)提出相應(yīng)沖擊韌性要求。4、鋼材在靜荷載作用下，單向應(yīng)力時，要求截面最大應(yīng)力不超過屈服點；復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)時，要求折算應(yīng)力δeq不超過fy。5、理解各種因素對鋼材性能的不利影響。對化學成分要分清有利元素和有害元素，應(yīng)特別注意碳、硫、磷的影響。重視應(yīng)力集中產(chǎn)生的影響，其后果是導(dǎo)致局部產(chǎn)生雙向或三向受拉的應(yīng)力狀態(tài)，使鋼材變脆。應(yīng)通過合理的構(gòu)造措施（如平緩過度）盡量避免應(yīng)力集中。6、規(guī)范推薦Q235、16Mn、16Mnq、15MnV、15MnVq鋼為承重結(jié)構(gòu)鋼，理解它們牌號的表示方法，冶金工廠對材質(zhì)應(yīng)保證的項目和能附加保證的項目，掌握根據(jù)設(shè)計結(jié)構(gòu)的具體條件正確選擇鋼材和提出合理指標要求的方法。7、掌握鋼板和型鋼的表示方法鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法一、思考題：1、影響結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)有哪些因素？影響結(jié)構(gòu)抗力有哪些因素？為什么說這些因素都具有隨機性質(zhì)？舉例說明。2、說明結(jié)構(gòu)可靠性的定義、結(jié)構(gòu)可靠度的定義、可靠度與可靠性的關(guān)系。3、說明結(jié)構(gòu)失效概率與可靠概率的代表意義及二者的關(guān)系。4、說明可靠指標β與失效概率Pf及結(jié)構(gòu)可靠性之間的關(guān)系。5、解釋結(jié)構(gòu)的兩類極限狀態(tài)的意義，寫出設(shè)計表達式，各符號的代表意義。6、解釋構(gòu)件或連接為什么會發(fā)生疲勞斷裂？7、由疲勞曲線（Δσ~n曲線）可說明什么現(xiàn)象？二、歸納總結(jié)：1、建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足安全性、適用性及耐久性三方面的功能要求。結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)（設(shè)計基準期T為50年），在規(guī)定的條件下（正常設(shè)計、施工、使用和維護條件）完成上述三方面功能的能力，稱為結(jié)構(gòu)的可靠性。2、結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率，稱為結(jié)構(gòu)的可靠度。結(jié)構(gòu)的可靠度是對結(jié)構(gòu)可靠性的定量描述，一般以失效概率Pf度量結(jié)構(gòu)的可靠性，當Pf小到一定程度即認為設(shè)計可靠。3、可靠指標以β代表，當結(jié)構(gòu)功能函數(shù)Z的平均值μz增大或Z的標準差σz減小，均可使β增大，β越大失效概率Pf就越小，說明結(jié)構(gòu)越可靠。4、《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標準》根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的安全等級、破壞類型確定了結(jié)構(gòu)設(shè)計時采用的可靠指標β值，設(shè)計一般工業(yè)與民用建筑物中鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，安全等級屬于二級，按延性破壞考慮時，可靠指標采用3.2。5、結(jié)構(gòu)或構(gòu)件按兩類極限狀態(tài)計算。按承載力極限狀態(tài)設(shè)計時，對于基本組合，設(shè)計表達式為：γo（γgCgGk＋γqiCqiQik∑γqiCqiψciQik)≤R(γr,fk,ak…)如以應(yīng)力形式表達，以σ代表組合應(yīng)力，公式為：γo≤f計算應(yīng)力時，對永久荷載的分項系數(shù)取1.2；對可變荷載的分項系數(shù)取1.4。在具體計算時，可以標準荷載乘以分項系數(shù)，得到設(shè)計荷載，再計算出內(nèi)力設(shè)計值；亦可按標準荷載計算出內(nèi)力標準值，再乘以分項系數(shù)得到內(nèi)力設(shè)計值。6、按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，計算結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的變形公式為：υ≤[υ]對結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的變形υ，應(yīng)按標準荷載計算。對受彎構(gòu)件的允許變形[υ]可查表得到。7、各類鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接，因有類裂紋存在，在連續(xù)重復(fù)荷載作用下，由于應(yīng)力集中現(xiàn)象，使裂紋不斷擴展，可能發(fā)生突然的疲勞破壞。發(fā)生疲勞破壞時，應(yīng)力幅Δσ越大，致?lián)p應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n越少，應(yīng)力幅越小，致?lián)p應(yīng)力循環(huán)次數(shù)愈多。8、對吊車梁和吊車桁架折算為常幅度疲勞計算，對應(yīng)力幅按一臺吊車滿載計算，不計荷載分項系數(shù)及動力系數(shù)。對容許應(yīng)力幅按循環(huán)次數(shù)為2×10^6計算。由可靠度思考各學科關(guān)系，或由各學科關(guān)系理解可靠度（個人理解）鋼結(jié)構(gòu)連接一、思考題：1、手工焊條型號應(yīng)根據(jù)什么選擇？鋼材Q235和16Mn須分別采用哪種焊條系列？2、焊接過程中可能產(chǎn)生哪些缺陷？對鋼結(jié)構(gòu)有何影響？3、焊縫質(zhì)量如何檢查？如何分級？4、焊縫代號如何表示？5、對接焊縫有哪些構(gòu)造形式？6、什么叫引弧板？？有何優(yōu)缺點？7、對接焊縫在哪種情況下才須進行計算？為什么要采用斜焊縫？8、角焊縫的焊腳尺寸hf和焊縫計算長度lw有哪些規(guī)定？為什么？9、角焊縫在各種受力情況下如何進行分析和計算？10、焊接殘余應(yīng)力和殘余變形是如何產(chǎn)生的？對結(jié)構(gòu)有哪些影響？應(yīng)采取什么措施來避免或減少此影響？11、受剪螺栓有哪幾種可能的破壞形式？如何防止？12、普通螺栓在各種受力情況下的計算原則？13、為什么要規(guī)定螺栓排列的最大和最小尺寸？14、普通螺栓與高強螺栓有何不同之處？15、什么叫高強螺栓的預(yù)拉力P？如何確定？16、單個高強螺栓受剪和受拉時如何計算？17、在彎矩M作用下受拉的高強度螺栓群和普通螺栓群的計算有何區(qū)別？二、歸納總結(jié)：1、焊接是鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方式，有對接焊縫和角焊縫兩種基本形式。常用的焊接方法有手工焊、自動（或半自動）埋弧焊。手工焊焊條型號應(yīng)與主體金屬強度相適應(yīng)。施焊過程中可能產(chǎn)生裂紋、氣孔、燒穿、弧坑等缺陷。為保證焊縫質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)焊縫等級按各自不同的檢驗標準進行質(zhì)量檢查。2、為保證焊縫質(zhì)量和便于施焊，對接焊縫要求按焊件厚度采用不同形式的坡口，坡口形式有I形、單邊V形、V形、U形、K形、X形等。對于沒有采用引弧板的焊縫，計算時焊縫長度要考慮起落弧的影響。對接焊縫截面上的應(yīng)力分布與母材相同，強度計算公式也相同，軸力作用下一般采用直縫，強度不足時可采用斜焊縫，當傾斜角度θ≤56°時，可不進行焊縫強度計算，在彎矩、剪力共同作用下的計算公式也可采用材料力學公式。3、角焊縫受力復(fù)雜，按受力不同分為側(cè)焊縫和端焊縫。為保證焊接質(zhì)量，規(guī)范對焊腳尺寸hf及焊縫計算長度lw等都作了構(gòu)造規(guī)定。角焊縫計算以最小焊縫截面為計算截面，且不論抗拉、抗壓及抗剪均采用同一強度設(shè)計值￡fw。對角焊縫在軸心力、彎矩、扭矩、剪力及幾個力共同作用下的受力進行了分析并推導(dǎo)出不同情況下的計算公式，應(yīng)熟練掌握。4、施焊時，由于不均勻的溫度場，使桿件產(chǎn)生焊接變形和焊接應(yīng)力，這對結(jié)構(gòu)在常溫、靜載作用下的承載力沒有影響，但增大了結(jié)構(gòu)的變形，降低了結(jié)構(gòu)的剛度、疲勞強度以及穩(wěn)定承載力。從設(shè)計和施工方面應(yīng)采取不同措施減小或消除殘余應(yīng)力和殘余變形，如設(shè)計上盡量使焊縫對稱布置；施焊時應(yīng)采用合理的施焊次序等。5、普通螺栓排列時，規(guī)范根據(jù)受力、構(gòu)造和施工三方面的要求規(guī)定了容許距離，針對螺栓幾種可能的排列形式，提出了不同的防止措施，在確定單個螺栓承載力設(shè)計值的基礎(chǔ)上，分析了螺栓群在不同荷載作用下的受力和計算方法。6、高強度螺栓是通過特制扳手擰緊螺帽，使螺桿產(chǎn)生很大的預(yù)拉力，將板件壓緊。在外力作用下，板件間產(chǎn)生很大的摩擦力。摩擦型高強螺栓就是依靠摩擦力傳遞剪力的。當剪力等于摩擦力時，連接應(yīng)定達到極限狀態(tài)。掌握其受力性能，傳力方式及各種計算方法，并與普通螺栓加以對照理解分析。受彎構(gòu)件一、思考題：1、梁的截面塑性發(fā)展系數(shù)的意義是什么？在什么情況下可以采用此系數(shù)？什么情況下不能采用？2、工字形截面組合梁在跨中有一集中荷載作用時，是否需要驗算折算應(yīng)力強度？折算應(yīng)力驗算公式中的各項如何計算？3、影響梁整體穩(wěn)定性的主要因素有哪些？如何提高梁的整體穩(wěn)定性？4、組合梁翼緣板為什么可能局部失穩(wěn)？腹板沿長度方向的各個部位為什么可能局部失穩(wěn)？試從板的受力分析說明。