鋼結(jié)構(gòu)上四章軸心受力構(gòu)件PPT課件

1、 1 1、了解、了解“軸心受力構(gòu)件軸心受力構(gòu)件”的應(yīng)用和截面形式；的應(yīng)用和截面形式； 2 2、掌握軸心受拉構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算掌握軸心受拉構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算； 3 3、了解、了解“軸心受壓構(gòu)件軸心受壓構(gòu)件”穩(wěn)定理論的基本概念穩(wěn)定理論的基本概念和分析方法；和分析方法； 4 4、掌握現(xiàn)行規(guī)范關(guān)于掌握現(xiàn)行規(guī)范關(guān)于“軸心受壓構(gòu)件軸心受壓構(gòu)件”設(shè)計(jì)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算方法，重點(diǎn)及難點(diǎn)是構(gòu)件的整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)算方法，重點(diǎn)及難點(diǎn)是構(gòu)件的整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定；定； 5 5、掌握格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)方法。掌握格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)方法。大綱要求第1頁(yè)/共63頁(yè)第四章第四章 軸心受力構(gòu)件軸心受力構(gòu)件圖圖4-1 軸心受力構(gòu)件軸心受力構(gòu)件N

2、N1.1.結(jié)構(gòu)及受力特點(diǎn)結(jié)構(gòu)及受力特點(diǎn)（1 1）作用在構(gòu)件上的荷載是）作用在構(gòu)件上的荷載是 軸心壓力或軸心拉力；軸心壓力或軸心拉力；（2 2）構(gòu)件理想的直桿；）構(gòu)件理想的直桿；4.1 4.1 概述概述第2頁(yè)/共63頁(yè) 主要用于承重結(jié)構(gòu)，如：桁架、網(wǎng)架、塔架和支主要用于承重結(jié)構(gòu)，如：桁架、網(wǎng)架、塔架和支撐結(jié)構(gòu)等。撐結(jié)構(gòu)等。+b) 2. 2.應(yīng)用應(yīng)用第3頁(yè)/共63頁(yè)1.1.桁架桁架2.2.網(wǎng)架網(wǎng)架第4頁(yè)/共63頁(yè)圖圖4-2 4-2 軸心受力構(gòu)件截面形式軸心受力構(gòu)件截面形式a)b) 熱軋型鋼、冷彎薄壁型鋼、實(shí)腹式組合、熱軋型鋼、冷彎薄壁型鋼、實(shí)腹式組合、格構(gòu)式組合。格構(gòu)式組合。3.截面型式第5頁(yè)/共

3、63頁(yè)截面可分為：截面可分為：實(shí)腹式實(shí)腹式和和格構(gòu)式格構(gòu)式兩大類。兩大類。實(shí)腹式截面實(shí)腹式截面第6頁(yè)/共63頁(yè)格構(gòu)式截面格構(gòu)式截面截面由兩個(gè)或多個(gè)型鋼肢件通過(guò)綴材連接而成。截面由兩個(gè)或多個(gè)型鋼肢件通過(guò)綴材連接而成。第7頁(yè)/共63頁(yè)柱 身柱 腳柱 頭l1（ 虛 軸 ）（ 實(shí) 軸 ）(b) 格 構(gòu) 式 柱 （ 綴 板 式 ）柱 身柱 腳(a) 實(shí) 腹 式 柱xyyxxyyx柱 頭綴板l01（ 虛 軸 ）（ 實(shí) 軸 ）(c) 格 構(gòu) 式 柱 （ 綴 條 式 ）yxyxl01=l1綴條實(shí)腹式軸壓柱與格構(gòu)式軸壓柱實(shí)腹式軸壓柱與格構(gòu)式軸壓柱第8頁(yè)/共63頁(yè)4.2 4.2 軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度及剛度軸心受力構(gòu)

4、件的強(qiáng)度及剛度一、強(qiáng)度計(jì)算（承載能力極限狀態(tài)）一、強(qiáng)度計(jì)算（承載能力極限狀態(tài)）N軸心拉力或壓力設(shè)計(jì)值；軸心拉力或壓力設(shè)計(jì)值； An n構(gòu)件的凈截面面積；構(gòu)件的凈截面面積； ff鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。鋼材的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。)14(n fAN 軸心受壓軸心受壓構(gòu)件，當(dāng)構(gòu)件，當(dāng)截面無(wú)削截面無(wú)削弱時(shí)，強(qiáng)弱時(shí)，強(qiáng)度不必計(jì)度不必計(jì)算。算。軸心受力構(gòu)軸心受力構(gòu)件件軸心受拉構(gòu)件軸心受拉構(gòu)件軸心受壓構(gòu)件軸心受壓構(gòu)件強(qiáng)度強(qiáng)度 （承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)）剛度剛度 （正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)）強(qiáng)度強(qiáng)度剛度剛度 （正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)）穩(wěn)定穩(wěn)定（承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)）第9頁(yè)/共

