軸心受力構(gòu)件五

1、第四章 軸心受力構(gòu)件一、軸心受力構(gòu)件的特點和截面形式軸心受力構(gòu)件包括軸心受壓桿和軸心受拉桿。軸心受力構(gòu)件廣泛應(yīng)用于各種鋼結(jié)構(gòu)之中，如網(wǎng)架與桁架的桿件、鋼塔的主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件、雙跨輕鋼廠房的鉸接中柱、帶支撐體系的鋼平臺柱等等。 實際上，純粹的軸心受力構(gòu)件是很少的，大部分軸心受力構(gòu)件在不同程度上也受偏心力的作用，如網(wǎng)架弦桿受自重作用、塔架桿件受局部風(fēng)力作用等。但只要這些偏心力作用非常?。ㄒ话阏J為偏心力作用產(chǎn)生的應(yīng)力僅占總體應(yīng)力的3以下。）就可以將其作為軸心受力構(gòu)件。 軸心受力的構(gòu)件可采用圖中的各種形式。 其中    a）類為單個型鋼實腹型截面，一般用于受力較小的桿件。其中

2、圓鋼回轉(zhuǎn)半徑最小，多用作拉桿，作壓桿時用于格構(gòu)式壓桿的弦桿。鋼管的回轉(zhuǎn)半徑較大、對稱性好、材料利用率高，拉、壓均可。大口徑鋼管一般用作壓桿。型鋼的回轉(zhuǎn)半徑存在各向異性，作壓桿時有強軸和弱軸之分，材料利用率不高，但連接較為方便，單價低。 b) 類為多型鋼實腹型截面，改善了單型鋼截面的穩(wěn)定各向異性特征，受力較好，連接也較方便。          c) 類為格構(gòu)式截面，其回轉(zhuǎn)半徑大且各向均勻，用于較長、受力較大的軸心受力構(gòu)件，特別是壓桿。但其制作復(fù)雜，輔助材料用量多。二、軸心受拉桿件軸心受拉桿件應(yīng)滿足強度和剛度要求。并從

3、經(jīng)濟出發(fā)，選擇適當(dāng)?shù)慕孛嫘问剑幚砗脴?gòu)造與連接。1、強度計算軸心拉桿的強度計算公式為： （61） 式中：       N  軸心拉力；         An 拉桿的凈截面面積；           f  鋼材抗拉強度設(shè)計值。 當(dāng)軸心拉桿與其它構(gòu)件采用螺栓或高強螺栓連接時，連接處的凈截面強度計算如連接這一章所述。    公式（61）適用于截

4、面上應(yīng)力均勻分布的拉桿。當(dāng)拉桿的截面有局部削弱時，截面上的應(yīng)力分布就不均勻，在孔邊或削弱處邊緣就會出現(xiàn)應(yīng)力集中。但當(dāng)應(yīng)力集中部分進入塑性后，內(nèi)部的應(yīng)力重分布會使最終拉應(yīng)力分布趨于均勻。因而須保證兩點：（1）選用的鋼材要達到規(guī)定的塑性（延伸率）。（2）截面開孔和消弱應(yīng)有圓滑和緩的過渡，改變截面、厚度時坡度不得大于1:4。2、剛度計算為了避免拉桿在使用條件下出現(xiàn)剛度不足、橫向振動 以造成過大的附加應(yīng)力，拉桿設(shè)計時應(yīng)保證具有一定的剛度。普通拉桿的剛度按下式用長細比 來控制。 （62） 式中： 拉桿按各方向計算得的最大長細比； l0 計算拉桿長細比時的計算長度； i   截面的回轉(zhuǎn)半徑（與

5、l0相對應(yīng)）； 容許長細比。按規(guī)范采用。    對于施加預(yù)拉力的拉桿，其容許長細比可放寬到1000。三、軸心受壓桿件軸心壓桿的破壞形式有強度破壞、整體失穩(wěn)破壞和局部失穩(wěn)破壞三種。（一）強度破壞軸心壓桿的截面若無削弱，就不會發(fā)生強度破壞。截面削弱的程度較整體失穩(wěn)對承載力的影響小，也不會發(fā)生強度破壞。如截面削弱的程度較整體失穩(wěn)對承載力的影響大，則會發(fā)生強度破壞。軸心壓桿的強度計算方法同軸心拉桿。（二）整體失穩(wěn)破壞軸心受壓桿的整體穩(wěn)定概述 軸心壓桿的彈性微分方程彎曲失穩(wěn)的極限承載力實腹式軸心壓桿整體穩(wěn)定的實用計算公式格構(gòu)式軸心壓桿整體穩(wěn)定的實用計算公式 1、軸心受壓桿的整體穩(wěn)定概

