鋼結(jié)構(gòu)演示ppt課件

1、1,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,1 截面設(shè)計(jì)原則,等穩(wěn)定性原則,寬肢薄壁,課程回顧：實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計(jì),制造省工,連接方便,2. 截面選擇,2）求截面兩個(gè)主軸方向所需的回轉(zhuǎn)半徑,1）確定所需的截面面積。假定長細(xì)比 根據(jù)及截面分類查得 值，按下式計(jì)算所需的截面面積A,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,對(duì)于型鋼截面，根據(jù)A、ix、iy查型鋼表，可選擇型鋼的型號(hào)（附錄4-11）。對(duì)于焊接組合截面，根據(jù)截面的回轉(zhuǎn)半徑求截面輪廓尺寸，

2、即求高度h和寬度b 。（查P383附錄12,3）確定截面各板件尺寸 對(duì)于焊接組合截面，由 A 和 h、b ，根據(jù)構(gòu)造要求、局部穩(wěn)定和鋼材規(guī)格等條件，確定截面所有其余尺寸,h0和b宜取10mm的倍數(shù)，t和tw宜取2mm的倍數(shù)且應(yīng)符合鋼板規(guī)格，tw應(yīng)比t小，但一般不小于4mm,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,3 截面驗(yàn)算,1）強(qiáng)度驗(yàn)算,N 軸心壓力設(shè)計(jì)值； An 壓桿的凈截面面積； f 鋼材抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,6.2.2,2）剛度驗(yàn)算,6.2.4,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Str

3、ucture,第六章 軸心受力構(gòu)件,N軸心壓力設(shè)計(jì)值， A構(gòu)件毛截面面積， 材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度 軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定系數(shù)。按不同公式計(jì)算。與截面類型、構(gòu)件長細(xì)比、所用鋼種有關(guān),3）整體穩(wěn)定驗(yàn)算,6.4.2,4）局部穩(wěn)定驗(yàn)算,對(duì)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,6.5.3,6.5.4,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,軸心受力構(gòu)件的截面形式,a）型鋼截面； b)實(shí)腹式組合截面；c)格構(gòu)式組合截面,軸心受力構(gòu)件的截面形式,實(shí)腹式構(gòu)件比格構(gòu)式構(gòu)件構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造方便，整體受力和抗剪性能好，但截面尺寸較大時(shí)

4、鋼材用量較多；而格構(gòu)式構(gòu)件容易實(shí)現(xiàn)兩主軸方向的等穩(wěn)定性，剛度較大，抗扭性能較好，用料較省,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,6.7 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件,圖6.7.1 格構(gòu)式構(gòu)件,格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件組成,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,6.7 格構(gòu) 式軸 心受 壓構(gòu) 件,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,6.7 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design P

5、rinciples of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,肢件：受力件。由2肢（工字鋼或槽鋼）、4肢（角鋼）、3肢（圓管）組成,圖6.7.2 格構(gòu)式柱的截面型式,綴件：把肢件連成整體，并能承擔(dān)剪力。 綴板：用鋼板組成。 綴條：由角鋼組成橫、斜桿,截面的虛實(shí)軸： 垂直于分肢腹板平面的主軸實(shí)軸； 垂直于分肢綴件平面的主軸虛軸,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,6.7.1 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞實(shí)軸的整體穩(wěn)定,當(dāng)構(gòu)件繞實(shí)軸喪失整體穩(wěn)定時(shí)，格構(gòu)式雙肢軸心受壓構(gòu)件相當(dāng)于兩個(gè)并列的實(shí)腹構(gòu)件，其整體穩(wěn)定承載力的

6、計(jì)算方法與實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件相同,6.7.2 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞虛軸的整體穩(wěn)定,實(shí)腹式軸心受壓構(gòu)件彎曲屈曲時(shí)，剪切變形影響很小，一般可忽略不計(jì)。格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件繞虛軸（x-x）彎曲屈曲時(shí)，兩分肢非實(shí)體相連，連接兩分肢的綴件的抗剪剛度比實(shí)腹式構(gòu)件腹板弱，除彎曲變形外，還需要考慮剪切變形的影響，因此穩(wěn)定承載力有所降低,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,經(jīng)理論分析，可以用換算長細(xì)比0 x代替對(duì)x軸的長細(xì)比x來考慮剪切變形對(duì)臨界荷載的影響。對(duì)于雙肢格構(gòu)式構(gòu)件，換算長細(xì)比為,1.綴條布置體系,兩端鉸接等截面格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)