5、63頁(yè)二、軸心受力構(gòu)件的剛度二、軸心受力構(gòu)件的剛度（正常使用極限狀態(tài)）（正常使用極限狀態(tài)）軸心受力構(gòu)件的軸心受力構(gòu)件的剛度剛度是以他的是以他的長(zhǎng)細(xì)比長(zhǎng)細(xì)比來(lái)衡量的來(lái)衡量的 il0式中式中 構(gòu)件最不利方向的長(zhǎng)細(xì)比，一般為構(gòu)件最不利方向的長(zhǎng)細(xì)比，一般為 兩主軸方向長(zhǎng)細(xì)比的較大值兩主軸方向長(zhǎng)細(xì)比的較大值. . x = lox/ ix， y = loy/ iy lo-相應(yīng)方向的構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度相應(yīng)方向的構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度 lo o= =l，為計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，取值如下表為計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，取值如下表 i -相應(yīng)方向的截面回轉(zhuǎn)半徑相應(yīng)方向的截面回轉(zhuǎn)半徑 -受拉或受壓構(gòu)件的容許長(zhǎng)細(xì)比。受拉或受壓構(gòu)件的容許長(zhǎng)細(xì)比。保證構(gòu)件在

6、運(yùn)輸、安裝、使用時(shí)不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大變形。保證構(gòu)件在運(yùn)輸、安裝、使用時(shí)不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大變形。第10頁(yè)/共63頁(yè)第11頁(yè)/共63頁(yè)一、關(guān)于穩(wěn)定問(wèn)題的概述一、關(guān)于穩(wěn)定問(wèn)題的概述(a)穩(wěn)定：擾動(dòng)變形可以恢復(fù)；穩(wěn)定：擾動(dòng)變形可以恢復(fù)；(b)臨界臨界( (中性平衡中性平衡) )：維持?jǐn)_動(dòng)狀態(tài)；：維持?jǐn)_動(dòng)狀態(tài)；(c)不穩(wěn)定：擾動(dòng)變形持續(xù)增加；不穩(wěn)定：擾動(dòng)變形持續(xù)增加；4.3 4.3 實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定定第12頁(yè)/共63頁(yè)第13頁(yè)/共63頁(yè)二、理想軸心受壓構(gòu)件的受力性能二、理想軸心受壓構(gòu)件的受力性能1 1、理想軸心受壓構(gòu)件、理想軸心受壓構(gòu)件桿件本身是絕對(duì)直桿，材料均勻，完全彈性；桿

7、件本身是絕對(duì)直桿，材料均勻，完全彈性；無(wú)荷載偏心，無(wú)初始應(yīng)力，壓力作用線與形心縱軸重合；無(wú)荷載偏心，無(wú)初始應(yīng)力，壓力作用線與形心縱軸重合；2 2、整體失穩(wěn)（屈曲）現(xiàn)象、整體失穩(wěn)（屈曲）現(xiàn)象 軸心壓桿在截面上的平均應(yīng)力低于屈服點(diǎn)的情況下，由于變軸心壓桿在截面上的平均應(yīng)力低于屈服點(diǎn)的情況下，由于變形（可能是形（可能是彎曲彎曲，也可能是，也可能是扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)或或彎扭彎扭）過(guò)大，處于不穩(wěn)定狀態(tài)）過(guò)大，處于不穩(wěn)定狀態(tài)而喪失承載能力。這種現(xiàn)象稱為而喪失承載能力。這種現(xiàn)象稱為整體失穩(wěn)。整體失穩(wěn)。第14頁(yè)/共63頁(yè)3 3、整體失穩(wěn)（屈曲）形式、整體失穩(wěn)（屈曲）形式彎曲失穩(wěn)彎曲失穩(wěn)-，截面只繞一個(gè)主軸旋轉(zhuǎn)，桿縱軸由

8、直線變?yōu)榍€，截面只繞一個(gè)主軸旋轉(zhuǎn)，桿縱軸由直線變?yōu)榍€，是雙軸對(duì)稱截面常見(jiàn)的失穩(wěn)形式；是雙軸對(duì)稱截面常見(jiàn)的失穩(wěn)形式；扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)-失穩(wěn)時(shí)除桿件的支撐端外，各截面均繞縱軸扭轉(zhuǎn)；失穩(wěn)時(shí)除桿件的支撐端外，各截面均繞縱軸扭轉(zhuǎn)；彎扭失穩(wěn)彎扭失穩(wěn)動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)第15頁(yè)/共63頁(yè)4 4、兩類穩(wěn)定問(wèn)題、兩類穩(wěn)定問(wèn)題（1）第一類穩(wěn)定問(wèn)題）第一類穩(wěn)定問(wèn)題a.存在兩種平衡狀態(tài)存在兩種平衡狀態(tài)直線平衡直線平衡直線平衡直線平衡彎曲平衡彎曲平衡N Ncr。Ncr。Ncr。N Ncr。彎曲破壞彎曲破壞失去直線失去直線平衡平衡直線平衡直線平衡曲線平衡曲線平衡 b.失穩(wěn)前后變形狀態(tài)不失穩(wěn)前后變形狀態(tài)不同同特點(diǎn)：特點(diǎn)：第16頁(yè)/