5、試說明型鋼梁的設(shè)計及驗算的內(nèi)容、方法。6、試說明焊接組合梁驗算的內(nèi)容、方法。7、根據(jù)腹板高厚比的大小，說明如何配置腹板的加勁肋？二、歸納總結(jié)：受彎構(gòu)件是鋼結(jié)構(gòu)中主要的基本構(gòu)件之一，在實際工程中經(jīng)常采用的鋼梁就是受彎構(gòu)件。對這種基本構(gòu)件的受力情況、計算原理、計算方法及構(gòu)造要求，必須概念明確，計算熟練，對一般的鋼梁能夠應(yīng)用公式及附表進行設(shè)計，并繪出施工圖。（一）、鋼梁的強度計算按承載能力極限狀態(tài)要求，對鋼梁應(yīng)首先進行強度計算。強度計算的內(nèi)容包括：抗彎強度計算；抗剪強度計算；當梁上承受集中荷載作用時，還應(yīng)進行局部承壓強度計算；此外，有時還應(yīng)進行折算應(yīng)力驗算。1、抗彎強度計算（最重要的基本計算）對等截面梁，應(yīng)對最大彎矩所在截面進行計算。根據(jù)最大彎矩計算值及該截面的凈截面抵抗計算。此時，應(yīng)注意：對承受靜力荷載或間接承受動力荷載的梁，可考慮截面有一定的塑性發(fā)展，即考慮截面塑性發(fā)展系數(shù)γx，γy；對直接承受動力荷載的梁，則不考慮塑性發(fā)展。對變截面梁的抗彎強度計算，除按最大彎矩所在截面計算外，尚應(yīng)驗算截面改變處的抗彎強度。2、抗剪強度計算抗剪強度計算取用材料力學中的基本公式，應(yīng)理解公式中每個符號代表的意義，并能夠正確計算。對型鋼梁，一般可不作抗剪強度計算；對焊接組合梁，如按抗剪計算要求，計算出的腹板厚度，一般都較小，而為滿足腹板局部穩(wěn)定和構(gòu)造要求，確定腹板厚度時，梁的剪應(yīng)力較小，一般也不作抗剪強度驗算。但對變截面梁，由于靠近梁支座附近剪力最大，截面減小，則應(yīng)驗算抗剪強度。3、局部承壓強度計算當梁的翼緣受有沿腹板平面作用的集中力，且該集中力處梁未設(shè)置支承加勁肋時，或梁上有移動集中荷載作用時，進行局部承壓強度計算。例如：梁的上翼緣有集中荷載作用或梁的支座處有集中的支座反力作用，以及吊車梁上有移動的輪壓等。4、折算應(yīng)力計算對組合梁中同時受有較大彎曲應(yīng)力σ和剪應(yīng)力τ時，有時還有局部壓應(yīng)力σc的截面應(yīng)進行折算應(yīng)力驗算。注意，此時對鋼材強度可以適當提高，即考慮增大系數(shù)β1。（二）、鋼梁的整體穩(wěn)定計算按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計要求，還應(yīng)考慮保證鋼梁的穩(wěn)定性。這是鋼結(jié)構(gòu)與其他結(jié)構(gòu)不同點之一。因為，鋼結(jié)構(gòu)材料強度高，截面尺寸小，厚度薄，容易發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，應(yīng)進行穩(wěn)定計算。影響鋼梁整體穩(wěn)定性的主要因素有：梁受壓翼緣側(cè)向支持點間的距離；梁的截面的側(cè)向抗彎剛度EIy、抗扭剛度GIt等的大??；梁上荷載的類型、分布情況以及作用點的位置等情況；此外，梁本身有無初始變形、荷載作用偏心等初始缺陷等。在梁的設(shè)計中，首先應(yīng)盡可能采取保證整體穩(wěn)定性的措施，以保證梁的整體穩(wěn)定，免去對整體穩(wěn)定的驗算，并減少鋼材用量。當需要驗算整體穩(wěn)定性時，應(yīng)特別注意整體穩(wěn)定性系數(shù)ψb的計算：對焊接工字形等截面簡支梁，按相應(yīng)公式計算得出；對軋制普通工字鋼簡支梁，可由附表直接查出ψb值。當ψb＞0.6時，梁已進入彈塑性工作階段，ψb值應(yīng)降低，按ψb'計算。（三）、鋼梁的剛度計算按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計要求，對鋼梁進行剛度計算，保證梁的正常使用，不產(chǎn)生過大變形。（四）、鋼梁的局部穩(wěn)定問題組合梁的局部穩(wěn)定問題包括翼緣的局部穩(wěn)定和腹板的局部穩(wěn)定兩個方面。翼緣板寬厚比或腹板的高厚比過大時，在各種應(yīng)力的組合作用下可能發(fā)生局部失穩(wěn)的措施及相應(yīng)的計算。為保證翼緣的局部穩(wěn)定，及翼緣截面部分發(fā)展塑性，其寬厚比應(yīng)滿足相應(yīng)要求；為保證腹板的局部穩(wěn)定，其寬厚比也應(yīng)滿足相應(yīng)要求。當各種應(yīng)力單獨作用時的高厚比限值，且考慮可能同時有其他應(yīng)力作用，配置加勁肋應(yīng)符合相應(yīng)四條規(guī)定。在規(guī)定中有的情況可不配置加勁肋；有的可按構(gòu)造要求配置橫向加勁肋，其間距按a≤2ho；有的情況則需要按計算配置橫向加勁肋或同時配置橫向及縱向兩種加勁肋。當需要按計算配置加勁肋時，對加勁肋間距a的計算可采用規(guī)范中公式直接計算。對加勁肋應(yīng)進行構(gòu)造設(shè)計及必要計算，即滿足各項構(gòu)造要求及相應(yīng)規(guī)范公式的要求。（五）、梁的構(gòu)造設(shè)計對梁的設(shè)計應(yīng)考慮到：梁的截面形式選擇、截面沿梁長度方向是否改變、焊接組合梁翼緣與腹板的焊縫計算、梁的拼接以及次梁與主梁的連接等有關(guān)的構(gòu)造問題及相應(yīng)的計算。軸心受力構(gòu)件和拉彎、壓彎構(gòu)件一、思考題：1、軸心受拉構(gòu)件按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計各包括哪些計算？2、什么是第一類穩(wěn)定問題，什么是第二類穩(wěn)定問題？它們分別適用于哪類構(gòu)件的失穩(wěn)現(xiàn)象？3、簡述殘余應(yīng)力、初彎曲和初偏心對軸心壓桿承載力的主要影響？4、穩(wěn)定性系數(shù)ψ與長細比λ有什么關(guān)系？與截面類別有什么關(guān)系？5、簡述在不改變截面面積和鋼號的情況下，可以通過哪些途徑提高實腹式軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定承載力？6、什么是軸壓柱對兩個主軸的等穩(wěn)定？對實腹柱使λx＝λy，對雙肢格構(gòu)式柱使λox＝λoy能否分別使他們做到等穩(wěn)定？7、試述工字形截面軸壓柱翼緣板和腹板寬（高）厚比限值是根據(jù)什么原則確定的？如何提高翼緣板和腹板的穩(wěn)定性？8、為保證實腹式軸心受壓構(gòu)件的安全工作，應(yīng)進行哪些驗算？9、格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件對虛軸的穩(wěn)定計算為什么要采用λox？如何保證單肢的穩(wěn)定性？綴板應(yīng)滿足哪些剛度要求？10、為保證軸心受壓綴條柱和綴板柱的安全性，應(yīng)進行哪些驗算？11、為保證實腹式壓彎構(gòu)件的安全應(yīng)進行哪些驗算？二、歸納總結(jié)：1、軸心受拉、軸心受壓構(gòu)件和拉彎、壓彎構(gòu)件的設(shè)計都必需同時滿足兩種極限狀態(tài)的要求，每種構(gòu)件按兩種極限狀態(tài)設(shè)計應(yīng)包含構(gòu)件截面設(shè)計的截面驗算。2、對軸心受力構(gòu)件，《規(guī)范》以凈截面平均應(yīng)力達屈服強度作為強度承載力的極限，用相應(yīng)公式進行強度計算。當截面無削弱時無需進行強度驗算。3、軸心受拉、軸心受壓和拉彎、壓彎構(gòu)件都以長細比作為衡量剛度的指標，都用同一公式驗算構(gòu)件剛度。4、軸心壓桿喪失整體穩(wěn)定與強度破壞是本質(zhì)上不同的兩種破壞。理想軸心壓桿的屈曲，屬于第一類穩(wěn)定。工程中的軸心壓桿都存在初彎曲、初偏心和殘余應(yīng)力等缺陷，其穩(wěn)定承載力低于理想軸心壓桿，屬于第二類穩(wěn)定?！兑?guī)范》考慮上述缺陷的影響，用用壓潰理論給出三條ψ曲線和整體穩(wěn)定計算公式。ψ曲線有下述規(guī)律：ψa＞ψb＞ψc（下角標分別表示a、b、c三類截面）；ψ值隨長細比增大而減小。由此可得到提高整體穩(wěn)定性的措施，就一般情況來說，為做到兩軸等穩(wěn)定，應(yīng)使ψx＝ψy。5、根據(jù)板件屈曲臨界應(yīng)力與b類截面柱整體穩(wěn)定臨界應(yīng)力相等的條件，來確定工字形截面等軸壓柱板件的寬厚比限值。而壓彎構(gòu)件是按板件臨界應(yīng)力等于鋼材屈服強度的原則，來確定腹板高厚比限值。6、等穩(wěn)定的概念在鋼結(jié)構(gòu)中很重要，它包括構(gòu)件對兩個主軸的等穩(wěn)定，以及板件的局部穩(wěn)定與構(gòu)件整體穩(wěn)定的等穩(wěn)定。7、軸壓格構(gòu)柱對虛軸的穩(wěn)定驗算采用λox。綴條和綴板的內(nèi)力是分別按平行弦桁架和單跨多層剛架分析的，綴條按軸心壓桿設(shè)計，綴板應(yīng)注意滿足構(gòu)造要求。保證單肢不先于柱整體失穩(wěn)應(yīng)滿足相應(yīng)計算要求。8、實腹式拉、壓構(gòu)件，以截面出現(xiàn)塑性鉸達到靜力強度承載力強度的極限，《規(guī)范》限制其截面的塑性發(fā)展。9、實腹式壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定工作與有缺陷的軸壓桿件相同。用相應(yīng)公式驗算；平面外為彎扭屈曲。公式中βmx、βtx要明白什么含義。10、當壓彎構(gòu)件受壓翼緣的自由外伸寬度與厚度之比為13√(235/fy)＜b1/t＜15√(235/fy)時，塑性發(fā)展系數(shù)γx取1.0。就一般情況而言，壓彎構(gòu)件即使截面無消弱且整體穩(wěn)定滿足要求，但強度不一定滿足要求，這是與軸壓構(gòu)件不同的。11、柱頭、柱腳關(guān)鍵在于構(gòu)造，清楚傳力路徑的分析方法，就可以很容易地沿著傳力路徑進行零部件的設(shè)計計算。屋面結(jié)構(gòu)一、思考題：1、屋蓋支撐有哪幾種類型？各有什么作用？如何布置？2、檁條如何設(shè)計？拉條有何作用？3、常用鋼屋架形式有哪幾種？確定屋架形式需要考慮哪些因素？4、當上弦節(jié)間作用有集中荷載時，怎樣確定其局部彎矩？5、屋架桿件的計算長度在屋架平面內(nèi)和屋架平面外有何區(qū)別？如何取值？