鋼結(jié)構(gòu)課件第四章軸心受力構(gòu)件b格構(gòu)

第四章軸心受力構(gòu)件一、實(shí)腹式柱的設(shè)計1、截面的選取原則§4-4軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計（2）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；（4）盡可能構(gòu)造簡單，易加工制作，易取材。（1）截面積的分布盡量展開，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；（3）便于其他構(gòu)件的連接；2、截面的設(shè)計（1）截面面積A的確定 假定λ=50~100，當(dāng)壓力大而桿長小時取小值，反之取大值，初步確定鋼材種類和截面分類，查得穩(wěn)定系數(shù)，從而：（2）求兩主軸方向的回轉(zhuǎn)半徑——等穩(wěn)定要求（3）由截面面積A和兩主軸方向的回轉(zhuǎn)半徑，優(yōu)先選用軋制型鋼，如工字鋼、H型鋼等。型鋼截面不滿足時，選用組合截面，組合截面的尺寸可由回轉(zhuǎn)半徑確定:（4）由求得的A、h、b，綜合考慮構(gòu)造、局部穩(wěn)定、鋼材規(guī)格等，確定截面尺寸；（5）構(gòu)件的截面驗(yàn)算：

A、截面有削弱時，進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算；

B、整體穩(wěn)定驗(yàn)算；

C、局部穩(wěn)定驗(yàn)算；

對于熱軋型鋼截面，因板件的寬厚比較大，可不進(jìn)行局部穩(wěn)定的驗(yàn)算。

D、剛度驗(yàn)算：可與整體穩(wěn)定驗(yàn)算同時進(jìn)行。3、構(gòu)造要求：

對于實(shí)腹式柱，當(dāng)腹板的高厚比h0/tw>80時，為提高柱的抗扭剛度，防止腹板在運(yùn)輸和施工中發(fā)生過大的變形，應(yīng)設(shè)橫向加勁肋，要求如下：

橫向加勁肋間距≤3h0；橫向加勁肋的外伸寬度bs≥h0/30+40mm；橫向加勁肋的厚度ts≥bs/15。

對于組合截面，其翼緣與腹板間的焊縫受力較小，可不于計算，按構(gòu)造選定焊腳尺寸即可。bs橫向加勁肋≤3h0h0ts截面由兩個或多個型鋼肢件通過綴材連接而成。二、格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件設(shè)計(一)、截面選取原則盡可能做到等穩(wěn)定性要求。yyxx（a）實(shí)軸虛軸xxyy（b）虛軸虛軸xxyy（c）虛軸虛軸(二)格構(gòu)式軸壓構(gòu)件設(shè)計1、強(qiáng)度

N—軸心壓力設(shè)計值；An—柱肢凈截面面積之和。yyxx實(shí)軸虛軸N2、整體穩(wěn)定驗(yàn)算

對于常見的格構(gòu)式截面形式，只能產(chǎn)生彎曲屈曲，其彈性屈曲時的臨界力為：或：（1）對實(shí)軸（y-y軸）的整體穩(wěn)定

因

很小，因此可以忽略剪切變形，λo=λy,其彈性屈曲時的臨界應(yīng)力為：則穩(wěn)定計算：yyxx實(shí)軸虛軸（2）對虛軸（x-x）穩(wěn)定

繞x軸（虛軸）彎曲屈曲時，因綴材的剪切剛度較小，剪切變形大，γ1則不能被忽略，因此：則穩(wěn)定計算：

由于不同的綴材體系剪切剛度不同，γ1亦不同，所以換算長細(xì)比計算就不相同。通常有兩種綴材體系，即綴條式和綴板式體系，其換算長細(xì)比計算如下：①雙肢綴條柱

設(shè)一個節(jié)間兩側(cè)斜綴條面積之和為A1；節(jié)間長度為l1VV單位剪力作用下斜綴條長度及其內(nèi)力為：V=1V=1△△dγ1γ1l1ldαabcdb’

假設(shè)變形和剪切角有限微小，故水平變形為： 剪切角γ1為：因此，斜綴條的軸向變形為：V=1V=1△△dγ1γ1l1ldαabcdb’e將式4-51代入式4-50，得：