9、共63頁(yè)（2）第二類穩(wěn)定問(wèn)題）第二類穩(wěn)定問(wèn)題只存在曲線平衡狀態(tài)，失穩(wěn)前后變形狀態(tài)一樣只存在曲線平衡狀態(tài)，失穩(wěn)前后變形狀態(tài)一樣5 5、歐拉臨界力和臨界應(yīng)力、歐拉臨界力和臨界應(yīng)力022 NydxydEIAElEINcr2220222EANcrcrE材料的彈性模量材料的彈性模量 構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度 I構(gòu)件截面繞屈曲方向中和軸的慣性矩構(gòu)件截面繞屈曲方向中和軸的慣性矩EI構(gòu)件的抗彎剛度構(gòu)件的抗彎剛度 截面繞屈曲方向的回轉(zhuǎn)半徑截面繞屈曲方向的回轉(zhuǎn)半徑 構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比ll0il0i第17頁(yè)/共63頁(yè)三、實(shí)際軸心受壓構(gòu)件的受力性能三、實(shí)際軸心受壓構(gòu)件的受力性能1、實(shí)際軸心受壓構(gòu)件與理想構(gòu)件的區(qū)

10、別、實(shí)際軸心受壓構(gòu)件與理想構(gòu)件的區(qū)別存在殘余應(yīng)力存在殘余應(yīng)力存在初彎曲存在初彎曲存在初偏心存在初偏心N。y02、失穩(wěn)過(guò)程、失穩(wěn)過(guò)程第二類穩(wěn)定問(wèn)題第二類穩(wěn)定問(wèn)題第18頁(yè)/共63頁(yè)3、初始缺陷對(duì)構(gòu)件屈曲臨界力的影響、初始缺陷對(duì)構(gòu)件屈曲臨界力的影響初始缺陷的存在，降低了構(gòu)件屈曲臨界臨界力，初始缺陷的存在，降低了構(gòu)件屈曲臨界臨界力，。殘余應(yīng)力對(duì)弱軸的影響要大于對(duì)強(qiáng)軸的影響。殘余應(yīng)力對(duì)弱軸的影響要大于對(duì)強(qiáng)軸的影響。第19頁(yè)/共63頁(yè) 初始彎曲與初始偏心的影響規(guī)律相同，按概率理論兩者同時(shí)取最大值初始彎曲與初始偏心的影響規(guī)律相同，按概率理論兩者同時(shí)取最大值的幾率很小，工程中把初彎曲考慮為最大（桿長(zhǎng)的千分之一

11、）以兼并考慮初的幾率很小，工程中把初彎曲考慮為最大（桿長(zhǎng)的千分之一）以兼并考慮初彎曲的影響；按彎曲失穩(wěn)理論計(jì)算，考慮彎扭失穩(wěn)的影響，同時(shí)考慮殘余應(yīng)彎曲的影響；按彎曲失穩(wěn)理論計(jì)算，考慮彎扭失穩(wěn)的影響，同時(shí)考慮殘余應(yīng)力的影響，根據(jù)各類影響因素的不同將構(gòu)件截面類型分為力的影響，根據(jù)各類影響因素的不同將構(gòu)件截面類型分為a、b、c及及d四類四類（詳見(jiàn)（詳見(jiàn)p81，圖及，圖及p82，表）。，表）。 a類為殘余應(yīng)力影響較小，類為殘余應(yīng)力影響較小，c類為殘余應(yīng)力影響較大，并有彎扭失穩(wěn)類為殘余應(yīng)力影響較大，并有彎扭失穩(wěn)影響，影響，a、c類之間為類之間為b類，類，d類厚板工字鋼繞弱軸。類厚板工字鋼繞弱軸。 規(guī)范規(guī)

12、范計(jì)算公式計(jì)算公式 按按計(jì)算計(jì)算frAffNArNANRyycrRcrycrycrfAfN)()0(0)(yxyxyxilAIiyxyx)()(四、實(shí)際軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定的實(shí)用計(jì)算方法四、實(shí)際軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定的實(shí)用計(jì)算方法第20頁(yè)/共63頁(yè)1 1、軸壓柱整體穩(wěn)定規(guī)范計(jì)算公式、軸壓柱整體穩(wěn)定規(guī)范計(jì)算公式 fAN NN軸心受壓柱的計(jì)算壓力軸心受壓柱的計(jì)算壓力 AA毛截面面積毛截面面積 穩(wěn)定系數(shù)。和穩(wěn)定系數(shù)。和截面類型、截面類型、構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比 、所用鋼種、所用鋼種 有關(guān)，從附錄有關(guān)，從附錄4 4查得。查得。 材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度第21頁(yè)/共63頁(yè)ycrf臨界應(yīng)力和屈服應(yīng)力之比值2 2、 值

13、的意義值的意義穩(wěn)定系數(shù)穩(wěn)定系數(shù) 軸心受壓構(gòu)件不發(fā)生整體失穩(wěn)的條件為，軸心受壓構(gòu)件不發(fā)生整體失穩(wěn)的條件為，截面應(yīng)力不大于臨界應(yīng)力截面應(yīng)力不大于臨界應(yīng)力，并考，并考慮抗力分項(xiàng)系數(shù)慮抗力分項(xiàng)系數(shù)R后，即為：后，即為：fANfffANRyycrRcr即：第22頁(yè)/共63頁(yè) 3、 值的確定步驟值的確定步驟il0AIi 2 計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比 確定截面類別確定截面類別依據(jù)依據(jù)P82表表3使用規(guī)范圖表查穩(wěn)定系數(shù)使用規(guī)范圖表查穩(wěn)定系數(shù) 。 按鋼種、截面類別和按鋼種、截面類別和 查查P314P314附錄附錄4 4表得表得 第23頁(yè)/共63頁(yè)構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比的確定構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比的確定、截面為雙軸對(duì)稱或極對(duì)稱構(gòu)件：、截面為

