鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理-軸心受力構(gòu)件課件

第4章鋼結(jié)構(gòu)概述軸心受力構(gòu)件

受彎構(gòu)件

拉彎和壓彎構(gòu)件(自學(xué))鋼結(jié)構(gòu)連接構(gòu)造與設(shè)計(jì)國(guó)家大劇院

位于北京人民大會(huì)堂西側(cè)，西長(zhǎng)安街以南，總占地面積近12公頃，總建筑面積近15萬平方米，總投資26.88億元，目前已進(jìn)行過網(wǎng)殼部分設(shè)計(jì)與施工驗(yàn)收審查會(huì)議。該工程外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼，是半橢圓球形，東西長(zhǎng)軸212.2m，南北短軸143.64m，總高度46.285。內(nèi)設(shè)歌劇院（2416席）、音樂廳（2017席）及戲劇院（1040席）及公共大廳等。屋面采用鈦金屬板，整個(gè)網(wǎng)殼外環(huán)繞人工湖（35500m2）,各種通道及入口均設(shè)在水下。設(shè)計(jì)為法國(guó)巴黎機(jī)場(chǎng)公司安德魯建筑師，北京市建筑設(shè)計(jì)研究院參與主體設(shè)計(jì)

，整體結(jié)構(gòu)用鋼量達(dá)6750t，195kg/m。

上海環(huán)球金融中心

由日本森大廈株式會(huì)社的全額子公司森海外株式會(huì)社及日本具有代表性的銀行、保險(xiǎn)公司、商社等36家企業(yè)，偕同政府系統(tǒng)機(jī)構(gòu)日本海外經(jīng)濟(jì)協(xié)力基金(OECF)聯(lián)合投資的上海環(huán)球金融中心，總投資逾750億日元。位于陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)，建筑總面積335,420平方米，地下3層，地上94層。建成后的高度達(dá)460米?？傆娩摿?6000t，鋼筋混凝土核心筒，外框鋼骨混凝土及鋼柱。容器和其他構(gòu)筑物陜西銅川天然氣公司1000立方米天然氣球罐大連西太平洋石化有限公司1500立方米CF-62鋼球罐4.0概述鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)強(qiáng)度高，重量輕，塑性好，可焊性好，工業(yè)化高，面積利用系數(shù)，基礎(chǔ)費(fèi)用，抗震，工期等綜合效益較好；缺點(diǎn)耐火性差，耐腐蝕性差；高層中，用鋼量大，造價(jià)較高，設(shè)計(jì)施工技術(shù)較復(fù)雜，防火差4.0概述鋼結(jié)構(gòu)的破壞形式整體失穩(wěn)破壞局部失穩(wěn)破壞強(qiáng)度破壞疲勞破壞,斷裂破壞等圖：整體失穩(wěn)破壞1鋼結(jié)構(gòu)的破壞形式圖：局部失穩(wěn)破壞鋼結(jié)構(gòu)的破壞形式應(yīng)用

桁架、塔架、網(wǎng)架、支柱等4.1軸心受力構(gòu)件4.1.1軸心受力構(gòu)件的應(yīng)用和截面形式截面型式型鋼截面熱軋型鋼，冷彎薄壁型鋼組合截面實(shí)腹式，格構(gòu)式4.1.1軸心受力構(gòu)件的應(yīng)用和截面形式截面型式

型鋼和鋼板連接而成實(shí)腹式組合截面

格構(gòu)式組合截面4.1.2軸心受拉構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算和剛度驗(yàn)算強(qiáng)度計(jì)算式中，N—軸拉力設(shè)計(jì)值(基本組合值）

An—截面的凈面積

f—抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，p336，附錄一，對(duì)圓鋼需乘以折減系數(shù)0.95。（4-1）算例驗(yàn)算圖所示雙角鋼截面的軸心拉桿強(qiáng)度。軸心拉力設(shè)計(jì)值N=650kN。鋼材為Q235鋼，角鋼截面為L(zhǎng)100×100mm，角鋼兩肢上各有一排交錯(cuò)排列的螺栓孔，孔徑d=21.5mm。解：先將其中的一個(gè)角鋼截面展開，并比較截面Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ哪個(gè)危險(xiǎn)截面，兩截面厚度均為10mm。Ⅰ-Ⅰ凈截面寬度

；Ⅱ-Ⅱ凈截面寬度

由于

因此Ⅱ-Ⅱ截面為危險(xiǎn)截面。于是

因此，軸心拉桿滿足強(qiáng)度要求。4.1.2軸心受拉構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算和剛度驗(yàn)算剛度驗(yàn)算（4-2）式中，λ—長(zhǎng)細(xì)比

l0----計(jì)算長(zhǎng)度，拉桿一般取l0=l，l為節(jié)點(diǎn)中心間距。

i—截面的回轉(zhuǎn)半徑，

[l]—受拉構(gòu)件的容許長(zhǎng)細(xì)比。項(xiàng)次構(gòu)件名稱承受靜力荷載或間接承受動(dòng)力荷載結(jié)構(gòu)直接承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)一般建筑結(jié)構(gòu)有重級(jí)工作制吊車的廠房1桁架桿件3502502502吊車梁或吊車桁架以下的柱間支撐300200—3其他拉桿、支撐系桿等（張緊的圓鋼除外）400350—受拉構(gòu)件的容許長(zhǎng)細(xì)比4.1.3軸心受壓構(gòu)件強(qiáng)度、穩(wěn)定計(jì)算和剛度驗(yàn)算強(qiáng)度計(jì)算式中，N—軸壓力設(shè)計(jì)值