6、述 整體失穩(wěn)破壞是軸心受壓構(gòu)件的主要破壞形式。有關(guān)軸心壓桿的整體穩(wěn)定問題的理論經(jīng)歷了由理想狀態(tài)桿件的單曲線函數(shù)關(guān)系到實際狀態(tài)桿件多曲線函數(shù)關(guān)系的沿革。 傳統(tǒng)的理想狀態(tài)壓桿的單曲線穩(wěn)定理論認為軸壓桿是理想狀態(tài)的，它在達到臨界壓力 之前沒有橫向位移 ，達到臨界壓力之后 曲線出現(xiàn)分枝。此理論先由歐拉（Euler）提出，后由香萊(Shanley)用切線模量理論完善了分枝后的曲線。其 圖如圖。 由傳統(tǒng)的理論得出的桿件長細比與臨界壓應(yīng)力之關(guān)系圖為單曲線，如圖。這種理論在世界各國一直被沿用到20世紀60年代。 20世紀60年代以后，新的壓桿整體穩(wěn)定理論在大量的試驗基礎(chǔ)上提出。實際情況說明壓桿不可能完全處于理

7、想狀態(tài)，有初彎曲、初偏心、殘余應(yīng)力等多種不利因素的影響。試驗曲線表明，壓桿在承受軸壓力的整個過程中都有側(cè)向位移，只是開始側(cè)向位移較小而接近極限承載力時側(cè)向位移較大，到最后甚至不能收斂。如圖。 大量試驗結(jié)果還表明：壓桿的 關(guān)系并非象傳統(tǒng)理論那樣可以用一根曲線概括，試驗點有相當(dāng)大的分布范圍，如圖。 經(jīng)分析，軸壓構(gòu)件的穩(wěn)定極限承載力受到以下多方面因素的影響： · 構(gòu)件不同方向的長細比. · 截面的形狀和尺寸 · 材料的力學(xué)性能 · 殘余應(yīng)力的分布和大小 · 構(gòu)件的初彎曲和初扭曲 · 荷載作用點的初偏心 · 支座并非理想狀態(tài)的彈性約

8、束力 · 構(gòu)件失穩(wěn)的方向等等 由此提出以具有初始缺陷的實際軸心壓桿作為力學(xué)模型，用開口薄壁軸心壓桿的彈性微分方程來研究軸壓桿的穩(wěn)定問題。2、軸心壓桿的彈性微分方程    軸壓桿件的彈性微分方程為： （63a） （63b）        （63c）   式中： N 軸心壓力；    Ix 、Iy 對主軸x-x和y-y的慣性矩； 扇性慣性矩；，其中 為以扭轉(zhuǎn)中心為極的扇性坐標； 截面的抗扭常數(shù)； u、v、 構(gòu)件剪力中心軸的三個初始位移分量，即考慮初彎曲和初扭曲等初始缺陷； x0

9、、 y0 剪力中心坐標； （64） （65） 截面上的殘余應(yīng)力，以拉應(yīng)力為正。 對于桿件的對稱與否可分為：· 雙軸對稱截面的彎曲失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn)失穩(wěn) · 單軸對稱截面的彎曲失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn)失穩(wěn) · 不對稱截面的彎曲失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn)失穩(wěn) · 軸壓桿整體失穩(wěn)的三種形式 3、彎曲失穩(wěn)的極限承載力 1）彎曲失穩(wěn)極限承載力的準則 按彈性微分方程求解軸壓桿的彎曲失穩(wěn)極限承載力，目前常用的準則有二種。一種采用邊緣纖維屈服準則，即當(dāng)截面邊緣纖維的應(yīng)力達到屈服點時就認為軸心受壓構(gòu)件達到彎曲失穩(wěn)極限承載力。另一種則采用穩(wěn)定極限承載力理論，即當(dāng)軸心受壓構(gòu)件的壓力達到圖6.4所示極值型失穩(wěn)的頂點

10、時，才達到了彎曲失穩(wěn)極限承載力。2） 界應(yīng)力 cr按邊緣纖維屈服準則的計算方法 彎曲變形的微分方程為（66a），即 （a） 假定壓桿為兩端簡支，桿軸具有正弦曲線的初彎曲，即 ，式中 為壓桿中點的最大初撓度。由上式可解得壓桿中點的最大撓度為 （614） 式中： NEx 繞軸xx的歐拉臨界力。 由邊緣纖維屈服準則可得 （615） 將式（614）代入上式，并解出平均應(yīng)力 后，即得佩利（perry）公式 （616） 式中： 初始偏心率； （617） 歐拉應(yīng)力。 給定 即可由式求得 關(guān)系。我國冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范采用了這個方法，并用下式計算 ，稱為軸心壓桿穩(wěn)定系數(shù) 。 （618） 式中： 軸心壓桿穩(wěn)