14、雙軸對(duì)稱或極對(duì)稱構(gòu)件：xxyyyoyyxoxxilil 對(duì)于雙軸對(duì)稱十字形截面，為了防對(duì)于雙軸對(duì)稱十字形截面，為了防止扭轉(zhuǎn)屈曲，尚應(yīng)滿足：止扭轉(zhuǎn)屈曲，尚應(yīng)滿足：懸懸伸伸板板件件寬寬厚厚比比?；蚧?tbtbyx07. 5 、截面為單軸對(duì)稱構(gòu)件：、截面為單軸對(duì)稱構(gòu)件：xxyyxoxxilx 軸軸：繞繞非非對(duì)對(duì)稱稱軸軸繞對(duì)稱軸繞對(duì)稱軸y y軸屈曲時(shí)，一般為軸屈曲時(shí)，一般為彎彎扭屈曲扭屈曲，其臨界力低于彎曲屈，其臨界力低于彎曲屈曲，所以計(jì)算時(shí)，以換算長(zhǎng)細(xì)曲，所以計(jì)算時(shí)，以換算長(zhǎng)細(xì)比比yzyz代替代替y y ，計(jì)算公式如下：，計(jì)算公式如下：xxyyb bt t第24頁(yè)/共63頁(yè) )254(1421212

15、2202022222 zyzyzyyzie 2220202202)264(7 .25yxtziieilIIAi。構(gòu)構(gòu)件件，取取或或兩兩端端嵌嵌固固完完全全約約束束的的翹翹曲曲對(duì)對(duì)兩兩端端鉸鉸接接端端部部可可自自由由扭扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)屈屈曲曲的的計(jì)計(jì)算算長(zhǎng)長(zhǎng)度度，；面面近近似似取取、十十字字形形截截面面和和角角形形截截雙雙角角鋼鋼組組合合軋軋制制、雙雙板板焊焊接接、形形截截面面毛毛截截面面扇扇性性慣慣性性矩矩；對(duì)對(duì)毛毛截截面面抗抗扭扭慣慣性性矩矩；扭扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)屈屈曲曲的的換換算算長(zhǎng)長(zhǎng)細(xì)細(xì)比比徑徑；截截面面對(duì)對(duì)剪剪心心的的極極回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)半半毛毛截截面面面面積積；距距離離；截截面面形形心心至至剪剪切切中中心心的的式

16、式中中：ytzlllIIIiAe0000)(T 第25頁(yè)/共63頁(yè)4.4 4.4 實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定定一、概述一、概述寬肢薄壁構(gòu)件寬肢薄壁構(gòu)件回轉(zhuǎn)半徑大，提高構(gòu)件的整體穩(wěn)定承載回轉(zhuǎn)半徑大，提高構(gòu)件的整體穩(wěn)定承載力，節(jié)省鋼材。力，節(jié)省鋼材。板件過(guò)薄，在構(gòu)件達(dá)到臨界應(yīng)力前，板板件過(guò)薄，在構(gòu)件達(dá)到臨界應(yīng)力前，板件可能先發(fā)生屈曲而失去穩(wěn)定件可能先發(fā)生屈曲而失去穩(wěn)定局部局部失穩(wěn)。失穩(wěn)。四邊簡(jiǎn)支單向均勻受壓薄板的屈曲四邊簡(jiǎn)支單向均勻受壓薄板的屈曲板件的失穩(wěn)（屈曲）板件的失穩(wěn)（屈曲）第26頁(yè)/共63頁(yè)局部失穩(wěn)局部失穩(wěn)受壓構(gòu)件中板件的寬厚比較大，當(dāng)壓力達(dá)到某一數(shù)值受壓構(gòu)件中

17、板件的寬厚比較大，當(dāng)壓力達(dá)到某一數(shù)值（小于構(gòu)件的臨界力）時(shí)，板件不能繼續(xù)維持平面平衡狀（小于構(gòu)件的臨界力）時(shí)，板件不能繼續(xù)維持平面平衡狀態(tài)而產(chǎn)生凸曲現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為板件的局部失穩(wěn)現(xiàn)象。態(tài)而產(chǎn)生凸曲現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為板件的局部失穩(wěn)現(xiàn)象。危害性危害性雖無(wú)整體失穩(wěn)危險(xiǎn)，但由于截面某個(gè)板件失穩(wěn)而退出工作后，雖無(wú)整體失穩(wěn)危險(xiǎn)，但由于截面某個(gè)板件失穩(wěn)而退出工作后，將使截面有效承載部分減小，同時(shí)還使截面不對(duì)稱，將促進(jìn)將使截面有效承載部分減小，同時(shí)還使截面不對(duì)稱，將促進(jìn)構(gòu)件整體發(fā)生破壞。構(gòu)件整體發(fā)生破壞。因此，組成實(shí)腹式截面的板件局部穩(wěn)定也必須保證，它也屬因此，組成實(shí)腹式截面的板件局部穩(wěn)定也必須保證，它也屬