6、屋架各個桿件應(yīng)采用哪種截面形式？選擇桿件截面時應(yīng)考慮哪些因素？7、節(jié)點設(shè)計有哪些構(gòu)造要求？試述節(jié)點設(shè)計要點。8、屋架施工圖應(yīng)包含哪些主要內(nèi)容？二、歸納總結(jié)：1、為保證屋蓋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高房屋的整體剛度，使屋蓋結(jié)構(gòu)成為穩(wěn)定的空間桁架體系，必須在屋架間設(shè)置支撐。支撐類型有：上弦橫向支撐、下弦橫向和縱向支撐、垂直支撐以及系桿。2、鋼檁條在屋面荷載作用下，繞其截面兩個主軸彎曲，按雙向受彎構(gòu)件進行設(shè)計。3、鋼屋架的外型應(yīng)與屋面材料所要求的排水坡度相適應(yīng)，盡量與彎矩圖相近似，以使受力合理。腹桿布置應(yīng)做到長桿受拉，短桿受壓；節(jié)點構(gòu)造要簡單合理，易于制造。常用鋼屋架有三角形、梯形、平行弦等形式。4、根據(jù)使用和施工過程中可能遇到的最不利荷載組合進行屋架各桿件內(nèi)力計算。計算方法有圖解法、數(shù)解法或查表、電算法。桿件一般為軸拉或軸壓構(gòu)件，當有節(jié)間荷載時，應(yīng)考慮局部彎矩，按拉彎或壓彎構(gòu)件計算。5、為了節(jié)約鋼材，對壓桿截面兩個方向長細比應(yīng)相等，滿足等穩(wěn)定性要求，一般采用由兩個角鋼組成的T型截面形式。上弦桿及下弦桿一般采用兩個不等肢角鋼短肢相連；支座斜桿采用兩個不等肢角鋼長肢相連；屋架其它腹桿采用兩等肢角鋼；中央豎桿采用兩等肢角鋼組成的十字形截面。為保證兩角鋼共同受力，肢間應(yīng)設(shè)置墊板。根據(jù)桿件受力和計算長度，確定出滿足要求的截面。6、屋架各桿件通過節(jié)點板互相連接，節(jié)點設(shè)計應(yīng)滿足一定的構(gòu)造要求，節(jié)點設(shè)計應(yīng)結(jié)合施工圖的繪制進行，根據(jù)腹桿所需焊縫長度，結(jié)合構(gòu)造要求，確定節(jié)點板的形狀和尺寸，最后驗算弦桿連接焊縫強度。7、屋架施工圖是制作屋架的依據(jù)。內(nèi)容包括屋架詳圖，上、下弦平面圖、剖面圖、零件圖、材料表及有關(guān)說明等。鋼結(jié)構(gòu)制造與防護一、思考題：1、鋼結(jié)構(gòu)的制造過程？2、鋼結(jié)構(gòu)防銹蝕的措施和機理？3、鋼結(jié)構(gòu)除銹方法？4、防銹涂料有哪些施工方法？各有什么施工要求？5、鋼結(jié)構(gòu)防火措施有哪些？二、歸納總結(jié)：1、鋼結(jié)構(gòu)的制造大多在金屬結(jié)構(gòu)制造廠進行加工，一般要經(jīng)過鋼材備料、放樣、號料和切割、制孔、邊緣加工、冷彎和熱彎、半成品校正、裝配、構(gòu)件焊接、成品校正、油漆、編號等工序，然后運至工地安裝。2、鋼結(jié)構(gòu)在濕度大和有侵蝕介質(zhì)的環(huán)境中易銹蝕。常用的防銹蝕方法是采用非金屬涂料涂在鋼材表面，以保護鋼材。涂料有底漆和面漆兩種，在涂刷之前，必須將鋼材表面的毛刺、鐵銹、油污和附著物清除干凈——除銹，常用的除銹方法有人工除銹、酸洗除銹、噴砂除銹三種。涂料的施工方法有刷涂法和噴涂法兩種，施工時要掌握合適的涂層厚度和層數(shù)以及良好的天氣狀況和溫度條件。3、在高溫時，鋼材的性能fy、fu、E都降低，導(dǎo)致承載力降低和變形增大。對高溫作用下的鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)采取合適的防火材料加以防護。焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形一、焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形產(chǎn)生原因鋼結(jié)構(gòu)焊接構(gòu)件在施焊過程中，焊件局部區(qū)域加熱熔化，隨后又冷卻凝固，由于這不均勻的溫度場導(dǎo)致焊件不均勻膨脹和收縮，產(chǎn)生應(yīng)力和變形，殘存于焊件內(nèi)部，即稱為焊接殘余應(yīng)力和殘余變形。焊接殘余應(yīng)力和殘余變形產(chǎn)生的原因有兩方面：Ⅰ）施焊時焊件上溫度分布不均勻；Ⅱ）施焊時有一部分區(qū)域產(chǎn)生了塑性變形。焊接應(yīng)力是一種沒有荷載作用下的內(nèi)應(yīng)力（自內(nèi)力），在焊件內(nèi)部自相平衡。焊接應(yīng)力除上述介紹的縱向焊接殘余應(yīng)力（沿焊縫軸線方向）外，還有橫向應(yīng)力（垂直焊縫長度方向）和厚度方向。焊接過程中構(gòu)件會產(chǎn)生一些局部鼓起、彎曲、歪斜和扭曲等變形。焊接殘余變形包括縱向收縮、橫向收縮、彎曲變形、角變形和扭曲變形等。通常為其中某幾種變形的組合。例如，開單面V型坡口的以對接焊縫連接的平板可能既發(fā)生兩個方向的收縮變形，又同時發(fā)生角變形；收縮變形通?？恐圃煜铝蠒r預(yù)加收縮余量來解決；形狀變形則靠合理設(shè)計、合理制造和焊接工藝來減小。二、焊接殘余應(yīng)力和殘余變形的影響㈠、焊接殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)性能的影響1、靜力強度：由于殘余應(yīng)力是自平衡的自內(nèi)力，有殘余應(yīng)力的構(gòu)件的承載力與無殘余應(yīng)力的完全一樣，所以焊接應(yīng)力對在常溫下承受靜力荷載的承載力沒有影響；2、剛度：由于在殘余拉應(yīng)力區(qū)域提前進入塑性狀態(tài)，繼續(xù)增加的外力僅由剩余的彈性區(qū)承擔，只增大變形，而應(yīng)力保持不變，因此殘余應(yīng)力將使結(jié)構(gòu)變形增加，剛度減??；3、壓桿的穩(wěn)定承載力：殘余應(yīng)力將使桿件的抗彎剛度減小，從而降低其穩(wěn)定承載力；4、疲勞強度：由于焊縫中存在三向應(yīng)力，阻礙了塑性變形，使鋼材變脆，使裂紋易于發(fā)生和發(fā)展，因此焊接應(yīng)力將使疲勞強度降低。㈡、焊接殘余變形的影響焊接殘余變形不僅影響結(jié)構(gòu)的尺寸，使裝配困難，而且使構(gòu)件產(chǎn)生初偏心和初彎曲等初始缺陷，受荷載時將產(chǎn)生相應(yīng)的附加內(nèi)力，對結(jié)構(gòu)的使用和受力不利。例如軸心壓桿，因焊接發(fā)生了彎曲變形，變成了壓彎構(gòu)件，顯然強度和穩(wěn)定承載力都受影響。所以對殘余變形要加以限制，超出規(guī)定限值必須加以矯正。三、防止和減少焊接應(yīng)力和變形的措施焊接殘余應(yīng)力和變形，直接影響到焊接結(jié)構(gòu)的制造和安裝質(zhì)量、受力性能、正常使用和安全可靠，設(shè)計和制造時應(yīng)予以充分重視，并采取下列措施盡量減少其影響。㈠、設(shè)計方面：為減少焊接應(yīng)力和變形，要進行合理的焊縫設(shè)計，從構(gòu)造上采取一些措施。1、采用適宜的焊腳尺寸和焊縫長度，最好采用細長焊縫，不用粗短焊縫；2、焊縫應(yīng)盡可能對稱布置，不宜過分集中，以減小焊接殘余變形；3、應(yīng)盡量避免焊縫三向相交；（因為每個方向的焊縫都存在著沿焊縫軸線方向的焊接殘余拉應(yīng)力，在相交處形成三向同號拉應(yīng)力場，使材料變脆。不可避免時，應(yīng)使主要焊接連接通過，次要焊縫中斷；梁的腹板、翼緣和加勁肋的相交處肋板應(yīng)切角。）4、避免仰焊和不方便位置的焊接。㈡、制造和焊接工藝方面1、采用合理的施工順序；2、反變形法；（在掌握焊接殘余變形的規(guī)律后，施焊前給構(gòu)件以一個和焊接變形相反的預(yù)變形，使構(gòu)件在焊接后產(chǎn)生的焊接變形與之正好抵消。）3、退火法；（對于小尺寸焊件，施焊后放入熱源中，加熱至600°C左右并保溫一定時間，然后緩慢冷卻，可消除應(yīng)力；焊后退火處理是消除焊接殘余應(yīng)力最有效的方法。）4、剛性固定法；（對焊件施加個足夠大的外力，使其不能自由收縮而達到減少殘余變形的目的，方法是用夾具固定或?qū)⒑讣c焊在厚大的基座上。）5、錘擊法；（在焊縫冷卻過程中，用頭部帶小圓弧的小錘輕擊焊縫，使焊縫金屬產(chǎn)生塑性變形，從而得到延伸，這樣可減少焊縫中部的變形，降低焊接應(yīng)力。為防止產(chǎn)生裂紋，敲擊應(yīng)在焊縫塑性較好的熱狀態(tài)時進行。）6、預(yù)熱法。（在焊接前，對焊件整體或局部加熱到一定溫度，減少焊縫處與整體的溫度差，使它們盡可能均勻分布和自由收縮，從而減少焊接殘余應(yīng)力。）四、矯正焊接殘余變形的方法1、機械矯正法；用機械方法對殘余變形的焊件施加一個外力使其發(fā)生與殘余變形方向相反的屈服變形，已達到矯正殘余變形的目的，這種方法屬于冷矯正。2、火焰矯正（局部加熱法）；它是根據(jù)焊接殘余變形產(chǎn)生的原理，利用局部加熱后的收縮而引起的變形來矯正已產(chǎn)生的變形，這種方法屬于熱矯正。梁設(shè)計歸納【型鋼梁設(shè)計】鋼梁的制作，在荷載比較小的情況下，可采用熱軋型鋼制作，例如采用熱軋工字鋼、槽鋼、H型鋼等。現(xiàn)以單向彎曲普通工字鋼為例說明型鋼梁的設(shè)計要求和方法。一、計算梁的內(nèi)力根據(jù)梁的荷載、計算跨度和支承形式，計算梁的最大彎矩設(shè)計值及最大剪力設(shè)計值。二、計算梁需要的凈截面抵抗矩，選出鋼號從抗彎強度及整體穩(wěn)定性考慮：若梁的整體穩(wěn)定得到保證，可按抗彎強度要求計算，計算需要的凈截面抵抗矩為：Wnx≥Mx/(γx×f)；若整體穩(wěn)定性不能保證，且整體穩(wěn)定系數(shù)ψb較小時，可按整體穩(wěn)定性要求，計算需要的毛截面抵抗矩為：Wx≥Mx/(ψb×f)。根據(jù)需要的毛截面抵抗矩，初選型鋼。三、強度驗算㈠、抗彎強度根據(jù)包括所選型鋼自重所產(chǎn)生的最大彎矩設(shè)計值Mx，計算型鋼的凈截面抵抗矩Wnx，驗算梁抗彎強度。㈡、抗剪強度計算包括型鋼自重所產(chǎn)生的最大剪力設(shè)計值V驗算梁抗剪強度。由于型鋼梁腹板較厚，一般都可滿足抗剪強度要求，故可不計算。㈢、局部承壓強度對需要驗算局部承壓強度部位進行局部壓應(yīng)力驗算。四、整體穩(wěn)定性驗算對無整體穩(wěn)定保證措施的梁進行整體穩(wěn)定性驗算。