11、定系數(shù)； 相對長細比； （619） 按表62取用。（相關(guān)知識2）初 偏 心 率 表62 鋼材牌號 Q235       Q345       3） 界應(yīng)力cr 按穩(wěn)定極限承載力理論的計算方法軸心受壓構(gòu)件考慮初始缺陷后的受力屬于壓彎狀態(tài)，用數(shù)值積分法求解微分方程，可以考慮影響軸心壓桿穩(wěn)定極限承載力的許多因素，如截面的形狀和尺寸、材料的力學(xué)性能、殘余應(yīng)力的分布和大小、構(gòu)件的初彎曲和初扭曲、荷載作用點的初偏心、構(gòu)件的失穩(wěn)方向等等，因此是比較精確的方法。我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范采用了這個方法。 圖是12種不同

12、截面尺寸，不同殘余應(yīng)力值和分布以及不同鋼材牌號的軸心受壓構(gòu)件用上述方法計算得到的 曲線。 從圖中可以看出，由于截面形式以及初始缺陷等因素的影響，軸心受壓構(gòu)件的柱子曲線分布在一個相當(dāng)寬的帶狀范圍內(nèi)。軸心受壓構(gòu)件的試驗結(jié)果也說明了這一點，見圖。因此，用單一柱子曲線，即用一個變量（長細比 ）來反映顯然是不夠合理的?，F(xiàn)在已有不少國家包括我國在內(nèi)已經(jīng)采用多條柱子曲線。 我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范采用的方法為：考慮 l/1000 的初彎曲，選用不同的截面形式、不同的殘余應(yīng)力模式計算出近200條柱子曲線，這些曲線呈相當(dāng)寬的帶狀分布。然后根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計原理，將這些柱子曲線分成a、b、c三組。這三條平均曲線以其95的信賴

13、度全部覆蓋了這些曲線所組成的分布帶。具體見柱子曲線。（相關(guān)知識如下）軸壓構(gòu)件柱子曲線和截面分類 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定采用將各種截面分成a、b、c三組，各柱子曲線為： 當(dāng) 時 （620） 當(dāng)時 式中： 、 、 系數(shù)，根據(jù)不同曲線類別按63取用。 系數(shù) 、 、 表63 曲線類別 a 0.41 0.986 0.152 b 0.65 0.965 0.300 c 0.73 0.906 0.595 1.216 0.302 這一方法及以上參數(shù)可用于計算機編程計算，而實際計算則是用更簡便的查表法。 對于彎扭失穩(wěn)的穩(wěn)定極限承載力，經(jīng)過大量的計算和比較，規(guī)范認定可以按c曲線計算。這是軸壓桿彎扭失穩(wěn)的簡化計算方法。 &#

14、160;  軸心受壓構(gòu)件的截面分類（板厚tf < 40mm） 表64（a） 截面形式和對應(yīng)軸 類別  a類  b類        c類    無任何對稱軸的截面，對任意軸 板件厚大于40mm的焊接實腹截面，對任意軸 4、實腹式軸心壓桿整體穩(wěn)定的實用計算公式 根據(jù)上面所述并考慮安全度后，實腹式軸心壓桿可按下式計算其整體穩(wěn)定性 （6-22） 式中：   壓桿的毛截面面積；           

15、軸心壓桿穩(wěn)定系數(shù)，根據(jù)壓桿的長細比 和截面分類查表確定。5、格構(gòu)式軸心壓桿整體穩(wěn)定的實用計算公式 圖所示為兩種不同的格構(gòu)式構(gòu)件。左側(cè)兩個為綴條構(gòu)件，構(gòu)件的兩個肢用綴條連系；右側(cè)為綴板構(gòu)件，構(gòu)件的兩個肢用綴板連系。 雙肢格構(gòu)截面有兩個軸，一個軸橫穿綴條或綴板平面（如圖中的軸x-x）稱為虛軸，另一個軸橫穿兩個肢（如圖中的 軸y-y）稱為實軸。 工程上也用到三肢柱和四肢柱。這類柱截面的兩個軸都是虛軸。 格構(gòu)式壓桿繞實軸失穩(wěn)時，它的整體穩(wěn)定性與實腹式壓桿相同，因此其整體穩(wěn)定的實用計算公式可同樣采用式（622）。 格構(gòu)式壓桿繞虛軸失穩(wěn)時，其整體穩(wěn)定性與實腹式壓桿不同，應(yīng)該考慮在剪力作用下，柱肢和綴條或綴

16、板變形的影響。根據(jù)近似的理論分析，兩端鉸接的綴條壓桿在彈性階段繞虛軸屈曲的臨界應(yīng)力為 （6-23） 式中： A 桿肢截面面積之和；    A1x壓桿截面中垂直于x軸的各斜綴條毛截面面積之和； 斜綴條對壓桿橫截面的傾角； 兩柱肢作為整體對軸x-x（虛軸）的長細比。 上式等號右邊分母的第二項表示在剪力作用下，柱肢和綴條變形的影響。由于 一般在45°左右，代入上式可得 其中 對于綴板式壓桿，用同樣原理可得綴板式壓桿的換算長細比 式中： 單肢對平行于 x軸的自身形心軸（即上圖中的11軸）的長細比。 綜上所述，格構(gòu)式軸心壓桿整體穩(wěn)定的實用計算公式為   