7、件繞虛軸彎曲屈曲的臨界應(yīng)力為,6.7.1,6.7.3,6.7.2,x構(gòu)件對(duì)虛軸的長細(xì)比；A 構(gòu)件的毛截面面積 A1x 構(gòu)件橫截面所截兩側(cè)斜綴條毛截面面積之和 q 綴條與構(gòu)件軸線間的夾角,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,由于4070之間，在此范圍內(nèi) 的值變化不大（25.632.7），我國設(shè)計(jì)規(guī)范取常數(shù)27,對(duì)于綴板式壓桿，用同樣原理也可得綴板式壓桿的換算長細(xì)比為,6.7.5,2.綴板布置體系,1相應(yīng)分肢長細(xì)比1l1/i1 k綴板與分肢線剛度比值k(Ib/c)/(I1/l1,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Princip

8、les of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,1相應(yīng)分肢長細(xì)比1l1/i1 k綴板與分肢線剛度比值k(Ib/c)/(I1/l1) l1為相鄰兩綴板間的中心距；c為兩分肢的軸線間距； I1，i1為每個(gè)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為構(gòu)件截面中垂直于虛軸的各綴板的慣性矩之和,通常k值較大，當(dāng)k620時(shí)， 2（1+2/k）/12=1.0970.905，即k620的常用范圍，接近于1，為簡(jiǎn)化起見規(guī)范規(guī)定換算長細(xì)比為,6.7.6,1分肢對(duì)最小剛度軸的長細(xì)比1l01/i1 l01-P217,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel

9、Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,max構(gòu)件兩方向長細(xì)比（對(duì)虛軸取換算長細(xì)比）的較大值,1分肢的長細(xì)比1l01/i1,當(dāng)格構(gòu)式構(gòu)件的分肢長細(xì)比滿足下列條件時(shí)，即可認(rèn)為分肢的穩(wěn)定和強(qiáng)度可以滿足而不必再作驗(yàn)算（即能保證分肢的穩(wěn)定和強(qiáng)度高于整體構(gòu)件,6.7.3 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件分肢的穩(wěn)定和強(qiáng)度計(jì)算,6.7.4 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件分肢的局部穩(wěn)定,分肢為軋制型鋼一般可以滿足，焊接組合截面應(yīng)驗(yàn)算翼緣和腹板的寬（高）厚比,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,1. 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的剪力,6.7.5 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的綴

10、件的設(shè)計(jì),考慮初始缺陷的影響，規(guī)范用以下實(shí)用公式計(jì)算格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件可能產(chǎn)生的最大剪力設(shè)計(jì)值 v P218,軸心壓桿在受力撓曲后 任意截面上的剪力 V 為,圖6.7.3 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的彎矩和剪力,6.7.9,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,2. 綴條的設(shè)計(jì)（穩(wěn)定驗(yàn)算,綴條的最小尺寸不宜小于L454和L56364。橫綴條不受剪力，主要用來減小分肢的計(jì)算長度，截面尺寸與斜綴條相同,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,綴條按軸心受壓構(gòu)件設(shè)

11、計(jì)。綴條采用單角鋼時(shí)，應(yīng)考慮受力偏心的不利影響，引入折減系數(shù)0，并按下式計(jì)算整體穩(wěn)定,6.4.3*,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,綴板與構(gòu)件兩個(gè)分肢組成單跨多層平面剛架體系。當(dāng)它彎曲時(shí)，反彎點(diǎn)分布在各段分肢和綴板中點(diǎn)，從柱中取出隔離體如圖b，則可得綴板所受的剪力Vb1 和端部彎矩Mb1 為,3.綴板的設(shè)計(jì),l1 綴板中心線間 的距離； c 肢件軸線間的 距離,6.7.11,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,綴板的尺寸由剛度條件確定，為了