五、剛度驗算正常使用狀態(tài)荷載標準值驗算?！竞附咏M合梁設(shè)計】組合梁的型式多采用焊接工字形截面。對于這種梁的截面設(shè)計與型鋼梁設(shè)計不同，對型鋼梁只要確定型鋼的型號即可。對組合梁則需要確定腹板的高度及厚度、翼緣的寬度及厚度等幾個尺寸，而謝謝尺寸又是互相聯(lián)系的?？偟脑O(shè)計原則是既要保證梁的強度、穩(wěn)定性、剛度等要求，又要使鋼材用量經(jīng)濟合理。因此，需要根據(jù)各方面要求綜合分析計算。具體方法是先根據(jù)各方面要求逐項選擇截面每一個尺寸，然后進行驗算。一、梁截面選擇㈠、梁截面高度確定確定梁的截面高度應(yīng)根據(jù)建筑設(shè)計要求（確定最大允許高度hmax）、剛度要求（確定梁最小高度hmin），且使鋼材用量最?。ń?jīng)濟高度he）等條件確定。㈡、腹板高度hw腹板高度hw的確定與梁高h尺寸有關(guān)。由于上下翼緣厚度一般較小，所以腹板高度hw可略小于梁高，并按鋼板規(guī)格尺寸取50mm的倍數(shù)。㈢、腹板厚度tw腹板的主要作用是抗剪，在腹板高度hw確定后可根據(jù)抗剪強度公式計算腹板厚度tw。為簡化計算，可近似假定最大剪應(yīng)力為腹板平均剪應(yīng)力的1.2倍。以上確定的腹板高度及厚度兩尺寸，還關(guān)系到腹板本身的局部穩(wěn)定及梁的總用鋼量。為滿足梁的剛度及抗彎等要求，所確定的腹板高度一般都比較大，此時腹板厚度如取值太?。ㄈ绨纯辜粢笥嬎愕暮穸染秃苄。?，腹板本身很薄，會引起局部失去穩(wěn)定，為此，要考慮配置縱橫加勁肋。此外，厚度太小，容易由于銹蝕而降低承載能力，在制造過程中也易發(fā)生較大變形。而腹板厚度取值過大，又會使用鋼量迅速增加。因此應(yīng)全面考慮上述因素。腹板厚度tw應(yīng)符合鋼板現(xiàn)有規(guī)格，最小尺寸6~8mm。㈣、翼緣尺寸b、t根據(jù)截面對x軸的慣性矩公式及截面對x軸的抵抗矩公式，反解出一個翼緣的截面面積（近似取h≈h1≈hw），則翼緣面積A1為：A1＝Wx/hw－（tw×hw）/b當已知腹板尺寸hw及tw時，可根據(jù)上式求出需要的翼緣面積A1；A1＝b×t，可先選定翼緣板寬度b，后確定厚度t。確定翼緣尺寸b及t值，關(guān)系到以下幾方面：寬度b太小，對梁的整體穩(wěn)定不利。寬度b太大、厚度t很小，則可能影響翼緣在抗彎強度計算中考慮塑性發(fā)展以及對翼緣局部穩(wěn)定的保證。且要求受壓翼緣的自由外伸寬度b1與厚度t之比，b1/t≤13√235/fy；按翼緣的局部穩(wěn)定要求b1/t≤15√235/fy。一般可取b=(1/3~1/5)h，且取10mm的倍數(shù)；厚度t不應(yīng)小于8mm，取2mm的倍數(shù)。二、截面驗算截面尺寸選定后，根據(jù)相關(guān)要求計算梁的實際荷載（包括梁自重）、內(nèi)力，并計算截面面積、截面慣性矩、截面抵抗矩等各種幾何特性，然后進行強度、穩(wěn)定性、剛度驗算。三、翼緣焊縫計算組合成工字形截面的翼緣與腹板，應(yīng)用角焊縫焊接，以抵抗翼緣與腹板之間的剪力，保證截面能夠整體工作，防止相互錯動。四、截面沿梁長度方向改變組合梁的截面設(shè)計，按簡支梁在均布荷載作用下的彎矩計算時，彎矩圖曲線為拋物線，取跨中最大彎矩為計算依據(jù)，所設(shè)計截面尺寸在彎矩較小處，材料強度未充分利用。簡支梁兩端支座處剪力最大，但等截面兩端材料抗剪能力也未充分發(fā)揮。為節(jié)約鋼材，可使梁的截面沿梁長度方向改變，達到經(jīng)濟效果。具體方法：㈠、改變翼緣的寬度，在梁跨中部分寬度b較大，在兩端離支座各1/6跨度處減小至寬度b'。寬度b'按截面改變處的彎矩M'計算確定。寬度從b減少至b'，應(yīng)做成不大于1:4的坡度，以減少應(yīng)力集中。采用對接焊縫，上翼緣受壓可用直縫，下翼緣受拉可直縫或斜縫。這種改變寬度的方法較改變厚度方法好，可避免應(yīng)力集中，且使外表面在一個平面內(nèi)。經(jīng)過一次變截面節(jié)約鋼材約10%~20%。㈡、采用多層翼緣板改變截面，即沿梁跨度方向改變翼緣板層數(shù)，使梁的截面大小改變。梁的翼緣有兩層，切斷外層翼緣板，從而減小截面。外層板實際切斷點的位置應(yīng)由理論切斷點處延伸長度La，以保證外層板在理論切斷點處部分能參加工作。㈢、改變梁的高度，在靠近梁兩端（1/5~1/6）L處，將下翼緣做成折線形，翼緣的截面不變，腹板的高度逐漸減小。梁端部高度應(yīng)滿足抗剪要求，且不應(yīng)小于抗剪要求的一半。這種方法可以降低建筑物的高度，但梁的構(gòu)造較為復(fù)雜。梁的穩(wěn)定歸納【梁的整體穩(wěn)定】一、梁的整體失穩(wěn)現(xiàn)象鋼梁常采用工字形截面，截面高度比較大而寬度比較小，這樣，在剛度大的平面內(nèi)承受荷載可節(jié)省材料。設(shè)截面對主軸x軸的慣性矩為Ix，對y軸的慣性矩為Iy，Ix＞Iy。當梁兩端分別承受對x軸的彎矩Mx時，梁處于純彎曲狀態(tài)。此時，梁在彎矩作用平面內(nèi)（即YOZ平面）將發(fā)生彎曲變形，當彎矩值增加到一定數(shù)值時，受壓區(qū)的翼緣及與它相連的部分腹板在壓應(yīng)力作用下，有可能壓曲，從而引起整個梁突然發(fā)生側(cè)向彎曲變形，并伴隨扭轉(zhuǎn)變形，以致喪失繼續(xù)承載能力。這種現(xiàn)象稱為梁的彎曲扭轉(zhuǎn)屈曲（簡稱彎扭屈曲），或稱梁喪失整體穩(wěn)定。當梁即將失去整體穩(wěn)定時，它所能承受的最大彎矩稱為臨界彎矩，相應(yīng)彎曲應(yīng)力稱為臨界應(yīng)力。二、臨界彎矩和臨界應(yīng)力根據(jù)彈性穩(wěn)定理論可導(dǎo)出雙軸對稱工字形截面的簡支梁在純彎曲受力狀態(tài)下臨界彎矩Mcr，并可看出梁的臨界彎矩與許多因素有關(guān)，其中受壓翼緣側(cè)向自由長度l1影響較大。當l1減小時，可使臨界彎矩顯著提高，增強梁的整體穩(wěn)定性。此外，提高梁的側(cè)向抗彎剛度EIy及自由扭轉(zhuǎn)剛度GIt均使梁的整體穩(wěn)定性提高。梁的臨界應(yīng)力σcr的計算公式：σcr＝Mcr/WxWx為受壓最大纖維確定的梁毛截面抵抗矩。三、梁的整體穩(wěn)定性系數(shù)為保證梁的整體穩(wěn)定，應(yīng)使梁受壓翼緣的最大應(yīng)力σ小于臨界應(yīng)力σcr，并考慮抗力分項系數(shù)γR，即σ＝Mx/Wx≤σcr/γR＝(σcr/fy)·(fy/γR)＝ψb·fψb＝σcr/fyψb為整體穩(wěn)定性系數(shù)。（與ψb有關(guān)的兩個重要系數(shù)：βb&ηb）βb的含義：系數(shù)βb稱為梁整體穩(wěn)定的等效彎矩系數(shù)，是考慮非純彎曲情況時對ψb的修正。如梁承受均布荷載或集中荷載作用時，βb是該種荷載情況下ψb值與純彎曲時的ψb的比值。從附表可以看出集中荷載情況下的βb值大于均布荷載下的βb值，荷載作用在下翼緣時的βb值大于作用在上翼緣時的βb值。顯然βb值越大，梁的整體穩(wěn)定系數(shù)越大，有利于增強梁的整體穩(wěn)定性。ηb的含義：系數(shù)ηb稱為截面不對稱影響系數(shù)。對雙軸對稱工字形截面ηb＝0。對單軸對稱工字形截面：受壓翼緣加強時，ηb＝0.8(2αb－1)；受拉翼緣加強時，ηb＝2α－1。αb＝I1/(I1＋I2)，I1和I2分別為受壓翼緣和受拉翼緣對y軸的慣性矩。從ηb的計算結(jié)果知，工字形截面加強受壓翼緣時，I1＞I2，αb＞0.5，ηb為正值；加強受拉翼緣時，αb＜0.5，ηb為負值，因此加強受壓翼緣可使整體穩(wěn)定性系數(shù)ψb加大，有利于加強梁的整體穩(wěn)定性。四、梁的整體穩(wěn)定性驗算對于在最大剛度平面內(nèi)彎曲的構(gòu)件，整體穩(wěn)定性的驗算公式為：Mx/(ψb·Wx)≤f；在兩個主平面內(nèi)受彎的工字形截面構(gòu)件，按下式驗算整體穩(wěn)定：Mx/(ψb·Wx)＋Mx/(γy·Wy)≤fMx、My為按受壓纖維確定的對x軸和y軸的毛截面抵抗矩。ψb為按在最大剛度主平面內(nèi)彎曲所確定的整體穩(wěn)定性系數(shù)。五、加強整體穩(wěn)定性的措施在實際工程中，為保證梁的整體穩(wěn)定，應(yīng)提高梁的側(cè)向抗彎能力和抗扭能力，采取可靠措施。梁的整體穩(wěn)定得到保證，可不必驗算的具體措施見前貼。【梁的局部穩(wěn)定】一、梁的局部失穩(wěn)現(xiàn)象從組合梁的設(shè)計可知，組合梁采用的鋼板都比較薄，薄板在壓應(yīng)力或剪應(yīng)力等外力作用下，有可能部分表面發(fā)生偏離其平面位置的屈曲，使鋼板表面凹凸不平，這種現(xiàn)象稱為梁的局部失穩(wěn)。具體地說當上翼緣的寬厚比過大，在彎曲壓應(yīng)力作用下，有可能發(fā)生局部失穩(wěn)；當腹板的高厚比過大，在剪應(yīng)力、彎曲壓應(yīng)力或局部壓應(yīng)力作用下，或在各種應(yīng)力聯(lián)合作用下，也有可能發(fā)生局部失穩(wěn)。普通軋制型鋼梁的規(guī)格尺寸，能夠滿足局部穩(wěn)定要求，不會發(fā)生局部失穩(wěn)現(xiàn)象可不考慮。梁發(fā)生局部失穩(wěn)后，對梁的剛度、強度和整體穩(wěn)定都有一定影響，但不會完全失去承載力，在設(shè)計時還可以利用屈曲后強度。為防止出現(xiàn)局部失穩(wěn)現(xiàn)象，應(yīng)通過理論分析求得翼緣及腹板在不同應(yīng)力作用下發(fā)生屈曲的臨界條件，從而得到翼緣的寬厚比限值及腹板的高厚比限值，此外，為保證腹板的局部穩(wěn)定還應(yīng)考慮設(shè)置加勁肋等措施。二、翼緣的局部穩(wěn)定梁的上翼緣在彎曲壓應(yīng)力的作用下，與軸心受壓構(gòu)件相似，可按縱向受壓板計算。當翼緣板縱向受壓處于彈塑性狀態(tài)時，彈性模量應(yīng)取切線模量Et＝ηE，而翼緣板的橫向彈性模量仍為E，此時的板屬于正交異性板，翼緣板的臨界應(yīng)力應(yīng)乘以相應(yīng)系數(shù)。三、腹板的局部穩(wěn)定腹板的受力情況按其所在部位不同。對簡支梁來說，兩端部位一般以承受剪應(yīng)力τ為主；跨中部位以承受彎曲壓應(yīng)力σ為主；當梁上有較大集中力荷載作用時，還同時承受局部壓應(yīng)力σc；對跨中任一部位來說均有相應(yīng)部位的τ、σ或σc等幾種應(yīng)力的聯(lián)合作用。