18、于承載力的一部分。于承載力的一部分。如何保證？如何保證？限制板件的寬厚比。限制板件的寬厚比。第27頁(yè)/共63頁(yè)二、板件寬厚比限值二、板件寬厚比限值1 1、翼緣寬厚比限值、翼緣寬厚比限值yftb/235)1 . 010(/12 2、腹板高厚比限值、腹板高厚比限值ywfth235)5 . 025(0工字形工字形yftb/23540/0ywfth/23540/0箱形截面箱形截面T形截面形截面ywfth/235)2 . 015(0ywfth/235)17. 013(0式中式中 構(gòu)件最大長(zhǎng)細(xì)比。構(gòu)件最大長(zhǎng)細(xì)比。 當(dāng)當(dāng) 3030時(shí)，取時(shí)，取 =30=30 當(dāng)當(dāng) 100100時(shí)，取時(shí)，取 =100=100。

19、 f fy y構(gòu)件鋼材的屈服點(diǎn)。構(gòu)件鋼材的屈服點(diǎn)。 不同鋼材時(shí)的換算系數(shù)。不同鋼材時(shí)的換算系數(shù)。 yf/235軸壓構(gòu)件寬厚比限制：軸壓構(gòu)件寬厚比限制：第28頁(yè)/共63頁(yè)1.1.截面設(shè)計(jì)截面設(shè)計(jì)主要內(nèi)容主要內(nèi)容1）. 截面選擇截面選擇2）. 截面驗(yàn)算截面驗(yàn)算 ： 強(qiáng)度驗(yàn)算；強(qiáng)度驗(yàn)算； 剛度驗(yàn)算；剛度驗(yàn)算； 整體穩(wěn)定驗(yàn)算；整體穩(wěn)定驗(yàn)算； 局部穩(wěn)定驗(yàn)算；局部穩(wěn)定驗(yàn)算；3）. 依據(jù)構(gòu)造要求調(diào)整細(xì)部尺寸依據(jù)構(gòu)造要求調(diào)整細(xì)部尺寸4.5 4.5 實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)計(jì)第29頁(yè)/共63頁(yè)2、軸心受壓構(gòu)件的截面選擇原則、軸心受壓構(gòu)件的截面選擇原則寬肢薄壁寬肢薄壁截面積的分布盡量

20、展開(kāi)，以增加截面的慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑，截面積的分布盡量展開(kāi)，以增加截面的慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑，從而提高柱的整體穩(wěn)定性和剛度；從而提高柱的整體穩(wěn)定性和剛度；等穩(wěn)定性等穩(wěn)定性盡量滿足兩主軸方向的等穩(wěn)定要求，即：盡量滿足兩主軸方向的等穩(wěn)定要求，即： 以達(dá)到經(jīng)濟(jì)要求；以達(dá)到經(jīng)濟(jì)要求；制造加工方便，易取材。制造加工方便，易取材。 yx 便于其他構(gòu)件的連接；便于其他構(gòu)件的連接；第30頁(yè)/共63頁(yè)實(shí)腹式軸壓桿常用截面形式及其優(yōu)缺點(diǎn)實(shí)腹式軸壓桿常用截面形式及其優(yōu)缺點(diǎn)第31頁(yè)/共63頁(yè)第32頁(yè)/共63頁(yè)3、截面的初步選擇、截面的初步選擇 設(shè)計(jì)截面時(shí)，首先要根據(jù)使用要求和選擇原則選擇設(shè)計(jì)截面時(shí)，首先要根據(jù)使用要求和選擇

21、原則選擇截面形式截面形式，確定，確定鋼號(hào)鋼號(hào)，然后根據(jù)軸力設(shè)計(jì)值然后根據(jù)軸力設(shè)計(jì)值 N N 和兩個(gè)主軸方向的計(jì)算長(zhǎng)度（和兩個(gè)主軸方向的計(jì)算長(zhǎng)度（ l l0 x0 x和和l l0y0y）初步選定截初步選定截面尺寸面尺寸。具體步驟如下：。具體步驟如下：1）截面面積截面面積A的確定：的確定： 假定柱的長(zhǎng)細(xì)比假定柱的長(zhǎng)細(xì)比（一般在（一般在60100范圍內(nèi)，當(dāng)軸力大而計(jì)算長(zhǎng)度小時(shí)，范圍內(nèi)，當(dāng)軸力大而計(jì)算長(zhǎng)度小時(shí)， 取較小值，反之取較大值。如軸力很小，可取容許長(zhǎng)細(xì)比）；取較小值，反之取較大值。如軸力很小，可取容許長(zhǎng)細(xì)比）；初步確定鋼材初步確定鋼材種類種類和和截面分類截面分類，查得穩(wěn)定系數(shù)，按下式計(jì)算所需的

22、截面面積查得穩(wěn)定系數(shù)，按下式計(jì)算所需的截面面積AfNA第33頁(yè)/共63頁(yè)2 2）求兩主軸方向的回轉(zhuǎn)半徑：求兩主軸方向的回轉(zhuǎn)半徑：xxli0yyli01xih 2yib 1、2分別為系數(shù)，表示分別為系數(shù)，表示 h、b和回轉(zhuǎn)半徑和回轉(zhuǎn)半徑 ix、iy間的近似數(shù)間的近似數(shù)值關(guān)系。見(jiàn)附表值關(guān)系。見(jiàn)附表43）由截面面積）由截面面積A和兩主軸方向的回轉(zhuǎn)半徑，和兩主軸方向的回轉(zhuǎn)半徑，優(yōu)先選用軋制型鋼優(yōu)先選用軋制型鋼，如工字，如工字鋼、鋼、H型鋼等。型鋼等。型鋼截面不滿足時(shí)，選用組合截面型鋼截面不滿足時(shí)，選用組合截面，組合截面的尺寸可由，組合截面的尺寸可由回轉(zhuǎn)半徑確定回轉(zhuǎn)半徑確定:第34頁(yè)/共63頁(yè)4 4）由