An—截面的靜面積

f—抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，p336，附錄一（4-3）算例驗(yàn)算下圖（P85）所示結(jié)構(gòu)中兩端鉸接的軸心受壓柱AB的整體穩(wěn)定。該柱所承受的壓力設(shè)計(jì)值N=1000kN，柱計(jì)算長(zhǎng)度lx=4.2m，ly=2.1m，柱截面為焊接工字形，具有軋制邊翼緣，其截面尺寸：翼緣2-10×220，腹板為1-6×200，由Q235A鋼制作。已知，N=1000kN，抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=215N/mm2.解：（1）計(jì)算截面幾何特征毛截面面積

截面慣性矩

截面回轉(zhuǎn)半徑

（2）壓桿的長(zhǎng)細(xì)比及穩(wěn)定系數(shù)算例根據(jù)柱截面的組成條件，由表4-2（P84）可知，該截面對(duì)強(qiáng)軸屬于b類，由附表3-2查得，jx=0.885；對(duì)弱軸屬于c類，由附表3-3查得jy=0.856.（3）整體穩(wěn)定性驗(yàn)算滿足要求

4.1.3軸心受壓構(gòu)件強(qiáng)度、穩(wěn)定計(jì)算和剛度驗(yàn)算局部穩(wěn)定性控制板件的寬（高）厚比箱形翼緣板自由外伸寬厚比式中b0—翼緣板自由外伸寬度；

t—翼緣板（肢）厚度；

fy—鋼材的屈服強(qiáng)度（N/mm2）；箱形腹板高厚比式中h0—腹板計(jì)算高度；

tw—腹板厚度。（4-9）4.1.3軸心受壓構(gòu)件強(qiáng)度、穩(wěn)定計(jì)算和剛度驗(yàn)算局部穩(wěn)定性控制板件的寬（高）厚比（4-10）圓管外徑與壁厚之比式中D—圓管外徑；

t—圓管壁厚；

fy—鋼材的屈服強(qiáng)度（N/mm2）；Dt4.1.4實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)

實(shí)腹式軸壓柱截面選擇與構(gòu)造單角鋼適用于塔架、桅桿、起重機(jī)臂桿或輕便桁架雙角鋼適用于平面桁架軋制寬翼緣工字鋼適用于中點(diǎn)有側(cè)向支撐的獨(dú)立支柱焊接工字形截面根據(jù)等穩(wěn)度和局部穩(wěn)度要求設(shè)計(jì)截面尺寸十字形截面適用于重型軸心受壓柱圓形截面主要是焊接圓管，多應(yīng)用于海洋平臺(tái)方管或箱形截面剛度和承載能力都較大，多用于高大的承重支柱。冷彎薄壁型鋼截面輕型鋼結(jié)構(gòu)的壓桿4.1.4實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)

截面設(shè)計(jì)步驟原則等穩(wěn)定性；寬肢薄壁；構(gòu)造簡(jiǎn)單具體步驟假定柱的λ（60~100）由截面形式與加工條件確定截面分類，結(jié)合假定的λ按附錄三確定相應(yīng)的壓桿穩(wěn)度性系數(shù)jx

jy.用較小的j按照整體穩(wěn)度性計(jì)算公式計(jì)算所需截面面積及回轉(zhuǎn)半徑ix、iy。按A，ix、iy確定型鋼型號(hào)或利用回轉(zhuǎn)半徑與截面輪廓尺寸近似關(guān)系（表4-5）確定h，b，從而獲得初選截面。截面驗(yàn)算（強(qiáng)度，剛度，整體穩(wěn)定，局部穩(wěn)定）4.1.4實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)

截面設(shè)計(jì)算例選用Q235鋼的熱軋普通工字鋼，作為上下兩端均為鉸接的支撐結(jié)構(gòu)的支柱。支柱長(zhǎng)度為12m，在兩個(gè)三分點(diǎn)處有側(cè)向支撐，以阻止支柱在弱軸方向過早失穩(wěn)。見圖4-18（P91）。支柱承受最大的壓力設(shè)計(jì)值N=150kN，其容許長(zhǎng)細(xì)比[l]=200，試按截面面積An=A進(jìn)行此軸心壓桿的截面設(shè)計(jì)。已知：l0x=12m，loy=4m，N=150kN，f=215N/mm2。（1）假定取柱的長(zhǎng)細(xì)比l=150，由附表3-1和附表3-2分別查得對(duì)截面強(qiáng)軸的和弱軸的穩(wěn)定系數(shù)jx=0.339，jy=0.308。（2）按長(zhǎng)細(xì)比l=150計(jì)算為所需的截面面積和回轉(zhuǎn)半徑截面設(shè)計(jì)算例滿足要求

（5）局部穩(wěn)定性因軋制型鋼的翼緣和腹板一般都較厚，能