由于腹板的長度a很大，為保證其局部穩(wěn)定，常采用加勁肋，使之分隔為若干區(qū)段，各區(qū)段四周，上下有翼緣板、左右有加勁肋支撐，可提高腹板的臨界應(yīng)力，增強穩(wěn)定性。現(xiàn)分別說明在各種應(yīng)力單獨作用下，腹板發(fā)生屈曲的臨界條件和高厚比限值，以及在各種應(yīng)力聯(lián)合作用下的臨界條件：㈠、在彎曲正應(yīng)力作用下梁截面在彎曲應(yīng)力作用下，在中和軸以上腹板受彎壓應(yīng)力作用下，當腹板高厚比較大時，此受壓區(qū)域有可能發(fā)生局部失穩(wěn)。這種純彎屈曲，沿高度方向呈一個半波，沿梁長度方向呈多個半波的凹凸形。㈡、在剪力作用下腹板在純剪切作用下屈曲時，將產(chǎn)生約45°的波形凹凸，這主要是由于腹板內(nèi)沿45°方向的主壓應(yīng)力作用形成。為保證腹板的局部穩(wěn)定，要求臨界應(yīng)力τcr不低于剪切屈服點fvy，對臨界應(yīng)力的計算公式是按彈性理論分析的，如腹板所受剪應(yīng)力已起過剪切比例極限τp，處于彈塑性階段工作，應(yīng)屬于彈塑性屈曲，此時臨界應(yīng)力可改下式計算：τcr,ep＝√(τcr×τp)公式中剪切比例極限τp=0.8fyv=0.8fy/√3；fyv為剪切屈服點。㈢、在局部壓應(yīng)力作用下梁上有較大的集中荷載作用而無支承加勁肋時，或有移動集中荷載作用時，腹板上邊緣承受局部壓應(yīng)力，有可能發(fā)生局部失穩(wěn)。為此，應(yīng)限制腹板高厚比。腹板上邊緣受橫向壓應(yīng)力，腹板兩側(cè)有向上剪應(yīng)力與之平衡。㈣、在各種應(yīng)力共同作用下梁的腹板長處于幾種應(yīng)力共同作用，此時臨界條件，可以用相關(guān)方程形式表示。1、在彎曲壓應(yīng)力σ、剪應(yīng)力τ和局部壓應(yīng)力σc共同作用下：√{[(σ/σcr)(σc/σc,cr)]2(τ/τcr)2}≤1；2、在兩側(cè)面和上下邊緣分別有均勻壓應(yīng)力σ和σc、四周有剪應(yīng)力τ共同作用下：{(σ/σcr)(σc/σc,cr)(τ/τcr)2}≤1。四、腹板加勁肋設(shè)計㈠、加勁肋的設(shè)置；㈡、加勁肋間距計算；㈢、加勁肋構(gòu)造要求；㈣、支承加勁肋計算。（加勁肋設(shè)計見相關(guān)書籍及前帖）高強螺栓連接和普通螺栓連接的主要區(qū)別是：普通螺栓扭緊螺帽時螺栓產(chǎn)生的預(yù)拉力很小，由板面擠壓力產(chǎn)生的摩擦力可以忽略不計。普通螺栓連接抗剪時依靠孔壁承壓和栓桿抗剪來傳力。高強度螺栓除了其材料強度高之外，施工時還給螺栓桿施加很大的預(yù)拉力，使被連接構(gòu)件的連接面之間產(chǎn)生擠壓力，因此板面之間垂直于螺栓桿方向受剪時有很大的摩擦力。依靠接觸面間的摩擦力來阻止其相互滑移以達到傳遞外力的目的，因而變形較小。高強螺栓抗剪連接分為摩擦型連接和承壓型連接。摩擦型連接以滑移作為承載能力極限狀態(tài)；承壓型連接以孔壁承壓和螺栓抗剪的連接破壞作為極限狀態(tài)。摩擦型高強螺栓連接只利用摩擦傳力，連接緊密、變形小、受力可靠，故可用于動力荷載作用下的可靠連接；承壓型高強螺栓的抗剪承載力比摩擦型高可節(jié)約螺栓，但變形比摩擦型要大，受力可靠性比摩擦型差，故不可用于動力荷載結(jié)構(gòu)，摩擦型的其它優(yōu)點仍保持?？傊耗Σ列透邚娐菟ㄖ灰揽勘贿B接板件間強大的摩擦力來傳遞剪力的高強度螺栓（在結(jié)構(gòu)的整個使用期摩擦力不被超過，被連接件不會發(fā)生相對滑移，以摩擦力剛被克服作為連接承載力的極限狀態(tài)）；承壓型高強螺栓依靠被連接板件間的摩擦力和栓桿共同傳力的高強螺栓（剪力超過摩擦力時，構(gòu)件間發(fā)生相對剪切滑移，螺桿與孔壁接觸，以桿身剪切破壞或桿身與板件孔壁承壓破壞作為極限狀態(tài)），后期受力與普通螺栓類似。軸心受力構(gòu)件歸納【軸心受力構(gòu)件的強度和剛度】設(shè)計軸心受力構(gòu)件時，應(yīng)同時滿足承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)兩方面要求。對軸心受拉構(gòu)件，承載力極限狀態(tài)只包括強度計算；對軸心受壓構(gòu)件，承載能力極限狀態(tài)包括：強度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定（格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件還有單肢穩(wěn)定）等計算。無論是軸心受拉還是軸心受壓構(gòu)件在正常使用極限狀態(tài)方面，都只有剛度計算，而它們的剛度是用構(gòu)件的長細比來衡量的。一、軸心受力構(gòu)件的強度建筑鋼材可以看成理想的彈塑性體，當軸心受力構(gòu)件毛截面平均應(yīng)力達到屈服強度時，由于塑性變形的發(fā)展，構(gòu)件將產(chǎn)生過大的不適于繼續(xù)承載的變形，因此毛截面平均應(yīng)力不應(yīng)超過屈服強度。對有孔洞削弱的構(gòu)件，在彈性工作階段，應(yīng)力集中使孔洞側(cè)壁處產(chǎn)生高峰應(yīng)力，但由于建筑鋼材的塑性較好，一旦高峰應(yīng)力達到屈服強度，該處的應(yīng)力就會保持不變而繼續(xù)發(fā)展塑性變形，最后凈截面上的應(yīng)力可以均勻地達到屈服強度（應(yīng)力逐漸趨于均勻）。不過凈截面屈服時，整個構(gòu)件的變形并不大。因此，對有孔洞削弱的構(gòu)件以凈截面的平均應(yīng)力達到屈服強度作為強度承載力極限。從而得到軸心受力構(gòu)件的強度公式為：N/An≤f。二、軸心受力構(gòu)件的剛度按正常使用極限狀態(tài)的要求，軸心受力構(gòu)件應(yīng)具有必要的剛度。由材料力學可知，構(gòu)件的長細比越大，表明構(gòu)件越易產(chǎn)生彎曲形變，即構(gòu)件的剛度越小。反之，長細比越小，構(gòu)件剛度越大。因而鋼結(jié)構(gòu)中用長細比作為衡量受拉和受壓構(gòu)件剛度的指標。長細比過大的構(gòu)件在運輸、安裝過程中容易產(chǎn)生彎曲變形，在使用過程中會由于自重而產(chǎn)生過大撓曲，承受動力荷載時會產(chǎn)生劇烈的振動。特別是受壓構(gòu)件，當長細比太大時會嚴重降低構(gòu)件的穩(wěn)定承載力。因此應(yīng)限制構(gòu)件的長細比，而且對受壓構(gòu)件長細比的限制更為嚴格。設(shè)計時應(yīng)使構(gòu)件對（繞）截面兩個主軸的長細比同時滿足：λx＝Lox/ix≤[λ]；λy＝Loy/iy≤[λ]?！据S心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定】對軸心受力構(gòu)件，除應(yīng)進行強度和剛度計算外，還應(yīng)進行整體穩(wěn)定性計算，而且其承載力多數(shù)由整體穩(wěn)定性控制。軸心受壓構(gòu)件喪失整體穩(wěn)定常常是突然發(fā)生的，因此應(yīng)盡量避免。一、理想軸心壓桿的整體穩(wěn)定分析理想軸心壓桿是指受荷前完全平直、橫截面沿桿長均勻且無初始應(yīng)力、荷載準確地沿桿件軸線作用的壓桿。實際工程中并不存在這種理想的軸心壓桿，但是通過它的整體穩(wěn)定工作性有助于對整體穩(wěn)定概念的理解。1、彈性彎曲屈曲a、彎曲屈曲；b、扭轉(zhuǎn)屈曲；c、彎扭屈曲。細長理想軸心壓桿彎曲屈曲臨界力，可由歐拉公式得出：Ncr＝π2EI/Lo2＝π2EI/(μL)2將臨界力Ncr除以構(gòu)件的毛截面面積得到歐拉臨界應(yīng)力σcr：σcr＝Ncr/A＝π2EI/ALo2＝π2E/λ2。2、彈塑性彎曲屈曲歐拉公式只適用于臨界應(yīng)力σcr≤fp(比例極限)的情況。當σcr＞fp時，桿件在材料的彈塑性工作區(qū)段屈曲，此時應(yīng)采用切線模量理論計算臨界應(yīng)力（與試驗結(jié)果更吻合）。公式為：σcr＝π2Et/λ2Et為構(gòu)件所用材料的應(yīng)力－應(yīng)變曲線上與σcr對應(yīng)點切線的斜率dσ/dε＝Et，即切線模量。構(gòu)件截面有兩根主形心軸，因而彎曲失穩(wěn)分別繞二主軸發(fā)生。當構(gòu)件截面繞x軸轉(zhuǎn)動彎曲失穩(wěn)時，臨界應(yīng)力：σcr,x＝π2E/λ2x；當構(gòu)件截面繞y軸轉(zhuǎn)動彎曲失穩(wěn)時，臨界應(yīng)力：σcr,y＝π2E/λ2y。在穩(wěn)定性設(shè)計時，應(yīng)使λx≈λy，則σcr,x≈σcr,y；表明構(gòu)件繞二主軸的臨界力相等，稱為對（繞）二主軸等穩(wěn)定。對理想軸心壓桿，只要λx=λx就可以做到等穩(wěn)定，但實際實際二軸的穩(wěn)定承載力卻不一定相等。實際等穩(wěn)定的條件是ψx=ψx。二、實際軸心受壓柱整體穩(wěn)定分析實際工程中理想的軸壓桿并不存在，這是由于實際構(gòu)件中存在殘余應(yīng)力，構(gòu)件軸線存在初始彎曲和荷載作用點的初始偏心。這些因素都影響著構(gòu)件的工作，降低構(gòu)件的穩(wěn)定承載力。1、殘余應(yīng)力對整體穩(wěn)定的影響殘余應(yīng)力是鋼材或構(gòu)件未承受荷載時就已存在的自內(nèi)力，與焊接殘余應(yīng)力一樣。對構(gòu)件的靜力強度承載力無影響，但它影響受壓構(gòu)件的穩(wěn)定承載力。2、初彎曲和初偏心的影響實際的軸心受壓構(gòu)件在制造、運輸和安裝過程中，不可避免的會產(chǎn)生構(gòu)件軸線的微小初始彎曲，作用在構(gòu)件端部的軸心壓力也會由于節(jié)點構(gòu)造和構(gòu)件截面偏差等原因而偏離截面形心，形成荷載的初始偏心。初彎曲和初偏心都是軸壓構(gòu)件缺陷，都會降低軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定承載力。三、軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計算由于工程上采用的軸心受壓構(gòu)件都存在不同程度意義上的初彎曲、初偏心和殘余應(yīng)力，它們會降低構(gòu)件的穩(wěn)定承載力。