23、）由 A A 和和 h h、b b ，根據(jù)構(gòu)造要求、局部穩(wěn)定和鋼材規(guī)格等條件，確定截面，根據(jù)構(gòu)造要求、局部穩(wěn)定和鋼材規(guī)格等條件，確定截面所有其余尺寸。所有其余尺寸。 如：焊接工字形截面，可取如：焊接工字形截面，可取 ，腹板厚度，腹板厚度腹板高度和翼緣寬度宜取腹板高度和翼緣寬度宜取10mm的倍數(shù)，的倍數(shù)，t和和tw宜取宜取2mm的倍數(shù)的倍數(shù)hb ttw)7 . 04 . 0(第35頁(yè)/共63頁(yè)(1) 強(qiáng)度驗(yàn)算強(qiáng)度驗(yàn)算截面有削弱時(shí)，進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算截面有削弱時(shí)，進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算強(qiáng)度驗(yàn)算公式為強(qiáng)度驗(yàn)算公式為 式中：式中： N 軸心壓力設(shè)計(jì)值；軸心壓力設(shè)計(jì)值； An 壓桿的凈截面面積；壓桿的凈截面面積； f

24、鋼材的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。鋼材的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。 4、截面驗(yàn)算、截面驗(yàn)算 (2) 剛度驗(yàn)算剛度驗(yàn)算 剛度驗(yàn)算公式為剛度驗(yàn)算公式為 第36頁(yè)/共63頁(yè)(2) 整體穩(wěn)定驗(yàn)算整體穩(wěn)定驗(yàn)算 整體驗(yàn)算公式為：整體驗(yàn)算公式為：fAN驗(yàn)算整體穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)對(duì)截面的兩個(gè)主軸方向進(jìn)行驗(yàn)算。驗(yàn)算整體穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)對(duì)截面的兩個(gè)主軸方向進(jìn)行驗(yàn)算。(3) 局部穩(wěn)定驗(yàn)算局部穩(wěn)定驗(yàn)算 局部穩(wěn)定驗(yàn)算應(yīng)根據(jù)截面形式進(jìn)行，對(duì)于局部穩(wěn)定驗(yàn)算應(yīng)根據(jù)截面形式進(jìn)行，對(duì)于熱軋型鋼熱軋型鋼截面，因板件的寬厚截面，因板件的寬厚比較大，比較大，可不進(jìn)行局部穩(wěn)定的驗(yàn)算可不進(jìn)行局部穩(wěn)定的驗(yàn)算。第37頁(yè)/共63頁(yè)5 5、構(gòu)造規(guī)定、構(gòu)造規(guī)定 1、當(dāng)實(shí)腹柱的腹板計(jì)算

25、高度當(dāng)實(shí)腹柱的腹板計(jì)算高度 h0 與與 tw 厚度厚度之比大于之比大于80時(shí)，應(yīng)設(shè)置成對(duì)的橫向加勁肋時(shí)，應(yīng)設(shè)置成對(duì)的橫向加勁肋（右圖）橫向加勁肋的作用是防止腹板在施（右圖）橫向加勁肋的作用是防止腹板在施工和運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生變形，并可提高柱的抗工和運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生變形，并可提高柱的抗扭剛度。扭剛度。橫向加勁肋的間距不得大于橫向加勁肋的間距不得大于 3h0 ，外伸寬度外伸寬度 bs不小于不小于 h0/30+40cm ，厚度，厚度tw 應(yīng)不小于應(yīng)不小于bs/15 。mmhbs4030015swbt 03ha 第38頁(yè)/共63頁(yè)2、除工字形截面外，其余截面的實(shí)腹柱應(yīng)在受有較大水平力處、在運(yùn)輸單元、除工字形

26、截面外，其余截面的實(shí)腹柱應(yīng)在受有較大水平力處、在運(yùn)輸單元的端部以及其它需要處設(shè)置橫隔。橫隔的中距不得大于柱截面較大寬度的的端部以及其它需要處設(shè)置橫隔。橫隔的中距不得大于柱截面較大寬度的9倍，倍，也不得大于也不得大于8m。對(duì)于組合截面，其翼緣與腹板間的焊縫受力較小，可不于計(jì)算，按構(gòu)造選對(duì)于組合截面，其翼緣與腹板間的焊縫受力較小，可不于計(jì)算，按構(gòu)造選定焊腳尺寸即可。定焊腳尺寸即可。第39頁(yè)/共63頁(yè)4.6 4.6 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件一、格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的組成一、格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的組成格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件肢件肢件綴材綴材綴板、綴條綴板、綴條l1l0 xy11b)