17、  式中： 軸心壓桿穩(wěn)定系數(shù)，對于實軸由長細比 按實腹截面采用，對于虛軸，按相關(guān)知識4求得換算長細比，再查表（b類）求 。（兩種不同的格構(gòu)式構(gòu)件圖）格構(gòu)式構(gòu)件的換算長細比計算公式 52 項次 構(gòu)件截面形式 綴材類別 計算公式 符號意義 1 綴板 整個構(gòu)件對 x 和 y 軸的長細比。 單肢對最小剛度軸11的長細比，其計算長度取：焊接時，為相鄰兩綴板間的凈距離；螺栓連接時，為相鄰兩綴板邊緣螺栓的最近距 離。 構(gòu)件橫截面中，垂直于 x 和 y 軸的各斜綴條毛截面面積之和。 A1構(gòu)件橫截面中各斜綴條毛截面面積之和。 構(gòu)件橫截面內(nèi)綴條所在平面與x軸的夾角。 2 綴條   3 綴板 &

18、#160;   4 綴條 5 綴條 （三）局部失穩(wěn)破壞概述 軸心壓桿翼緣和腹板的局部穩(wěn)定軸心受力圓管截面壓桿的局部穩(wěn)定1、概述 實腹式軸心壓桿的受壓翼緣和腹板與受彎構(gòu)件的受壓翼緣和腹板一樣，有局部穩(wěn)定問題。軸心壓桿翼緣和腹板的局部穩(wěn)定可以作為理想受壓平板按屈曲問題來研究，也可以作為有初始撓度的受壓平板按穩(wěn)定極限承載力問題來研究。 我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范以受壓平板的屈曲為失穩(wěn)準則，不利用受壓平板的超屈曲強度，設(shè)計時把屈曲應(yīng)力作為設(shè)計應(yīng)力。具體方法是限制翼緣和腹板的寬厚比。（相關(guān)知識5）     我國薄壁型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范對于四邊支承板則利用受壓平板的超屈曲強度，

19、設(shè)計時采用有效寬厚比和有效截面的概念。其余情況仍以屈曲為失穩(wěn)準則，設(shè)計時把屈曲應(yīng)力作為設(shè)計應(yīng)力。其具方法及有效寬厚比的計算可參見冷彎薄壁鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范。 2、軸心壓桿翼緣和腹板的局部穩(wěn)定 軋制型鋼如工字鋼、槽鋼、角鋼等截面中的板厚一般都比較大，局部穩(wěn)定問題不嚴重。但焊接截面則不同，板件的寬厚比可以很大，這時必須考慮局部穩(wěn)定問題。 焊接截面一般都存在比較大的殘余應(yīng)力。例如，焊接工字形截面的翼緣，在與腹板交界處會有很大甚至達到材料屈服點的焊接拉應(yīng)力。這個焊接應(yīng)力隨著離腹板距離的增加而迅速減小，并會出現(xiàn)殘余應(yīng)力區(qū)。殘余應(yīng)力的存在必定會影響板件的局部穩(wěn)定?？墒悄壳暗难芯慷己雎詺堄鄳?yīng)力的影響，即將板件的

20、應(yīng)力假設(shè)為均勻分布的，其好處是使問題得到簡化。 根據(jù)彈性理論，在縱向均勻受壓下板的彈塑性屈曲微分方程為： （624） 解得板件的臨界應(yīng)力可用下列通式表示 （625） 式中： b/t 板件的寬厚比；k屈曲系數(shù)，取決于板件周邊的支承條件、正應(yīng)力 的分布規(guī)律和板件的長寬比 a/b； 板件周邊的嵌固影響系數(shù)； 材料的切線橫量系數(shù)、等于切線模量與彈性模量的比值。 通過焊接工字形截面軸壓桿局部穩(wěn)定試驗結(jié)果的分析，認為在焊接工字形截面的板件中，嵌固影響系數(shù) 和屈曲系數(shù) k 可取用如下： 翼緣（三邊支承、一邊自由，縱向均勻受壓） 腹板（四邊支承，縱向均勻受壓） 將上述數(shù)據(jù)代入式（625），即可得到軸