因此，規(guī)范采用極限強度理論的數(shù)值積分法計算軸心受壓構(gòu)件的臨界應(yīng)力σu＝Nu/A。計算中考慮桿長千分之一的初始撓度（施工規(guī)范的最大允許值）計入殘余應(yīng)力影響，忽略了對較長柱影響較小的荷載初偏心，且忽略荷載的初偏心也是較合理的。保證軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定的條件是：N/A≤σu/γR=(σu/fy)·(fy/γR)=ψf上式的習慣形式，即規(guī)范中軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定的設(shè)計公式為：N/(ψ×A)≤f【實腹式軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定】一、概述如果組成實腹式軸心受壓構(gòu)件，如工字形、箱型截面構(gòu)件的某些板件過薄，過薄的板件在均勻壓力作用下就可能過早的偏離其平面的平衡位置而發(fā)生屈曲。由于失穩(wěn)的板件是構(gòu)件的某一部分，故稱為構(gòu)件喪失局部穩(wěn)定性，局部失穩(wěn)的軸心受壓構(gòu)件雖仍可能保持著承載能力。但由于某板件屈曲退出工作，有效承載面積減小，有時還會使截面變得不對稱，因此可能促使構(gòu)件較早地破壞。所以設(shè)計時尚應(yīng)保證板件的穩(wěn)定性，它仍屬于承載能力極限狀態(tài)問題。二、局部穩(wěn)定計算~板件的寬（高）厚比限值規(guī)范對軸壓構(gòu)件用限制板件的寬（高）厚比數(shù)值的方法來保證板件的穩(wěn)定性。板件的寬（高）厚比限值是根據(jù)板件的臨界應(yīng)力與b類截面柱整體穩(wěn)定臨界應(yīng)力相等的等穩(wěn)定原則確定的。『重要概念χ：彈性嵌固系數(shù)』1、工字形截面Ⅰ）腹板的高厚比限值；Ⅱ）翼緣的寬厚比限值。2、箱型截面箱型截面的腹板及腹板之間的翼緣板，受力情況與工字形截面的腹板相同，只是在截面轉(zhuǎn)角處通常用一條焊縫相連，可認為翼緣與腹板間彼此無彈性約束作用。3、T形截面T形截面的腹板和翼緣板均屬于三邊簡支、一邊自由均勻壓力平行于自由邊的板，其寬厚比限值應(yīng)滿足相應(yīng)限值。在設(shè)計中對各種截面的翼緣板因其遠離截面的主形心軸，對提高構(gòu)件整體穩(wěn)定承載力作用很大，因而應(yīng)采用增大翼緣板厚度的辦法，使翼緣寬厚比滿足相應(yīng)寬厚比限值要求。而對于工字形截面和箱型截面的腹板，當截面高度較大時，若仍使其高厚比滿足相應(yīng)寬厚比限值要求，腹板就會太厚而不經(jīng)濟。此時可采用下述辦法來解決：在腹板中部設(shè)置縱向加勁肋，此時腹板計算高度由未設(shè)置加勁肋時的ho變?yōu)閔o/2。此時，腹板的臨界應(yīng)力比未設(shè)置加勁肋提高了三倍。設(shè)置縱向加勁肋后，翼緣與縱向加勁肋之間腹板的高厚比也應(yīng)滿足相應(yīng)寬厚比的限值要求?？v向加勁肋宜在腹板兩側(cè)成對設(shè)置，其一側(cè)外伸寬度bz不應(yīng)小于10tw，厚度tz不應(yīng)小于0.75tw。設(shè)置縱向加勁肋的方法一般不經(jīng)濟。（聽任腹板屈曲，而采用翼緣兩側(cè)各為20tw√（235/fy）寬度范圍內(nèi)的腹板〖即有效截面〗參與截面的強度和整體穩(wěn)定性驗算『這是由于腹板受到兩側(cè)翼緣的約束作用，在屈曲后仍能承受更大的荷載，稱為屈曲后強度?！坏谟嬎阏w穩(wěn)定系數(shù)ψ時仍采用全部腹板面積。）對于熱軋型鋼截面（如工字鋼、H型鋼、T型鋼、槽鋼、角鋼等），由于其翼緣和腹板都較厚，一般都滿足局部穩(wěn)定的要求，故可不必進行局部穩(wěn)定驗算。軸心受壓構(gòu)件設(shè)計總結(jié)【實腹式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計】一、截面型式實腹式軸心受壓構(gòu)件宜選用雙軸對稱截面。因為單軸對稱截面往往有彎扭屈曲的問題，用料很不經(jīng)濟。確定截面型式和各部分尺寸時，為了用料經(jīng)濟，應(yīng)使截面的輪廓盡可能（指滿足局部穩(wěn)定要求）寬展而薄壁，以增大截面的回轉(zhuǎn)半徑，提高整體穩(wěn)定承載力和剛度。同時，還應(yīng)做到對兩個主軸的穩(wěn)定系數(shù)相等（二主軸等穩(wěn)定）。由于同一截面對兩個主軸可能不屬于同一類截面，因而盡管λx＝λy，但ψx和ψy不一定相等，然而二者相差并不大。設(shè)計時可以利用λx＝λy作為考慮等穩(wěn)定的因素。在截面選取時，除考慮用料經(jīng)濟外，還要力求構(gòu)造簡單，制造省工，便于和其它構(gòu)件連接和易于取材。直接采用工字型鋼，雖然制造省工，但由于腹板較厚，且對兩個主軸的回轉(zhuǎn)半徑相差較大，故宜用于兩個方向計算長度不相等且荷載較小的結(jié)構(gòu)中。軋制寬翼緣工字鋼（即H型鋼），具有制造省工的優(yōu)點，且腹板厚度較翼緣厚度小很多。其中截面高度與寬度相同的型號，對強軸的回轉(zhuǎn)半徑約是對弱軸回轉(zhuǎn)半徑的二倍。因此，對于柱長中點有一側(cè)向支承的獨立柱，寬翼緣工字鋼將是最理想的截面型式。鋼板焊成的組合工字行截面，是應(yīng)用最為廣泛的截面型式。這種截面腹板可以根據(jù)局部穩(wěn)定要求，采用較薄的鋼板，截面較為合理，且便于制造。但為便于翼緣與腹板之間的施焊，一般截面高度需取約等于翼緣寬度。根據(jù)輪廓尺寸與回旋半徑的近似關(guān)系：ix≈0.43h;iy≈0.24b.在兩個方向的計算長度相等時合理的截面尺寸應(yīng)為b≈2h。但由于采用h≈b(其截面ix≈2iy)所以也只有在側(cè)向有一支撐點時才能達到等穩(wěn)定的目的。焊接箱型截面，在兩個方向的回轉(zhuǎn)半徑接近或相等，抗扭剛度大。但不便于與其它構(gòu)件連接，只用作高大的承重柱。此外，還有單角鋼、雙角鋼及圓鋼管，多用于塔架、桁架和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。二、截面選擇步驟在確定了鋼號、軸心壓力設(shè)計值、兩個方向的計算長度Lox,Loy以及截面型式后，可按下列步驟設(shè)計截面尺寸。㈠、試選截面1、假定長細比，根據(jù)截面類別查出ψx、ψy，取ψmin按下式計算需要的截面面積和回轉(zhuǎn)半徑：Ar＝N/(ψmin×f)ixr＝Lox/λiyr＝Loy/λ2、確定型鋼型號或選配截面各板件尺寸⑴對型鋼截面以Ar、ixr及iyr查型鋼表，選取合適的型鋼號并進行截面驗算。⑵對組合截面Ⅰ）根據(jù)回轉(zhuǎn)半徑的近似值，決定需要的截面高度hr和寬度br：hr＝ixr/α1br＝iyr/α2Ⅱ）按Ar、hr及br確定截面各板件尺寸。在確定各板件尺寸時，對工字形截面宜取h≈b以便施焊；為用料合理，宜取tw＝(0.4~0.7)t，但不小于6mm；ho和b宜取10mm的倍數(shù)，t和tw宜取2mm的倍數(shù)。在確定各板件尺寸過程中，由Ar、hr、br確定的翼緣和腹板太厚，說明假定的λ過大，從而使截面過分集中。此時可直接加大h、b，適當減小截面A，或重設(shè)λ；反之，若翼緣和腹板太薄，說明假定的λ過小，造成截面過分開展，此時可適當減小h、b并加大截面A或重設(shè)λ。㈡、截面驗算確定截面后應(yīng)進行如下驗算：1、強度N/An≤f;當截面無孔洞等削弱時，可不進行強度驗算。2、整體穩(wěn)定性N/(ψmin×A)≤f；同時滿足兩主軸穩(wěn)定。3、局部穩(wěn)定對型鋼截面一般可不進行局部穩(wěn)定驗算。4、剛度λx≤[λ]和λy≤[λ]。強度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定都屬于承載能力極限狀態(tài)的驗算；剛度屬于正常使用極限狀態(tài)的驗算。實腹式軸心受壓構(gòu)件翼緣與腹板間的縱向連接焊縫，只承受由初彎曲、初偏心和偶然橫向力作用等產(chǎn)生的很小剪力。因此不必計算而按構(gòu)造要求采用hf＝（4~8）mm。當腹板計算高厚比ho/tw＞80時，為防止腹板在施工和使用中發(fā)生鼓曲變形，應(yīng)設(shè)置橫向加勁肋，其間距不得大于3ho。當設(shè)置縱向加勁肋加強腹板時，應(yīng)在在縱橫向加勁肋相交處將縱向加勁肋斷開，以橫向加勁肋作為縱向加勁肋的支撐點，同時可避免兩個方向的焊縫交叉。對于大型實腹柱，為增加其抗扭剛度，避免在運輸安裝過程中產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，應(yīng)設(shè)置橫隔。橫隔的間距不得大于柱截面較大寬度的9倍或8米，且運送單元的兩端均應(yīng)設(shè)置橫隔。另外，在受有較大水平力處亦應(yīng)設(shè)置，以避免產(chǎn)生局部變形。橫隔與橫向加勁肋的區(qū)別在于：橫隔幾乎鋪滿全截面，而橫向加勁肋通常較窄?！靖駱?gòu)式軸心受壓構(gòu)件設(shè)計】格構(gòu)柱由肢件（柱肢）以及把肢件連成整體的綴材（綴條或綴板）所組成。肢件通常采用二個槽鋼或工字鋼。以槽鋼作柱肢時，槽鋼翼緣可以向截面外，也可以向截面內(nèi)放置。以翼緣向內(nèi)最為常用，這樣可以有一個平整的外表面，而且與翼緣向外相比，在輪廓尺寸相同的情況下，前者可以獲得較大的截面慣性矩。在受力很大的柱中，肢件有時采用焊接組合工字形截面。對長度較大而受力不大的柱，肢件可以采用四個角鋼或三根鋼管。格構(gòu)柱可以用調(diào)整肢件間距方法實現(xiàn)等穩(wěn)定性。綴材有綴條和綴板兩種。一般采用單角鋼作綴條，綴板采用鋼板制作。綴條體系可全部以斜綴條組成，也可由橫綴條和斜綴條共同組成。采用綴條連接肢件時稱為綴條柱；采用綴板連接肢件時稱為綴板柱。常見格構(gòu)柱：雙肢綴條柱、雙肢綴板柱、四肢柱、三肢柱。實軸：格構(gòu)柱橫截面上通過肢件腹板的主形心軸稱為實軸，用y~y表示；虛軸：格構(gòu)柱橫截面上通過肢件之間空隙的主形心軸稱為虛軸，用x~x表示。軸壓格構(gòu)柱的設(shè)計需要考慮：強度、整體穩(wěn)定、單肢穩(wěn)定、剛度、綴條及綴板的計算等問題。一、強度軸壓格構(gòu)柱的強度計算與實腹式軸壓柱相同，即：N/An≤f式中An為柱肢的凈截面面積之和（不應(yīng)計入綴條和綴板的面積）。當柱截面無削弱時不必進行強度計算。