27、肢件肢件綴板綴板l1xy11a)綴條綴條肢件肢件格構(gòu)柱的優(yōu)點(diǎn)格構(gòu)柱的優(yōu)點(diǎn)是肢件間的距是肢件間的距離可以調(diào)整，離可以調(diào)整，能使構(gòu)件對(duì)兩能使構(gòu)件對(duì)兩個(gè)主軸的穩(wěn)定個(gè)主軸的穩(wěn)定性相等。性相等。多用多用于軸力很大的于軸力很大的廠房柱，門架廠房柱，門架柱柱第40頁(yè)/共63頁(yè)第41頁(yè)/共63頁(yè)肢件：受力件。肢件：受力件。 由由2 2肢（工字鋼或槽鋼）、肢（工字鋼或槽鋼）、4 4肢（角鋼）、肢（角鋼）、3 3肢（園管）肢（園管）組成組成。 工字鋼（槽鋼）作為肢件的截面一般工字鋼（槽鋼）作為肢件的截面一般用于受力較大的構(gòu)件。用四個(gè)角鋼作肢用于受力較大的構(gòu)件。用四個(gè)角鋼作肢件的截面形式往往用于受力較小而長(zhǎng)細(xì)件的截

28、面形式往往用于受力較小而長(zhǎng)細(xì)比較大的構(gòu)件比較大的構(gòu)件。圖圖 格構(gòu)式柱的截面型式格構(gòu)式柱的截面型式a)xyb)xyc)xyd)xy綴材：把肢件連成整體，并能承擔(dān)剪力。綴材：把肢件連成整體，并能承擔(dān)剪力。 綴板：用鋼板組成。綴板：用鋼板組成。 綴條：由角鋼組成橫、斜桿。綴條：由角鋼組成橫、斜桿。第42頁(yè)/共63頁(yè)截面的實(shí)軸和虛軸截面的實(shí)軸和虛軸 與肢件腹板垂直的軸線為與肢件腹板垂直的軸線為實(shí)軸實(shí)軸(y-y)(y-y); ; 與綴材平面垂直的軸為與綴材平面垂直的軸為虛軸虛軸(x-x)(x-x)。a)xyb)xyc)xyd)xy第43頁(yè)/共63頁(yè)分別對(duì)實(shí)軸和虛軸驗(yàn)算整體穩(wěn)定性。對(duì)實(shí)軸作整體穩(wěn)定驗(yàn)算時(shí)與

29、實(shí)腹柱相分別對(duì)實(shí)軸和虛軸驗(yàn)算整體穩(wěn)定性。對(duì)實(shí)軸作整體穩(wěn)定驗(yàn)算時(shí)與實(shí)腹柱相同。對(duì)虛軸作整體穩(wěn)定驗(yàn)算時(shí)，軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)同。對(duì)虛軸作整體穩(wěn)定驗(yàn)算時(shí)，軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù) 應(yīng)按換算長(zhǎng)細(xì)比應(yīng)按換算長(zhǎng)細(xì)比 查出。查出。x0二、格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定二、格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定1、對(duì)、對(duì)實(shí)軸（實(shí)軸（y yy y軸）的整體穩(wěn)定軸）的整體穩(wěn)定用與實(shí)腹柱相同的方法和步驟選出肢件的截面規(guī)格。用與實(shí)腹柱相同的方法和步驟選出肢件的截面規(guī)格。計(jì)算長(zhǎng)細(xì)計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比比 確定截面確定截面類別類別按鋼種、截面類別和按鋼種、截面類別和 查表得查表得 fAN第44頁(yè)/共63頁(yè)2、對(duì)、對(duì)虛軸（虛軸（x xx x軸）的整體

30、穩(wěn)定軸）的整體穩(wěn)定計(jì)算對(duì)虛軸的整體穩(wěn)定以確定兩肢間的距離。計(jì)算對(duì)虛軸的整體穩(wěn)定以確定兩肢間的距離。換算長(zhǎng)細(xì)比換算長(zhǎng)細(xì)比x0 xxxAA120272120 xx綴條式格構(gòu)柱綴條式格構(gòu)柱綴板式格構(gòu)柱綴板式格構(gòu)柱1011/il整個(gè)構(gòu)件對(duì)虛軸的長(zhǎng)細(xì)比整個(gè)構(gòu)件對(duì)虛軸的長(zhǎng)細(xì)比整個(gè)構(gòu)件橫截面的毛面積整個(gè)構(gòu)件橫截面的毛面積構(gòu)件截面中垂直于構(gòu)件截面中垂直于x軸各斜綴條的毛軸各斜綴條的毛截面面積之和截面面積之和單個(gè)分肢對(duì)最小剛度軸單個(gè)分肢對(duì)最小剛度軸1-1的長(zhǎng)細(xì)比的長(zhǎng)細(xì)比單肢的計(jì)算長(zhǎng)度。單肢的計(jì)算長(zhǎng)度。單肢最小回轉(zhuǎn)半徑單肢最小回轉(zhuǎn)半徑xAxA1101l1i第45頁(yè)/共63頁(yè)3、單肢的、單肢的穩(wěn)定性穩(wěn)定性規(guī)范規(guī)范規(guī)