12、保證綴板的剛度，規(guī)范規(guī)定在同一截面處綴板的線剛度之和不小于構(gòu)件較大單肢線剛度的6倍 P221,一般取,根據(jù)計(jì)算的彎矩Mb1和剪力Vb1 可驗(yàn)算綴板的彎曲強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度以及綴板與分肢的連接強(qiáng)度 (P73,即可滿足上述線剛度比、受力和連接等要求,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,為了增強(qiáng)桿件的整體剛度，保證桿件截面的形狀不變，桿件除在受有較大的水平力處設(shè)置橫膈外，尚應(yīng)在運(yùn)輸單元的端部設(shè)置橫膈，橫膈的間距不得大于柱截面較大寬度的9倍和不得大于8m。橫膈可用鋼板或角鋼做成,6.7.6 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的橫隔和綴件連接構(gòu)造,

13、圖6.7.6 格構(gòu)式構(gòu)件的橫隔,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,思考題： 1.計(jì)算軸心受壓綴條柱時(shí)，如何考慮柱的剪切變形的影響？此時(shí)柱的整體等穩(wěn)定條件是什么,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,答：軸心受壓柱的臨界力 。對(duì)格構(gòu)式綴條柱的虛軸，單位剪切角 較大，剪力產(chǎn)生的剪切變形不能忽略，它將降低整體穩(wěn)定臨界力，因此設(shè)計(jì)中將構(gòu)件計(jì)算長度定為 ， 為放大系數(shù)，以考慮這一不利影響，用換算長細(xì)比 來替代 （x為虛軸）。柱的整體等穩(wěn)定條件為 （y為實(shí)

14、軸,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,2.在綴條式軸心受壓格構(gòu)柱中，為什么要限制單肢的長細(xì)比？如何限制,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,答：為使格構(gòu)柱單肢不先于整體失穩(wěn)，要限制單肢的長細(xì)比。通過保證單肢長細(xì)比 （ 為兩個(gè)主軸方向長細(xì)比中的較大值,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,3.軸心受壓格構(gòu)式構(gòu)件在驗(yàn)算其繞虛軸的整體穩(wěn)定時(shí)采用換算長細(xì)比，是因?yàn)開。 A.格構(gòu)

15、構(gòu)件的整體穩(wěn)定承載力高于同截面的實(shí)腹構(gòu)件B.考慮強(qiáng)度降低的影響 C.考慮剪切變形的影響D.考慮單支失穩(wěn)對(duì)構(gòu)件承載力的影響,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,4.軸心壓桿的關(guān)系曲線 ,由兩個(gè)區(qū)組成， I區(qū)為中小長細(xì)比部分，II區(qū)為大長細(xì)比部分。改變鋼材的種類來提高鋼材的強(qiáng)度，_。 A.可提高兩區(qū)的整體穩(wěn)定承載力B.不能提高兩區(qū)的整體穩(wěn)定承載力C.能提高II區(qū)的整體穩(wěn)定承載力D.只能提高I區(qū)的整體穩(wěn)定承載力,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,1

16、. 截面選擇,6.7.7 格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計(jì),1) 按實(shí)軸（設(shè)為y軸）整體穩(wěn)定條件選擇截面尺寸,設(shè)計(jì)截面時(shí)，當(dāng)軸力設(shè)計(jì)值 N 、計(jì)算長度（ l0 x和l0y）、鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f和截面類型都已知時(shí)，截面選擇分為兩個(gè)步驟：首先按實(shí)軸穩(wěn)定要求選擇截面兩分肢的尺寸，其次按繞虛軸與實(shí)軸等穩(wěn)定條件確定分肢間距,假定長細(xì)比 ，一般在60100范圍內(nèi)，當(dāng)軸力大而計(jì)算長度l0y小時(shí)，取較小值，反之取較大值。根據(jù)y及鋼號(hào)和截面分類查得 值，按下式計(jì)算所需的截面面積A,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,求截面繞實(shí)軸方向所需的回轉(zhuǎn)

17、半徑，如分肢為組合截面時(shí)，則還應(yīng)由iy按附錄12的近似值求出所需截面寬度b=iy/a1,對(duì)于型鋼截面，根據(jù)A、iy查型鋼表，可選擇分肢型鋼的規(guī)格。對(duì)于焊接組合截面，根據(jù)截面的面積和寬度b 初選截面尺寸。以上要進(jìn)行實(shí)軸穩(wěn)定和剛度驗(yàn)算，必要時(shí)還應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算和板件寬厚比驗(yàn)算,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,由x 求出對(duì)虛軸所需的回轉(zhuǎn)半徑ix ，查附錄12可求得兩分肢間的距離h，一般取為10mm的倍數(shù)。（查表時(shí)應(yīng)注意虛實(shí)軸的位置）。兩分肢翼緣間的凈空應(yīng)大于100mm,可得 綴條柱,綴板柱,綴條柱,綴板柱,為了獲得等穩(wěn)定性