二、整體穩(wěn)定1、對實軸y~y（繞y~y軸）的計算格構(gòu)柱繞實軸y失穩(wěn)的情況，其穩(wěn)定計算與實腹柱計算相同。N/(ψy×A)≤fψy為由構(gòu)件對y軸的長細比λy查得的軸壓構(gòu)件穩(wěn)定性系數(shù)。A為柱肢的毛截面面積之和。2、對虛軸x~x（繞x~x軸）的計算格構(gòu)柱繞虛軸x失穩(wěn)的情況與實腹柱的計算不同。（原因是：格構(gòu)柱的柱肢間僅由間隔的綴材相連，柱繞虛軸x彎曲時產(chǎn)生的剪力只能由柔弱的綴材承擔，因而剪切變形較大。構(gòu)件由剪切變形產(chǎn)生的較大附加撓度使其繞虛軸的臨界力降低較多，不可忽略。實腹柱的腹板是連續(xù)的鋼板，構(gòu)件截面抗剪剛度大，剪切變形對構(gòu)件臨界力的影響很小，可忽略不計。）為簡化計算，格構(gòu)柱設(shè)計中采用加大對虛軸長細比的方法來考慮剪切變形使臨界力降低的不利影響。加大后的長細比稱為換算長細比，用λox表示。用λox設(shè)計時，對虛軸x穩(wěn)定的計算式仍為：N/(ψx×A)≤fψx為用換算長細比λox查得的軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定性系數(shù)。（換算長細比計算見其它資料）三、單肢穩(wěn)定性格構(gòu)柱的每個單肢也是實腹式受壓構(gòu)件，單肢在每個綴條或綴板之間的部分在壓力作用下也可能喪失穩(wěn)定性。設(shè)計時應(yīng)保證單肢不早于整體失穩(wěn)。（單肢的長細比λ1，保證單肢穩(wěn)定的條件見規(guī)范）考慮到綴板柱除可能因幾何缺陷使單肢的壓力不等外，單肢還承擔由剪力引起的局部彎矩作用，因此對其單肢長細比的要求比對綴條柱更嚴格。計算時，λmax取λox與λy的較大值。λ1＝Lo1/i1，Lo1為單肢計算長度。對綴條柱取相鄰綴條節(jié)點中心線間的距離；對焊接綴板柱取相鄰兩綴板間的凈距離；螺栓連接柱取相鄰兩綴板邊緣螺栓的距離；i1為單肢對自身平行于虛軸的單肢形心軸的回轉(zhuǎn)半徑。四、綴材計算㈠、格構(gòu)式壓桿的剪力軸壓格構(gòu)柱由于初彎曲等缺陷或達臨界狀態(tài)的彎曲時，各截面將產(chǎn)生剪力，此剪力由綴材承擔。因此，在計算綴材前需先確定構(gòu)件截面剪力。㈡、綴材設(shè)計1、綴條計算分析綴條內(nèi)力時，將每個綴材面作為節(jié)點鉸接的平行弦桁架，綴條則是該桁架的腹桿。一個綴材面承受剪力V1＝V/2的作用，根據(jù)結(jié)構(gòu)力學分析桁架內(nèi)力。Nt＝V1/cosα由于剪力的方向取決于柱彎曲的方向，所以斜綴條在實際工作中既可受壓，也可受拉。為安全計，常按軸心壓桿計算。但綴條一般采用單角鋼且以一面與柱肢連接，實為偏心受力，故將鋼材和連接材料強度的設(shè)計值進行折減。不論斜綴條還是橫綴條都應(yīng)滿足容許長細比的要求，即λ≤[λ]＝150。2、綴板計算⑴綴板內(nèi)力一個綴材面承受相應(yīng)的剪力V1＝V/2的作用。在分析綴板內(nèi)力時，把每個綴材面看作單跨的多層剛架，并假定變形時以綴板中點及綴板之間各柱肢的中點為反彎點進行內(nèi)力分析。⑵綴板的構(gòu)造要求綴板應(yīng)滿足剛度要求。規(guī)范規(guī)定：綴板柱中，同一截面處綴板的線剛度之和不得小于柱較大分肢線剛度的6倍。五、剛度格構(gòu)柱的λy、λox及綴條長細比均不應(yīng)大于150，以滿足剛度要求。六、橫隔與大型實腹柱一樣，為了提高構(gòu)件的抗扭剛度，避免在運輸和安裝過程中產(chǎn)生幾何形狀的改變，以及傳遞必要的內(nèi)力。格構(gòu)柱也應(yīng)在承受較大水平力處和運送單元的兩端設(shè)置橫隔，其間距不得大于柱截面最大寬度的9倍或8米。橫隔可用鋼板或交叉角鋼組成。七、構(gòu)件截面設(shè)計格構(gòu)柱對截面二主軸x和y均為b類截面。因而，只需使λy＝λox，便可獲得相等的ψx和ψy，做到二主軸等穩(wěn)定設(shè)計。另外，雙肢柱整個截面對y軸的回轉(zhuǎn)半徑iy，與其中一個單肢截面對y1軸（y1軸與y軸重合）的回轉(zhuǎn)半徑iy1相等。在確定了軸心壓力設(shè)計值N，兩個方向的計算長度Lox、Loy和鋼號，以及截面型式（中小型柱可采用綴條柱或綴板柱，大型柱宜采用綴條柱）后，可按下列步驟進行設(shè)計。1、按對實軸y的穩(wěn)定性要求選定單肢截面⑴假定長細比λy，查出ψy，并計算需要的截面面積對實軸的回轉(zhuǎn)半徑。Ar＝N/(ψ×yf)iyr＝Loy/λy⑵按Ar/z和iy由型鋼表選取合適的型鋼規(guī)格，并進行對y軸的整體穩(wěn)定及剛度驗算。2、對虛軸x根據(jù)等穩(wěn)定性要求確定柱肢間距b⑴、根據(jù)等穩(wěn)定要求λox＝λy求需要的長細比λx；⑵、由需要的長細比λx求需要的回轉(zhuǎn)半徑ixr，并根據(jù)輪廓尺寸與回轉(zhuǎn)半徑的關(guān)系確定需要的截面寬度brixr＝Lox/λxbr＝ixr/α2⑶、按確定的b，對虛軸x驗算整體穩(wěn)定及剛度。3、截面有削弱時應(yīng)進行強度驗算4、綴材設(shè)計與單肢穩(wěn)定性驗算綴材設(shè)計一般不應(yīng)影響截面選擇結(jié)果。如實取的綴條角鋼面積小于初估截面A1x，應(yīng)對虛軸穩(wěn)定性重新驗算。布置綴條或綴板時應(yīng)注意使單肢的長細比λ1滿足要求，同時綴條的長細比不應(yīng)大于150。拉彎和壓彎構(gòu)件歸納【拉彎和壓彎構(gòu)件的強度及剛度】一、拉彎和壓彎構(gòu)件的強度在靜力荷載作用下，實腹式拉彎構(gòu)件和整體穩(wěn)定及局部穩(wěn)定均有保證的實腹式壓彎構(gòu)件，均以受力最不利截面出現(xiàn)塑性鉸達到強度承載力的極限狀態(tài)。實際設(shè)計時，為避免截面塑性區(qū)發(fā)展過大導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生過大的變形，影響正常使用。拉彎與壓彎構(gòu)件一樣，采用γxWnx替代計算中的塑性抵抗矩Wnp。引入抗力分項系數(shù)，得到承受靜力荷載或間接承受動力荷載的拉、壓彎構(gòu)件的強度計算公式：N/An±Mx/(γxWnx)±My/(γyWny)≤f因軸向拉力的作用會使構(gòu)件由橫向荷載產(chǎn)生的彎曲變形較小，故用公式計算拉彎構(gòu)件更偏于安全。上式同樣適用于格構(gòu)拉、壓彎構(gòu)件的強度計算。但當彎矩作用在與綴材面平行的主平面時，由于截面內(nèi)部中空，不應(yīng)考慮截面塑性發(fā)展，取γx＝1.0。對直接承受動力荷載作用的拉、壓彎構(gòu)件仍用上式計算強度，但不考慮截面塑性發(fā)展，取塑性發(fā)展系數(shù)γx＝γy＝1.0。二、拉彎和壓彎構(gòu)件的剛度與軸心受力構(gòu)件一樣，拉、壓構(gòu)件的剛度也用長細比衡量：λx≤[λ]λy≤[λ]三、拉彎構(gòu)件設(shè)計設(shè)計拉彎構(gòu)件時，應(yīng)同時滿足承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)兩方面的要求。在承載力極限狀態(tài)方面，只需進行強度計算；在正常使用極限狀態(tài)方面則只需滿足剛度要求。對拉彎構(gòu)件的承載能力極限狀態(tài)只規(guī)定進行強度計算，但會出現(xiàn)這樣的問題：在軸心拉力很小而彎矩相對很大時，在截面一側(cè)出現(xiàn)的壓應(yīng)力可能導(dǎo)致像梁一樣產(chǎn)生側(cè)向彎扭屈曲。因此，在構(gòu)件一側(cè)出現(xiàn)壓應(yīng)力的情況下，計算受拉一側(cè)的強度外，建議再按下式計算構(gòu)件整體穩(wěn)定性：—N/A＋Mx/Wx≤ψb×f【實腹式壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定性】實腹式壓彎構(gòu)件除應(yīng)進行強度和剛度計算外，還應(yīng)作整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定計算。一、實腹式壓彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定性壓彎構(gòu)件所承受的彎矩應(yīng)作用在截面的對稱平面內(nèi)，對于雙向彎曲的壓彎構(gòu)件應(yīng)采用雙軸對稱的工字形截面或箱型截面。㈠、喪失整體穩(wěn)定的形式以工字形偏心受壓構(gòu)件來看壓彎構(gòu)件的失穩(wěn)形式。偏心壓力N作用在構(gòu)件的最大剛度平面內(nèi)，即腹板平面內(nèi)，N對構(gòu)件產(chǎn)生的彎矩自然也作用在腹板平面內(nèi)，故將腹板平面稱為彎矩作用平面。隨著偏心壓力N的增加，構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)繞x軸彎曲。當N增大到一定數(shù)值時，構(gòu)件的撓度υ將會迅速增大而失穩(wěn)破壞。由于這種彎曲失穩(wěn)的撓曲始終發(fā)生在彎矩作用平面內(nèi)，故稱為彎矩作用平面內(nèi)喪失整體穩(wěn)定性，亦稱為平面內(nèi)失穩(wěn)。盡管偏心壓力是作用在構(gòu)件最大剛度平面，即腹板平面內(nèi)的，但是如果構(gòu)件的側(cè)向抗彎剛度EIy較小，且側(cè)向又無足夠的支撐，則當N增大到某一數(shù)值時，構(gòu)件可能在彎矩作用平面內(nèi)失穩(wěn)之前，突然發(fā)生側(cè)向的，沿構(gòu)件截面x軸方向的彎曲，同時伴隨著扭轉(zhuǎn)而喪失穩(wěn)定。因為這種彎扭失穩(wěn)的撓曲方向偏離了彎矩作用平面，故稱為彎矩作用平面外喪失整體穩(wěn)定，亦稱平面外失穩(wěn)。壓彎構(gòu)件通常都是在最大剛度平面內(nèi)承受彎矩作用，因此應(yīng)同時驗算構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)和彎矩作用平面外的整體穩(wěn)定。當彎矩作用在構(gòu)件的最小剛度平面（即翼板平面）內(nèi)時，通常只能在彎矩作用平面內(nèi)喪失整體穩(wěn)定，而不必計算彎矩作用平面外的穩(wěn)定?！核伎荚颍悍堑确€(wěn)定截面，ψx＞ψy?！