21、心受力工字形截面壓桿翼緣和腹板的屈曲應(yīng)力。 按照不允許出現(xiàn)局部失穩(wěn)準則，軸壓實腹構(gòu)件的板件應(yīng)滿足 ，即 轉(zhuǎn)變成對板件寬厚比的限制，上式則變?yōu)椋?將各種狀況的 代入，得到軸心受壓實腹構(gòu)件的板件寬厚比限值表（表65）。軸心受壓實腹構(gòu)件寬厚比限值 表65 截面及板件尺寸 寬厚比限值     注：表中的 小于30時取30，大于100時取100。3、軸心受力圓管截面壓桿的局部穩(wěn)定 軸心受壓的圓管也有管壁局部屈曲問題。在彈性范圍內(nèi)，管壁局部屈曲應(yīng)力的理論值為 式中的 t/D 是圓形管壁厚和外部直徑的比值。 值得注意的是圓管的局部穩(wěn)定性質(zhì)與板件的局部穩(wěn)定性質(zhì)剛好相反，它受初始變形等的影響

22、特別明顯，而且沒有超屈曲強度可以利用，因此實際的局部穩(wěn)定臨界應(yīng)力比局部屈曲應(yīng)力的理論值低得多。 我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定圓管的D/t值應(yīng)滿足下式要求 四、實腹式軸心受壓構(gòu)件本節(jié)主要介紹軸心受壓實腹柱的設(shè)計。在第一節(jié)中已經(jīng)提到，柱與壓桿在受力性質(zhì)和計算方面并無區(qū)別，因此本節(jié)內(nèi)容同樣適用于軸心受壓桿件。 軸心受壓實腹柱的設(shè)計包括以下一些主要內(nèi)容：      截面選擇；      強度驗算；      整體穩(wěn)定驗算；      局部穩(wěn)定驗算；

23、     剛度驗算；      其他構(gòu)件與柱的連接節(jié)點設(shè)計；      柱腳設(shè)計。    本節(jié)主要介紹前五項內(nèi)容，第見梁與柱的連接、項見柱腳。1、截面選擇(1) 截面形式 確定軸心受壓實腹柱的截面形式時，應(yīng)考慮以下幾個原則：面積的分布應(yīng)適當(dāng)遠離軸線，以增加截面的慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑。在保證局部穩(wěn)定的條件下，提高柱的整體穩(wěn)定性和剛度；在兩個主軸方向的長細比應(yīng)盡可能接近，即 ，以達到經(jīng)濟效果；便于與其他構(gòu)件連接；構(gòu)造簡便，制造省工；選用能夠供應(yīng)的鋼材規(guī)格等等。 &

24、#160;  軸心受壓實腹柱宜采用雙軸對稱截面。不對稱截面的軸心壓桿會發(fā)生彎扭失穩(wěn)，往往不很經(jīng)濟。軸心受壓實腹柱常用的截面形式有工字形、管形、箱形等。其優(yōu)缺點見表66。 (2) 截面的初步選擇 設(shè)計截面時，首先要根據(jù)使用要求和上述原則選擇截面形式，確定鋼號，然后根據(jù)軸力設(shè)計值 N 和兩個主軸方向的計算長度（ l0x和l0y）初步選定截面尺寸。具體步驟如下： 1）假定柱的長細比 ，一般在60100范圍內(nèi)，當(dāng)軸力大而計算長度小時，取較小值，反之取較大值。如軸力很小， 可取容許長細比。根據(jù) 及截面分類查得 值，按下式計算所需的截面面2）求截面兩個主軸方向所需的回轉(zhuǎn)半徑 ， 再根據(jù)截面的近似

25、回轉(zhuǎn)半徑求截面輪廓尺寸，即求高度 h和寬度b1 ， 式中 、 分別為系數(shù)，表示 h、b1 和回轉(zhuǎn)半徑 ix、iy間的近似數(shù)值關(guān)系。例如，由三塊鋼板組成的工字形截面，有 ，    3）由 As 和 h、b1 ，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。實腹式軸壓桿常用截面形式及其優(yōu)缺點 表6-6 截面圖形、名稱 優(yōu)點 缺點   省工、價廉 ix ，iy 相差很大，當(dāng) l0x ，l0y 接近時很不經(jīng)濟   省工，雙向 ix ， iy 接近，經(jīng)濟性好 規(guī)格有限制   雙向 ix ， iy 接近，經(jīng)濟性好，截面組合靈活，便

26、于自動焊 增加加工焊接工作量   加工量較少，材料單價較低 用材增多，截面形式、尺寸均受限制，連接復(fù)雜   ix 和 iy 相同或接近（矩形管），回轉(zhuǎn)半徑大，抗壓穩(wěn)定性好，用材省，抗扭剛度大 圓管單價較高，與其它構(gòu)件連接時相對較繁 2、截面驗算(1) 強度驗算強度驗算公式為 式中： N  軸心壓力設(shè)計值； An 壓桿的凈截面面積； f  鋼材的抗壓強度設(shè)計值。  當(dāng)軸壓桿與其他桿件連接采用螺栓或高強度螺栓時，連接處的強度驗算應(yīng)按有關(guān)公式進行。 (2) 整體穩(wěn)定驗算 整體驗算公式為： ，驗算整體穩(wěn)定時，應(yīng)對截面的兩個主軸方向進行驗算。 (3) 局