對于一般構(gòu)件，α在40ｏ～70o之間，所以規(guī)范給定的λ0x的計算公式為： 102030405060708090(度)10080604020027αabcd②雙肢綴板柱

假定:綴板與肢件剛接，組成一多層剛架；彎曲變形的反彎點(diǎn)位于各節(jié)間的中點(diǎn)；只考慮剪力作用下的彎曲變形。 取隔離體如下：

當(dāng)α超出以上范圍時應(yīng)按式4-52計算。l1aI1Ibaxx11l1aa1-21-21-21-2l1-2l1-2l1-aT=θ1γ1γ1△1△2abcdef分肢彎曲變形引起的水平位移△2:因此,剪切角γ1:綴板的彎曲變形引起的分肢水平位移△1:a1-21-21-21-2l1-2l1-2l1-aT=θ1γ1γ1△1△2abcdef將剪切角γ1代入式4-50，并引入分肢和綴板的線剛度K1、Kb，得:由于規(guī)范規(guī)定這時：

所以規(guī)范規(guī)定雙肢綴板柱的換算長細(xì)比按下式計算： 式中：

對于三肢柱和四肢柱的換算長細(xì)比的計算見規(guī)范。3、綴材的設(shè)計（1）軸心受壓格構(gòu)柱的橫向剪力 構(gòu)件在微彎狀態(tài)下，假設(shè)其撓曲線為正弦曲線，跨中最大撓度為v，則沿桿長任一點(diǎn)的撓度為： NlzyvVNyyyxxb截面彎矩為：所以截面剪力：顯然，z=0和z=l時：由邊緣屈服準(zhǔn)則：NlzyvVNyvmaxyyxxb

在設(shè)計時，假定橫向剪力沿長度方向保持不變，且橫向剪力由各綴材面分擔(dān)。Vl（2）綴條的設(shè)計 A、綴條可視為以柱肢為弦桿的平行弦桁架的腹桿，故一個斜綴條的軸心力為：V1V1單綴條θV1V1雙綴條θB、由于剪力的方向不定，斜綴條應(yīng)按軸壓構(gòu)件計算，其長細(xì)比按最小回轉(zhuǎn)半徑計算；C、斜綴條一般采用單角鋼與柱肢單面連接，設(shè)計時鋼材強(qiáng)度應(yīng)進(jìn)行折減，同前；D、交叉綴條體系的橫綴條應(yīng)按軸壓構(gòu)件計算，取其內(nèi)力N=V1；V1V1單綴條θV1V1雙綴條θE、單綴條體系為減小分肢的計算長度，可設(shè)橫綴條（虛線），其截面一般與斜綴條相同，或按容許長細(xì)比[λ]=150確定。（3）綴板的設(shè)計

對于綴板柱取隔離體如下： 由力矩平衡可得： 剪力T在綴板端部產(chǎn)生的彎矩:V1/2l1／2l1／2V1/2a/2TTMdT和M即為綴板與肢件連接處的設(shè)計內(nèi)力。同一截面處兩側(cè)綴板線剛度之和不小于單個分肢線剛度的6倍，即：；綴板寬度d≥2a/3，厚度t≥a/40且不小于6mm；端綴板宜適當(dāng)加寬，一般取d=a。4、格構(gòu)柱的設(shè)計步驟 格構(gòu)柱的設(shè)計需首先確定柱肢截面和綴材形式。 對于大型柱宜用綴條柱，中小型柱兩種綴材均可。 具體設(shè)計步驟如下：綴板的構(gòu)造要求：axx11l1ad以雙肢柱為例：

1、按對實(shí)軸的整體穩(wěn)定確定柱的截面(分肢截面)；

2、按等穩(wěn)定條件確定兩分肢間距a，即λ0x=λy； 雙肢綴條柱： 雙肢綴板柱：

顯然，為求得λx，對綴條柱需確定綴條截面積A1；對綴板柱需確定分肢長細(xì)比λ1。

所以，由教材表5.6（127頁）求得截面寬度： 當(dāng)然也可由截面幾何參數(shù)計算得到b；

3、驗(yàn)算對虛軸的整體穩(wěn)定，并調(diào)整b；

4、設(shè)計綴條和綴板及其與柱肢的連接。對虛軸的回轉(zhuǎn)半徑：格構(gòu)柱的構(gòu)造要求：λ0x和λy≤[λ]；為保證分肢不先于整體失穩(wěn)，應(yīng)滿足： 綴條柱的分肢長細(xì)比： 綴板柱的分肢長細(xì)比：（三）柱子的橫隔