31、定單肢的穩(wěn)定性不應(yīng)低于構(gòu)件的整體穩(wěn)定性規(guī)定單肢的穩(wěn)定性不應(yīng)低于構(gòu)件的整體穩(wěn)定性綴條式格構(gòu)柱綴條式格構(gòu)柱綴板式格構(gòu)柱綴板式格構(gòu)柱max17 . 0),max(0maxxy）時(shí)，?。ó?dāng)且50505 . 040maxmax1第46頁(yè)/共63頁(yè)45 柱頭和柱腳自學(xué)內(nèi)容第47頁(yè)/共63頁(yè)45 柱頭和柱腳一、柱頭（梁與柱的連接一、柱頭（梁與柱的連接鉸接鉸接）（一）連接構(gòu)造（一）連接構(gòu)造 為了使柱子實(shí)現(xiàn)軸心受壓，并安全將荷載傳至基為了使柱子實(shí)現(xiàn)軸心受壓，并安全將荷載傳至基礎(chǔ)，必須合理構(gòu)造柱頭、柱腳。礎(chǔ)，必須合理構(gòu)造柱頭、柱腳。 設(shè)計(jì)原則是：傳力明確、過(guò)程簡(jiǎn)潔、經(jīng)濟(jì)合理、設(shè)計(jì)原則是：傳力明確、過(guò)程簡(jiǎn)潔、經(jīng)濟(jì)合

32、理、安全可靠，并具有足夠的剛度且構(gòu)造又不復(fù)雜。安全可靠，并具有足夠的剛度且構(gòu)造又不復(fù)雜。第48頁(yè)/共63頁(yè)1 1、實(shí)腹式柱頭頂部連接、實(shí)腹式柱頭頂部連接A A、頂部插入式連接、頂部插入式連接第49頁(yè)/共63頁(yè)B B、梁柱頂部連接、梁柱頂部連接第50頁(yè)/共63頁(yè)2 2、格構(gòu)式柱頭頂部連接、格構(gòu)式柱頭頂部連接第51頁(yè)/共63頁(yè)3 3、梁柱側(cè)向連接、梁柱側(cè)向連接第52頁(yè)/共63頁(yè)（二）、傳力途徑（二）、傳力途徑傳力路線：傳力路線：梁梁 突緣突緣 柱頂板柱頂板 加勁肋加勁肋 柱身柱身焊縫焊縫墊板墊板焊縫焊縫焊縫焊縫柱頂板柱頂板加勁肋加勁肋柱柱梁梁梁梁突緣突緣墊板墊板填板填板填板填板構(gòu)造螺栓構(gòu)造螺栓第5

33、3頁(yè)/共63頁(yè)（三）、柱頭的計(jì)算（三）、柱頭的計(jì)算(1)(1)梁端局部承壓計(jì)算梁端局部承壓計(jì)算梁設(shè)計(jì)中講授梁設(shè)計(jì)中講授(2)(2)柱頂板柱頂板平面尺寸超出柱輪平面尺寸超出柱輪廓尺寸廓尺寸15-20mm15-20mm，厚度不，厚度不小于小于14mm14mm。（3 3）加勁肋）加勁肋 加勁肋與柱腹板的連接焊縫按承受剪力加勁肋與柱腹板的連接焊縫按承受剪力V=N/ /2和彎矩和彎矩M=Nl l/ /4計(jì)算。計(jì)算。N/2l l/2l l15-20mm15-20mm15-20mm15-20mmt14mmt14mm第54頁(yè)/共63頁(yè)格構(gòu)式柱腳格構(gòu)式柱腳第55頁(yè)/共63頁(yè)2.2.柱腳的計(jì)算柱腳的計(jì)算(1)(1

34、)底板的面積底板的面積 假設(shè)基礎(chǔ)與底板間的假設(shè)基礎(chǔ)與底板間的壓應(yīng)力均勻分布。壓應(yīng)力均勻分布。式中：式中：f fc c-混凝土軸心抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度；混凝土軸心抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度；l l-基礎(chǔ)混凝土局部承壓時(shí)的強(qiáng)度提高系數(shù)?；A(chǔ)混凝土局部承壓時(shí)的強(qiáng)度提高系數(shù)。 f fc c 、l l均按均按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范取值。取值。A An n底版凈面積，底版凈面積，A An n =B =BL-AL-A0 0。A Ao o-錨栓孔面積，一般錨栓孔直徑為錨栓直徑的錨栓孔面積，一般錨栓孔直徑為錨栓直徑的 1 1倍。倍。)634( clnfNA c cc ca a1 1B Bt t1 1t t1 1a ab b1 1靴梁靴梁隔板隔板底板底板L L第56頁(yè)/共63頁(yè)a a1 1 構(gòu)件截面高度；構(gòu)件截面高度；t t1 1 靴梁厚度一般為靴梁厚度一般為101014mm14mm；c c 懸臂寬度，懸臂寬度，c=3c=34 4倍螺栓直倍螺栓直 徑徑d d，d=2024mm，則則 L L 可求?？汕?。(2)(2)底板的厚度底板的厚度 底板的厚度，取決于受力大小，可將其分為不同底板的厚度，取決于受力大小，可將其分為不同受力區(qū)域：一邊受力區(qū)域：一邊( (懸臂板懸臂板) )、兩邊、三邊和四邊支承板。、兩邊、三邊和四邊支承板。 一邊支承部分（懸臂板）一邊支承部分（懸臂板）)