27、部穩(wěn)定驗算 局部穩(wěn)定驗算應(yīng)根據(jù)截面形式按表進行。 軸心受壓實腹構(gòu)件寬厚比限值 表65 截面及板件尺寸 寬厚比限值     注：表中的 小于30時取30，大于100時取100。(4) 剛度驗算 剛度驗算公式為 式中：      容許長細比。壓桿長細比過大在桿件運輸、安裝和使用過程中易變形，故需加以限制。3、構(gòu)造要求當(dāng)實腹柱的腹板計算高度 h0 與 tw 厚度之比大于80時，應(yīng)設(shè)置成對的橫向加勁肋（圖）橫向加勁肋的作用是防止腹板在施工和運輸過程中發(fā)生變形，并可提高柱的抗扭剛度。橫向加勁肋的間距不得大于 3h0 ，外伸寬度 bs不小于 h0

28、/30+40cm ，厚度tw 應(yīng)不小于bs/15 。（圖） 當(dāng)實腹柱的腹板因?qū)捄癖却笥诒?5的限值而采用縱向加勁肋加強時，縱向加勁肋應(yīng)成對配置，其一側(cè)外伸寬度不應(yīng)小于 10tw ，厚度不應(yīng)小于 0.75tw 。 除工字形截面外，其余截面的實腹柱應(yīng)在受有較大水平力處、在運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9倍，也不得大于8m。    軸心受壓實腹柱的縱向焊縫（如工字形截面柱中翼緣與腹板的連接焊縫）受力很小，不必計算，可按構(gòu)造要求確定焊腳尺寸。五、格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件軸心受壓格構(gòu)柱的設(shè)計包括以下一些主要內(nèi)容：    

29、;     截面選擇；         強度驗算         整體穩(wěn)定驗算；         單肢驗算；         剛度計算；         綴條或綴板設(shè)計；    &

30、#160;    連接節(jié)點設(shè)計；         柱腳設(shè)計。   本節(jié)主要介紹六項內(nèi)容。1、截面選擇（1）截面形式 軸心受格構(gòu)柱一般采用雙軸對稱對稱截面。常用的截面形式是用兩根槽鋼或工字鋼作為肢件（圖ac），有時也采用四個角鋼或三個圓管作為肢件（圖d、e）。格構(gòu)柱的優(yōu)點是肢件間的距離可以調(diào)整，能使構(gòu)件對兩個主軸的穩(wěn)定性相等。工字鋼作為肢件的截面一般用于受力較大的構(gòu)件。用四個角鋼作肢件的截面形式往往用于受力較小而長細比較大的構(gòu)件。肢件采用槽鋼時，宜采用圖a的形式，在輪廓尺寸相同的情況下，

31、可得到較大的慣性矩 Ix，比較經(jīng)濟而且外觀平整，便于和其他構(gòu)件連接。 綴條式格構(gòu)柱常采用角鋼作為綴條。綴條可布置成不帶橫桿的三角形體系或帶橫桿的三角形體系。 綴板式格構(gòu)柱常采用鋼板作為綴板。 （2）截面的初步選擇 設(shè)計截面時，首先應(yīng)根據(jù)使用要求、受力大小和材料供應(yīng)情況等選擇柱的形式。中、小型柱可用綴條柱或綴板柱，大型柱宜采用綴條柱。然后根據(jù)軸力 N 和兩個主軸方向的計算長度（ l0x和l0y ）初步選定截面尺寸。具體步驟如下： 計算對實軸的整體穩(wěn)定，用與實腹柱相同的方法和步驟選出肢件的截面規(guī)格。 計算對虛軸的整體穩(wěn)定以確定兩肢間的距離。 為了獲得等穩(wěn)定性，應(yīng)使 （ x為虛軸，y 為實軸）。用換

32、算長細比的計算公式，即可解得格構(gòu)柱的 ，對于雙肢格構(gòu)柱則有 綴條柱 綴板柱 由 求出對虛軸所需的回轉(zhuǎn)半徑 ，可得柱的 。2、截面驗算（1）強度驗算 強度驗算公式與實腹柱相同。柱的凈截面面積 An不應(yīng)計入綴條或綴板的截面面積。 （2）整體穩(wěn)定驗算 分別對實軸和虛軸驗算整體穩(wěn)定性。對實軸作整體穩(wěn)定驗算時與實腹柱相同。對虛軸作整體穩(wěn)定驗算時，軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù) 應(yīng)按換算長細比 查出。換算長細比 ，則按相關(guān)知識表中的有關(guān)公式計算。 （3）單肢驗算格構(gòu)柱在兩個綴條或綴板相鄰節(jié)點之間的單肢是一個單獨的軸心受壓實腹構(gòu)件。它的長細比為 ，其中 l01為計算長度，對綴條柱取綴條節(jié)點間的距離，對綴板柱焊接時取綴