虎?、彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定1、工作性分析壓彎構(gòu)件的極限承載力Nu與截面型式、長細比λ、偏心率ε(ε＝A·e/W1x)、彎矩沿構(gòu)件長度的分布、彎矩作用方向、幾何缺陷、殘余應(yīng)力及鋼材性能等因素有關(guān)。Nu隨著偏心率ε及長細比λ的增大而減小。在上面各種因素的影響下，臨界狀態(tài)的桿長中點截面的塑性區(qū)分布情況有三種：①僅在受壓一側(cè)出現(xiàn)塑性區(qū)；②在受壓和受拉側(cè)兩側(cè)都出現(xiàn)塑性區(qū)；③僅在受拉側(cè)出現(xiàn)塑性區(qū)，這種情況只可能在單軸對稱截面彎矩作用的對稱平面內(nèi)且使較大翼緣受壓時出現(xiàn)。2、計算分析實腹式壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)穩(wěn)定承載力極限是在N~υ曲線中的極值點對應(yīng)的Nu，并且在計算Nu時，應(yīng)考慮各種不利因素（初彎曲、殘余應(yīng)力）的影響。規(guī)范即以此為依據(jù)，采用N和M的相關(guān)公式來計算彎矩作用平面的整體穩(wěn)定性。計算時的相關(guān)假設(shè)：⑴鋼材為理想彈塑材料；⑵兩端鉸支且兩端作用相等彎矩的偏心壓桿；⑶桿件軸線的撓曲線為半波正弦曲線；⑷構(gòu)件截面在彎曲變形后仍保持平面；⑸構(gòu)件撓度較小，屬于小變形問題；⑹各種初始缺陷用等效偏心距eo考慮；⑺考慮桿件撓曲后撓度υ使彎矩的增大作用。壓彎構(gòu)件的計算與軸心受壓構(gòu)件不同，軸心受壓構(gòu)件若截面無削弱，只要整體穩(wěn)定承載能力滿足要求，強度一定滿足要求，可不必驗算強度。但壓彎構(gòu)件一般除計算整體穩(wěn)定性外，還應(yīng)進行強度計算。（具體公式見規(guī)范＆其它資料）㈢、彎矩作用平面外的穩(wěn)定性彎矩作用在最大剛度平面內(nèi)的壓彎構(gòu)件，一個翼緣受壓最大，另一個翼緣受壓最小，甚至出現(xiàn)拉應(yīng)力。若構(gòu)件的側(cè)向抗彎剛度EIy較小，又無側(cè)向支撐。當荷載增加到某一數(shù)值時，受壓翼緣就會向側(cè)向彎曲并帶動整個截面?zhèn)认驈澢团まD(zhuǎn)，從而引起整個構(gòu)件在彎矩作用平面外的彎扭屈曲。規(guī)范用彈性理論，對兩端為鉸接夾支座的雙軸對稱工字形截面壓彎構(gòu)件在兩端作用等值軸心壓力N和彎矩M進行分析，根據(jù)N和M的關(guān)系得出實腹式壓彎構(gòu)件彎矩作用平面外整體穩(wěn)定計算公式：N/(ψy×A)＋(βtx·Mx)/(ψb×W1x)≤fβtx為等效彎矩系數(shù)?！褐匾拍睿害聇x的含義與取值』此公式雖然由彈性理論對雙軸對稱工字形截面簡化而來。但經(jīng)分析，它仍可用于單軸對稱截面，同時也適用于壓彎構(gòu)件在彈塑性工作范圍的平面外整體失穩(wěn)計算。二、實腹式壓彎構(gòu)件的局部穩(wěn)定實腹式壓彎構(gòu)件中組成截面的某板件如果過薄，則壓應(yīng)力增大到某一數(shù)值時，該板件也會像軸心受壓構(gòu)件和梁中的板件一樣失去穩(wěn)定性，稱為喪失局部穩(wěn)定性。保證構(gòu)件局部穩(wěn)定性的辦法仍是限制組成各板件的寬（高）厚比。㈠、腹板的高厚比限值1、工字形截面實腹式壓彎構(gòu)件的腹板可視為四邊簡支板，兩對邊作用由彎矩和軸心壓力引起的按直線規(guī)律分布的正應(yīng)力，周邊作用均勻分布的剪應(yīng)力，上述應(yīng)力分布規(guī)律，是按彈性理論計算的結(jié)果。然而，由于在壓彎構(gòu)件的強度和整體穩(wěn)定計算中都考慮了截面的塑性發(fā)展，因此腹板也將有不同程度的塑性發(fā)展，在確定其屈曲臨界應(yīng)力時應(yīng)考慮塑性的影響。2、箱型截面箱型截面壓彎構(gòu)件腹板屈曲臨界應(yīng)力的計算與工字形截面相同。但考慮其腹板與翼緣板之間往往采用單面角焊縫連接，腹板的嵌固條件不如工字形截面，而且兩塊腹板的受力狀態(tài)也可能不完全一致。為安全計，規(guī)定：箱型截面腹板的高厚比（ho/tw）應(yīng)對相應(yīng)規(guī)定值進行折減，折減系數(shù)為0.8。當此值小于40√(235/fy)時，取40√(235/fy)。3、T形截面T形截面壓彎構(gòu)件，彎矩作用應(yīng)作用在對稱平面內(nèi)，腹板限值滿足相關(guān)規(guī)定。當工字形和箱型截面壓彎構(gòu)件的截面高度較大，為滿足上述高厚比限值要求，腹板較厚不夠經(jīng)濟，可采用與軸心受壓構(gòu)件相同的解決方法。但在受壓較大翼緣與縱向加勁肋之間的腹板高厚比應(yīng)按壓彎構(gòu)件要求驗算。㈡、翼緣的寬厚比限值壓彎構(gòu)件翼緣板的寬厚比限值與梁相同。工字形和T形截面壓彎構(gòu)件翼緣板自由懸伸部分的寬厚比限值為：b1/t≤15/√(235/fy)b1、t取值與軸心受壓構(gòu)件相同。箱型截面翼緣自由懸伸部分的寬厚比限值也按上式計算。兩腹板之間的翼緣部分的寬厚比限值為：bo/t≤40√(235/fy)與軸心受壓構(gòu)件一樣，對于軋制型鋼（工字鋼、H型鋼、槽鋼、T型鋼、角鋼等），其板件寬厚比相對較小，都能滿足局部穩(wěn)定的要求，不必作局部穩(wěn)定驗算。壓彎構(gòu)件設(shè)計總結(jié)【實腹式壓彎構(gòu)件的截面設(shè)計】一、截面型式及設(shè)計要求壓彎構(gòu)件當彎矩較小或可能承受正、負彎矩而他們的絕對值相差不大時，可采用雙軸對稱截面。當彎矩較大或可能承受的正負彎矩絕對值相差較大時，應(yīng)采用單軸對稱截面，并將較大翼緣置于受壓較大一側(cè)。為取得較好的經(jīng)濟效果，設(shè)計時應(yīng)在滿足局部穩(wěn)定，使用要求和構(gòu)造要求的條件下，使截面輪廓尺寸盡量寬展而壁薄，以獲得較大的截面慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑，充分發(fā)揮材料截面承載的能力。亦應(yīng)做到彎矩作用平面內(nèi)和平面外的整體穩(wěn)定性盡量接近。同時要構(gòu)造簡單，便于施工，易于與其它構(gòu)件連接，易于取材。二、截面設(shè)計方法㈠、初選截面壓彎構(gòu)件的截面尺寸常由整體穩(wěn)定性控制，因整體穩(wěn)定計算公式包含的未知量太多，更難由公式直接決定截面的各部分尺寸。通常是根據(jù)經(jīng)驗或參考已建工程資料，先初步?jīng)Q定截面的形式和截面各部分尺寸，然后進行調(diào)整，直到滿足要求為止。㈡、截面驗算為保證實腹式壓彎構(gòu)件的安全工作，應(yīng)進行下列驗算：1、強度強度按公式：N/An±Mx/(γx×Wnx)≤f進行驗算。一般來說，即使構(gòu)件截面無削弱也應(yīng)進行強度驗算，這是與軸心受壓構(gòu)件不同之處。2、整體穩(wěn)定性包括彎矩作用平面內(nèi)整體穩(wěn)定性和彎矩作用平面外整體穩(wěn)定性驗算。⑴彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性按公式：N/(ψx×A)＋(βmx·Mx)/γxW1x(1－0.8N/Nex)≤f進行驗算。當單軸對稱截面，當彎矩作用在對稱軸平面內(nèi)且使較大翼緣受壓時，按公式：|N/A＋(βmx·Mx)/γx2W2x(1－1.25N/Nex)|≤f進行補充驗算。⑵彎矩作用平面外的整體穩(wěn)定性按公式：N/(ψy×A)＋(βtx·Mx)/(ψb×W1x)≤f進行驗算。3、局部穩(wěn)定應(yīng)分別驗算腹板和翼板的局部穩(wěn)定。腹板高厚比應(yīng)滿足相應(yīng)限值要求，若腹板的高度不滿足限值要求時，除加厚腹板（不經(jīng)濟）外，可考慮采用縱向加勁肋加強腹板或采用有效截面進行強度和整體穩(wěn)定性驗算。壓彎構(gòu)件翼緣板的寬厚比限值與梁相同。工字形、T形和箱型截面的翼緣自由懸伸部分按公式：b1/t≤15/√(235/fy)進行驗算；箱型截面兩腹板之間的翼緣部分按公式：bo/t≤40√(235/fy)進行驗算。4、剛度對構(gòu)件進行長細比的驗算：λ≤[λ]剛度驗算與整體穩(wěn)定性同時進行。強度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定的驗算屬于承載能力極限狀態(tài)驗算；剛度驗算屬于正常使用極限狀態(tài)驗算。三、構(gòu)造要求實腹式壓彎構(gòu)件中板件連接焊縫、橫向加勁肋和橫隔等的構(gòu)造要求均與實腹式軸心受壓構(gòu)件相同?！靖駱?gòu)式壓彎構(gòu)件的設(shè)計】格構(gòu)式壓彎構(gòu)件廣泛用于工業(yè)建筑的框架柱，它比實腹式柱節(jié)省鋼材。因其截面高度較大，柱肢多用綴條。截面選擇原則與實腹式壓彎構(gòu)件相同。格構(gòu)式壓彎構(gòu)件的設(shè)計應(yīng)滿足如下幾方面要求。一、強度按公式：N/An±Mx/(γxWnx)±My/(γyWny)≤f進行計算。但當My＝0，構(gòu)件在N和Mx作用下繞虛軸x單向壓彎時，由于截面內(nèi)部是中空的塑性發(fā)展?jié)摿Σ淮?，取γx＝1.0。二、整體穩(wěn)定性㈠、彎矩作用在虛軸x平面內(nèi)（繞實軸y失穩(wěn)）。計算與實腹柱相同。在彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定按公式：N/(ψx×A)＋(βmx·Mx)/γxW1x(1－0.8N/Nex)≤f計算；平面外的整體穩(wěn)定按公式：N/(ψy×A)＋(βtx·Mx)/(ψb×W1x)≤f計算。但在計算平面外穩(wěn)定性時，長細比應(yīng)取換算長細比，ψb取1.0。㈡、彎矩作用在實軸y平面內(nèi)（繞虛軸x失穩(wěn)）這種受力情況應(yīng)計算構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性和單肢穩(wěn)定性。1、彎矩作用平面內(nèi)整體穩(wěn)定計算當彎矩作用在實軸y平面內(nèi)構(gòu)件繞虛軸x彎曲時，一旦受壓最大肢腹板屈服，構(gòu)件即喪失整體穩(wěn)定。在受壓最大肢的外伸翼緣部分出現(xiàn)塑性