為提高柱子的抗扭剛度，應(yīng)設(shè)柱子橫隔，間距不大于柱截面較大寬度的9倍或8m，且每個運(yùn)輸單元的端部均應(yīng)設(shè)置橫隔。 橫隔的形式自學(xué)【例4.4】兩端鉸接、綴條格構(gòu)式，Q345鋼、E50焊條l0x=6m（虛軸），l0y=3m（實(shí)軸），N=1500kN?！窘狻?、確定分肢的截面形式：槽鋼（肢尖向內(nèi)）2、按繞實(shí)軸的整體穩(wěn)定要求選擇分肢截面：設(shè)λ=60，按b類截面由查表得φy=0.734

初選2[20a：A=2×28.84=57.68cm2

、iy=7.86cm

I1=128cm4

、 i1=2.11cm、z0=2.01cm繞實(shí)軸驗(yàn)算：3、確定分肢間距（虛軸）：取L45×45×4

暫取距b=350mm

近似、經(jīng)驗(yàn)值4、繞虛軸的整體穩(wěn)定驗(yàn)算、剛度驗(yàn)算：及時驗(yàn)算！5、分肢穩(wěn)定驗(yàn)算6、綴條及連接計算L45×4：A=3.49cm2imin=0.89cm

ld=(b-2z0)/cos600=310/cos600=620mm連接焊縫計算：采用兩面?zhèn)群?，取hf=4mm。

取lw1=50mmlw2=40mm均滿足:lw,min≤lw≤lw,max【例4.5】已知條件同例題4.4。綴板柱【解】1、確定分肢的截面形式（同例4.4）。2、按繞實(shí)軸的整體穩(wěn)定要求選擇分肢截面（同例4.4）。3、確定分肢間距為保證分肢的穩(wěn)定:λ1≤40λ1≤0.5λy=25λy=38.2<50，取50取b=50cm由于截面無削弱，強(qiáng)度滿足要求而無需驗(yàn)算。下面只需驗(yàn)算繞虛軸的整體穩(wěn)定:綴板凈距離不大于:取50cmφx=0.889分肢穩(wěn)定驗(yàn)算（前面已滿足）：λmax=max(λ0x,λy)=38.2<50，取λmax=50λ1=23.7<0.5λmax=0.5×50=25,且不大于40，分肢穩(wěn)定滿足要求。λmax=λy=38.2<[λ]=150滿足剛度要求。綴板尺寸：由剛度定取300mm取12mm綴板尺寸：—460×300×12

綴板剛度驗(yàn)算（可不驗(yàn)算）：連接焊縫：采用三面圍焊。由于綴板受力很小，取hf=6mm，粗略且偏安全地僅計豎直焊縫，驗(yàn)算如下：

Af=0.7×0.6×30=12.6cm2

Wf=0.7×0.6×302/6=63cm3連接焊縫：§4－5

柱頭和柱腳一、柱頭（梁與柱的連接－鉸接）（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礎(chǔ)，必須合理構(gòu)造柱頭、柱腳。

設(shè)計原則是：傳力明確、過程簡潔、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠，并具有足夠的剛度且構(gòu)造又不復(fù)雜。柱的頂部與梁連接部分稱為柱頭，其作用是將梁上部結(jié)構(gòu)的荷載傳到柱身，梁與柱為鉸接連接。分為柱頂和柱側(cè)連接。1、柱頂支承梁置于柱頂板上，按梁的支承方式有下列兩種

突緣支座平板支座一．柱頭實(shí)腹柱格構(gòu)柱

梁直接在柱頂板上，荷載通過頂板傳到柱上。梁端板加勁肋對準(zhǔn)柱翼緣放置，使梁上荷裁大部分通過加勁肋傳到柱翼緣上。構(gòu)造簡單，適于兩側(cè)粱支座反力相等或差值較小情況。否則產(chǎn)生偏心彎矩。(1)平板支座