33、板間的凈距離（圖）；螺栓連接時，取相鄰兩綴板邊緣螺栓的最近距離； i1 為單肢的最小回轉(zhuǎn)半徑，即圖中單肢繞11軸的回轉(zhuǎn)半徑。為了保證單肢的穩(wěn)定性不低于柱的整體穩(wěn)定性，對于綴條柱應(yīng)使 不大于整個構(gòu)件最大長細比 （即 和 中的較大值）的0.7倍；對于綴板柱，由于在失穩(wěn)時單肢會受彎矩，所以對單肢 應(yīng)控制得更嚴格些，應(yīng)不大于40，也不大于整個構(gòu)件最大長細比 的0.5倍（當(dāng) 時，取 ）。（4）綴條、綴板設(shè)計格構(gòu)柱的綴條和綴板的實際受力情況不容易確定。柱受力后的壓縮、構(gòu)件的初彎曲、荷載和構(gòu)造上的偶然偏心，以及失穩(wěn)時的撓曲等均使綴條和綴板受力。通?？上裙浪阒鶕锨鷷r產(chǎn)生的剪力，然后計算由此剪力引起的綴條和綴板

34、的內(nèi)力。 軸心壓桿在受力彎曲后任意截面上的剪力 V （圖）為 因此，只要求出軸心壓桿的撓曲線 y 即可求得截面上的剪力V ?？紤]桿件的初始彎曲和荷載作用點的偶然偏心等因素，可求出撓曲線 y 。我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范根據(jù)對不同鋼號壓桿所做了計算結(jié)果，經(jīng)分析后得到了計算剪力 V 的實用計算公式 （629） 所得到的 V 假定沿構(gòu)件全長不變，如圖示。    有了剪力后，即可進行綴條和綴板的計算 1）綴條的計算 綴條的內(nèi)力可與桁架的腹桿一樣計算。如圖，一個斜綴條的內(nèi)力 Nt 為 （630） 式中： V1 分配到一個綴條面上的剪力；     n 承受剪力 V

35、1的斜綴條數(shù)，對單綴條 n=1 ，對交叉綴條 n=2 ；          綴條的傾角，見圖。 由于剪力方向的不定，斜綴條可能受壓也可能受拉，所以應(yīng)一律按軸心受壓構(gòu)件設(shè)計。綴條采用單角鋼時，由于通常都用單面連接，受力不可避免會有偏心。因此單角鋼綴條按軸心受壓構(gòu)件計算穩(wěn)定性時，鋼材的強度設(shè)計值應(yīng)乘以折減系數(shù) ，以考慮偏心的不利影響。 按以下情況分別考慮： 等邊角鋼 （631a） 短邊相連的不等邊角鋼 （631b） 長邊相連的不等邊角鋼   當(dāng)按式（631a）和式（631b）算得的 大于1.0時，取 。式中的

36、 為按角鋼的最小回轉(zhuǎn)半徑計算的長細比。當(dāng) 時，取 。 計算綴條與柱的連接時，連接強度設(shè)計值的折減系數(shù)應(yīng)采用0.85。    橫綴條主要用來減小單肢的計算長度，其受力可取 V1 ，截面一般與斜綴條相同。2）綴板的計算 綴板柱猶如一多層剛架，當(dāng)它彎曲時，可假定綴板中點以及綴板之間各肢件的中點為反彎點（圖），從柱中取出脫離體如圖b，則可得綴板所受的剪力 T 和端部彎矩 M 為 （632） （633） 式中： a 綴板中心線間的距離；     c 肢件軸線間的距離。    綴板的強度以及綴板與肢件連接處的角焊縫應(yīng)按上述內(nèi)力驗算。綴板

37、的尺寸應(yīng)使同一截面處綴板的線剛度之和不小于柱較大單肢線剛度的6倍。（5）剛度驗算     剛度驗算公式同式（62）。為了避免拉桿在使用條件下出現(xiàn)剛度不足、橫向振動 以造成過大的附加應(yīng)力，拉桿設(shè)計時應(yīng)保證具有一定的剛度。普通拉桿的剛度按下式用長細比 來控制。 （62） 式中： 拉桿按各方向計算得的最大長細比； l0 計算拉桿長細比時的計算長度； i   截面的回轉(zhuǎn)半徑（與 l0相對應(yīng)）； 容許長細比。按規(guī)范采用。    對于施加預(yù)拉力的拉桿，其容許長細比可放寬到1000。3、構(gòu)造規(guī)定為了增強桿件的整體剛度，保證桿件截面的形狀不變，桿件除

