格構式柱、柱梁連接

1、精選文檔軸心受壓構件整體彎曲后，沿桿長各截面上將存在彎矩和剪力。對實腹式構件，剪力引起的附加變形很小，對臨界力的影響只占31000左右。因此，在確定實腹式軸心受壓構件整體穩(wěn)定的臨界力時，僅僅考慮了由彎矩作用所產生的變形，而忽視了剪力所產生的變形。對于格構式柱，當繞虛軸失穩(wěn)時，狀況有所不同，因肢件之間并不是連續(xù)的板而只是每隔肯定距離用綴條或綴板聯(lián)系起來。柱的剪切變形較大，剪力造成的附加撓曲影響就不能忽視。在格構式柱的設計中，對虛軸失穩(wěn)的計算，常以加大長細比的方法來考慮剪切變形的影響，加大后的長細比稱為換算長細比。鋼結構設計規(guī)范對綴條柱和綴板柱接受不同的換算長細比計算公式。(1)雙肢綴條柱依據(jù)彈性

2、穩(wěn)定理論，當考慮剪力的影響后，其臨界力的表達為：式中 格構柱繞虛軸臨界力換算為實腹柱臨界力的換算長細比。 （5.25）單位剪力作用下的軸線轉角（單位剪切角）?，F(xiàn)取圖516(a)的一段進行分析，以求出單位剪切角。如圖516(b)所示，在單位剪力作用下一側綴材所受剪力。設一個節(jié)間內兩側斜綴條的面積之和A1，其內力；斜綴條長，則：斜綴條的軸向變形為： A1斜綴條總面積假設變形和剪切角是有限的微小值，則由引起的水平變位為：故剪切角為： （5.26）這里，為斜綴條與柱軸線間的夾角，代入式（5.25）中得： （5.25） （5.27）一般斜綴條與柱軸線間的夾角在400700范圍內，在此常用范圍，的值變化不

3、大(圖5.17)，我國規(guī)范加以簡化取為常數(shù)27，由此得雙肢綴條柱的換算長細比為： （5.28）式中 整個柱對虛軸的長細比（不計綴材）； A 整個柱肢的毛截面面積； A1 一個節(jié)間內兩側斜綴條毛截面面積之和。需要留意的是，當斜綴條與柱軸線間的夾角不在400700范圍內時，值將大27很多，式(528)是偏于擔憂全的，此時應按式(5.27)計算換算長細比。(2)雙肢綴板柱雙肢綴板柱中綴板與肢件的連接可視為剛接，因而分肢和綴板組成一個多層框架，假定變形時反彎點在各節(jié)點的中點圖5.18(a)。若只考慮分肢和綴板在橫向剪力作用下的彎曲變形，取分別體如圖518(b)所示，A為分肢橫截面積之和；l1分肢節(jié)間高

4、度；a分肢軸間距；I1分肢繞弱軸的慣性矩；Ib綴板的慣性矩；可得單位剪力作用下綴板彎曲變形引起的分肢變位為：5423 綴材設計(1)軸心受壓格構柱的橫向剪力格構柱繞虛軸失穩(wěn)發(fā)生彎曲時，綴材要承受橫向剪力的作用。因此，需要首先計算出橫向剪力的數(shù)值后才能進行綴材的設計。圖519所示一兩端鉸支軸心受壓柱，繞虛軸彎曲時，假定最終的撓曲線為正弦曲線，跨中最大撓度為：則沿桿長任一點的撓度為：式中按虛軸換算長細比確定的整體穩(wěn)定系數(shù)。 令N，即得鋼結構設計規(guī)范規(guī)定的最大剪力的計算式： （5.33）在設計中，將剪力V沿柱長度方向取為定值，相當于簡化為圖519(c)的分布圖形。(2)綴條的設計綴條的布置一般接受單