其底部刨平與柱頂板頂緊，使兩側(cè)梁形成一個集中力基本作用于柱中心頂板厚度一般16~20mm。粱支座反力較大時，在突緣加勁肋作用處的頂扳下面，腹板焊加勁肋。(2)突緣支座構(gòu)造設(shè)計實(shí)腹式傳力分析：計算分析：N

墊板

頂板

加勁肋

柱身

端面承壓

端面承壓

端面承壓

水平焊縫

豎向焊縫

a墊板,頂板在梁設(shè)計時決定，由構(gòu)造確定b端面承壓c水平焊縫d豎向焊縫e加勁肋強(qiáng)度如果是格構(gòu)式柱，則需在柱頭兩綴板間設(shè)加勁肋。頂板平面尺寸一般向柱四周外伸20~30mm，便于與柱焊接，相鄰梁間隙10~20mm，安裝就位后，加墊板用螺栓連接兩梁。

格構(gòu)式側(cè)向連接通常是在柱的側(cè)向焊以承托，以支承梁的支座反力，將突緣支座梁的突緣刨平，置于承托上，承托可以用厚鋼板或厚角鋼，承托厚度比突緣支承肋厚5~10mm。粱端支承加勁肋，可用c級螺栓與柱翼相連。螺栓按構(gòu)造要求布置。2．側(cè)向連接承托刨平頂緊承托刨平頂緊梁與柱的剛性連接

梁與柱的半剛性連接

（二）、傳力途徑傳力路線：梁突緣柱頂板

加勁肋柱身焊縫墊板焊縫焊縫柱頂板加勁肋柱梁梁突緣墊板填板填板構(gòu)造螺栓（三）、柱頭的計算(1)梁端局部承壓計算梁設(shè)計中講授(2)柱頂板

平面尺寸超出柱輪廓尺寸15-20mm，厚度不小于14mm。（3）加勁肋

加勁肋與柱腹板的連接焊縫按承受剪力V=N/2和彎矩M=Nl/4計算。N/2l/2l15-20mm15-20mmt≥14mm二、柱腳（一）柱腳的型式和構(gòu)造

實(shí)際的鉸接柱腳型式有以下幾種：1、軸承式柱腳

制作安裝復(fù)雜，費(fèi)鋼材，但與力學(xué)符合較好。樞軸2、平板式柱腳XYN靴梁隔板底板隔板錨栓柱

錨栓用以固定柱腳位置，沿軸線布置2個，直徑20-24mm。肋板b1（二）柱腳計算1.傳力途徑柱靴梁底板混凝土基礎(chǔ)隔板（肋板）實(shí)際計算不考慮cca1Bt1t1Lab1靴梁隔板底板隔板錨栓柱N2.柱腳的計算(1)底板的面積

假設(shè)基礎(chǔ)與底板間的壓應(yīng)力均勻分布。式中：fc--混凝土軸心抗壓設(shè)計強(qiáng)度；βl--基礎(chǔ)混凝土局部承壓時的強(qiáng)度提高系數(shù)。

fc

、βl均按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》取值。An—底版凈面積，An=B×L-A0。Ao--錨栓孔面積，一般錨栓孔直徑為錨栓直徑的

1～1.5倍。cca1Bt1t1ab1靴梁隔板底板La1—構(gòu)件截面高度；t1—靴梁厚度一般為10～14mm；c—懸臂寬度，c=3～4倍螺栓直徑d，d=20～24mm，則L

可求。(2)底板的厚度

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(懸臂板)、兩邊、三邊和四邊支承板。各區(qū)格單位寬度上的最大彎矩為：①一邊支承部分（懸臂板）cca1Bt1t1ab1L②二相鄰邊支承部分：--對角線長度；

--系數(shù)，與有關(guān)。式中：b2/a20.30.40.50.60.70.80.91.01.1≥1.2β0.0260.0420.0560.0720.0850.0920.1040.1110.1200.125cca1Bt1t1ab1La2b2③三邊支承部分：--自由邊長度；

--系數(shù)，與有關(guān)。式中：cca1Bt1t1ab1L當(dāng)b1/a1<0.3時，可按懸臂長度為b1的懸臂板計算。b1/a10.30.40.50.60.70.80.91.01.1≥