18、，應(yīng)使0 x = y 用換算長細(xì)比的計(jì)算公式，即可解得格構(gòu)柱的x，對(duì)于雙肢格構(gòu)柱則有,2)按虛軸（設(shè)為x軸）與實(shí)軸等穩(wěn)定原則確定兩肢間距,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,1）強(qiáng)度驗(yàn)算 強(qiáng)度驗(yàn)算公式與實(shí)腹柱相同。柱的凈截面面積 An不應(yīng)計(jì)入綴條或綴板的截面面積。 （2）剛度驗(yàn)算 （3）整體穩(wěn)定驗(yàn)算 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) 應(yīng)按換算長細(xì)比0 x 查出。 （4）單肢穩(wěn)定驗(yàn)算 （5）綴條、綴板設(shè)計(jì),2. 截面驗(yàn)算,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 De

19、sign Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,例6.4 某廠房柱， l0 xl0y 6m，承受軸心壓力設(shè)計(jì)值N1600kN，鋼材為Q235B，f215N/mm2，擬采用格構(gòu)式柱（ x為虛軸，y 為實(shí)軸），柱肢采用熱軋槽鋼，試設(shè)計(jì)此柱,1、按實(shí)軸（y軸）的穩(wěn)定條件確定分肢截面尺寸,一、綴條柱設(shè)計(jì),設(shè)y 60，對(duì)實(shí)軸按b類查附表1.2,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,需要的截面幾何量為,查P371附表7，初選228b ,其截面特征為,A245.62=91.24cm2，iy1

20、0.5910.6cm， y02.02cm，i12.3cm，I1241.5cm4 柱自重：g235.819.81.21.36572N,式中的1.2為荷載分項(xiàng)系數(shù)，1.3為考慮綴材、柱頭和柱腳等用鋼后柱自重的增大系數(shù),鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,對(duì)實(shí)軸整體穩(wěn)定驗(yàn)算,滿足要求,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,2、按雙軸等穩(wěn)定原則確定兩分肢間距,初選綴條規(guī)格為L454， 一個(gè)角鋼的截面面積為：A13.486cm2 ， 前后兩平面綴條總面積：

21、A1x23.4866.97cm2,需要的繞虛軸的回轉(zhuǎn)半徑ix,由附錄12得ix0.44b 則b11.24/0.4425.54cm，取b 270mm 則兩槽鋼翼緣間凈間距270-284102mm100mm,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,對(duì)虛軸的整體穩(wěn)定驗(yàn)算,回轉(zhuǎn)半徑,繞虛軸的換算長細(xì)比,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,故整體穩(wěn)定性滿足要求,剛度驗(yàn)算,滿足要求,3、單肢穩(wěn)定驗(yàn)算,設(shè)45，則 b-2y0=27-22.02=22.96cm，單

22、肢長細(xì)比,滿足規(guī)范規(guī)定，無須驗(yàn)算分肢剛度、強(qiáng)度和整體穩(wěn)定；分肢采用型鋼，也不必驗(yàn)算其局部穩(wěn)定,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,柱的剪力,4、綴條設(shè)計(jì),每肢斜綴條的內(nèi)力,單根綴條截面面積為A13.486cm2 ，最小回轉(zhuǎn)半徑i0.89cm,長細(xì)比,查表6.4.a截面為b類，查附表1.2得： 0.912,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,折減系數(shù)，綴條采用等邊角鋼時(shí),穩(wěn)定性驗(yàn)算,滿足要求。雖然應(yīng)力富裕較大，但所選綴條截面規(guī)格已屬于最小規(guī)格。綴條無孔洞削弱，不必驗(yàn)算強(qiáng)度,綴條的連接角焊縫采用兩面?zhèn)群?，按?gòu)造要求取hf=4mm；單面連接的單角鋼按軸心受力計(jì)算連接時(shí)，g=0.85。（驗(yàn)算略,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 Design Principles of Steel Structure,第六章 軸心受力構(gòu)件,1、按實(shí)軸的穩(wěn)定條件確定分肢截面尺寸,二、綴板柱設(shè)計(jì),與綴條柱相同，選用228b,A91.24cm2，iy10.5910.6cm，y