38、在受有較大的水平力處設(shè)置橫膈外，尚應(yīng)在運輸單元的端部設(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，如圖所示。六、梁與柱的連接1、設(shè)計原則單個構(gòu)件必須通過相互聯(lián)接，才能形成結(jié)構(gòu)整體；而即使每個構(gòu)件滿足了安全使用的要求，連接節(jié)點的破壞也將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體的破壞，因此可見連接節(jié)點設(shè)計的重要性。由于連接節(jié)點處于復(fù)雜的受力狀態(tài)中，無法精確地確定其工作狀況，給設(shè)計帶來不少困難，所以，在處理連接節(jié)點時，要求遵循下列基本原則： 1）安全可靠。應(yīng)盡可能使受力分析接近于實際工作狀況，采用和構(gòu)件實際連接狀況相符或相接近的計算簡圖；連接處應(yīng)有明確的傳力路線和可靠的構(gòu)造保證。 2）

39、便于制作、運輸、安裝。減少節(jié)點類型；拼接的尺寸應(yīng)留有調(diào)節(jié)的余地；盡量方便施工時的操作，如：避免工地焊縫的仰焊、設(shè)置安裝支托等。 3）經(jīng)濟合理。對于用材、制作、施工等綜合考慮后確定最經(jīng)濟的方法，而不應(yīng)單純理解為用鋼量的節(jié)省。 梁與柱的連接節(jié)點可以歸納為鉸接與剛接兩大類，實際的處理方法是各不相同的，軸壓柱與梁的連接一般均用鉸接。2、梁與柱的鉸接連接（1）梁支承于柱頂?shù)你q接連接 圖是梁支承于柱頂?shù)你q接構(gòu)造圖。梁的反力通過柱的頂板傳給柱；頂板一般取16mm20mm厚，與柱用焊縫相連；梁與頂板用普通螺栓相連。 圖a中，梁支承加勁肋對準柱的翼緣，使梁的支承反力直接傳遞給柱的翼緣。相鄰梁之間留一空隙，以便安

40、裝時有調(diào)節(jié)余地。最后用夾板和構(gòu)造螺栓相連，有助于防止單梁的傾側(cè)。這種連接形式傳力明確，構(gòu)造簡單，施工方便，但當(dāng)兩相鄰梁反力不等時即引起柱的偏心受壓，一側(cè)梁傳遞的反力很大時，還可能引起柱翼緣的局部屈曲。 圖b中，梁的反力通過突緣加勁肋作用于柱的軸線附近，即使兩相鄰梁反力不等，柱仍接近軸心受壓。突緣加勁肋底部應(yīng)刨平頂緊于柱頂板；柱腹板是主要受力部分，其厚度不能太??；在柱頂板之下，應(yīng)設(shè)置加勁肋，加勁肋要有足夠的長度，以滿足焊縫長度的要求和應(yīng)力均勻擴散的要求；兩相鄰梁之間應(yīng)留一些空隙便于安裝時調(diào)節(jié)，最后嵌入合適的墊板并用螺栓相連。 （2）梁支承于柱側(cè)的鉸接連接 在多層框架中，橫梁與柱只能在柱側(cè)相連，其

41、鉸接構(gòu)造如圖所示。 如圖a所示的連接，只能用于梁的反力較小的情況。這時，梁可不設(shè)支承加勁肋，直接擱置在柱的牛腿上，用普通螺栓相連；梁與柱側(cè)間留一空隙，用角鋼和構(gòu)造螺栓相連。這種連接形式比較簡單，施工方便。 當(dāng)梁反力較大時，可采用圖b的做法。梁的反力由端加勁肋傳給支托；支托采用厚鋼板（其厚度應(yīng)大于加勁肋的厚度）或加勁后的角鋼，與柱側(cè)用焊縫相連；梁與柱側(cè)仍留一空隙，安裝后用墊板和螺栓相連。 當(dāng)兩鄰梁反力相差較大時，可采用圖c的連接形式，梁的反力通過柱的腹板傳遞，使柱仍接近軸心受力狀態(tài)。七、柱腳1、形式與構(gòu)造    柱腳的作用是把柱下端固定并將其內(nèi)力傳給基礎(chǔ)。由于混凝土

42、的強度遠比鋼材低，所以，必須把柱的底部放大，以增加其與基礎(chǔ)頂部的接觸面積。柱腳按其與基礎(chǔ)的連接方式不同，又分為鉸接和剛接兩種。前者主要承受軸心壓力，后者主要用于承受壓力和彎矩。     圖是常用的鉸接柱腳的幾種形式，主要用于軸心受壓柱。當(dāng)柱軸力較小時，可采用圖a的形式，柱通過焊縫將壓力傳給底板，底板將此壓力擴散至混凝土基礎(chǔ)。底板是柱腳不可缺少的部分，在軸心受壓柱柱腳中，底板接近正方形。當(dāng)柱軸力較大時，需要在底板上采取加勁措施，以防在基礎(chǔ)反力作用下底板抗彎剛度不夠。另外，還應(yīng)使柱端與底板間有足夠長的傳力焊縫，這時，常用的柱腳形式如圖b、c、d所示。柱端通過豎焊縫將力傳給靴梁，靴梁通過底部焊縫將