5、系綴條圖520(a)，也可接受交叉綴條圖520(b)。綴條可視為以柱肢為弦桿的平行弦桁架的腹桿，內力與桁架腹桿的計算方法相同。在橫向剪力作用下，一個斜綴條的軸心力為(圖5.20)： （5.34）式中 V1安排到一個綴材面上的剪力； n承受剪力V1的斜綴條數(shù)。單系綴條時，n1；交叉綴條時，n2； 綴條的傾角(圖5. 20)。 由于剪力的方向不定，斜綴條可能受拉也可能受壓，應按軸心壓桿選擇截面。綴條一般接受單角鋼，與柱單面連接，考慮到受力時的偏心和受壓時的彎扭考慮扭轉效應)時，應按鋼材強度設計值乘以下列折減系數(shù)； 按軸心受力計算構件的強度和連接時，0.85。 按軸心受壓計算構件的穩(wěn)定性時 等邊角鋼

6、 06十000l 5A，但不大于10 短邊相連的不等邊角鋼 05十00025，但不大于1.0長邊相連的不等邊角鋼 070為綴條的長細比，對中間無聯(lián)系的單角鋼壓桿、按最小回轉半徑計算，當20時，取20。交叉綴條體系圖520(b)的橫綴條按受壓力NVl計算。為了減小分肢的計算長度，單系綴條圖5. 20(a)也可加橫綴條，其截面尺寸一般與斜綴條相同，也可按容許長細比（=150）確定。(3)綴板的設計綴板柱可視為一多層框架(肢件視為框架立柱，綴板視為橫梁)。當它整體撓曲時，假定各層分肢中點和綴板中點為反彎點圖518(a)。從柱中取出如圖52l(b)所示脫離體，可得綴板內力為： 剪力： （5.35）彎矩

7、（與肢件連接處）： （5.36）式中 綴板中心線間的距離； a肢件軸線間的距離。綴板與肢體間用角焊縫相連，角焊縫承受剪力和扭矩的共同作用。由于角焊縫的強度設計值小于鋼材的強度設計值，故只需用上述M和T驗算綴板與肢件間的連接焊縫。綴板應有肯定的剛度。規(guī)范規(guī)定，同一截面處兩側綴板線剛度之和不得小于一個分肢線剛度的6倍。一般取寬度d2a3圖 521(b)，厚度ta40，并不小于6mm。5424 格構柱的設計步驟格構柱的設計需首先選擇柱肢截面和綴材的形式，按下列步驟進行設計：(1)按對實軸(yy軸)的整體穩(wěn)定選擇柱的截面，方法與實腹柱的計算相同。(2)按對虛軸(xx軸)的整體穩(wěn)定確定兩分肢的距離。為了

8、獲得等穩(wěn)定性，應使兩方向的長細比相等，即使。綴條柱(雙肢)：即： (5.37)綴板柱（雙肢）：即： (5.38)對綴條柱應預先確定斜綴條的截面A1；對綴板柱應先假定分肢長細比。按式(537)或式(538)計算得出后，即可得到對虛軸的回轉半徑：依據(jù)表56，可得柱在綴材方向的寬度，亦可由已知截面的幾何量直接算出柱的寬度b。(3)驗算對虛軸的整體穩(wěn)定性，不合適時應修改柱寬b再進行驗算。(4)設計綴條或綴板(包括它們與分肢的連接)。進行以上計算時應留意：(1) 柱對實軸的長細比和對虛軸的換算長細比均不得超過容許長細比 ；(2)綴條柱的分肢長細比不得超過柱兩方向長細比(對虛軸為換算長細比)較大值的07倍

9、，否則分肢可能先于整體失穩(wěn)；(3)綴板柱的分肢長細比不大于40，并不應大于柱較大長細比的0.5倍（當50時，取=50，亦是為了保證分肢不先于整體構件失去承載力量。543 柱的橫隔格構柱的橫截面為中部空心的矩形，抗扭剛度較差。為了提高格構柱的抗扭剛度，保證柱子在運輸和安裝過程中的截面外形不變，應每隔一段距離設置橫隔。另外，大型實腹柱（工字型或箱型）也應設置橫隔（圖5.22）。橫隔的間距不得大于柱子較大寬度的9倍或8m，而且每個運送單元的端部均應設置橫隔。當柱身某一處受有較大水平集中力作用時，也應在該處設置橫隔，以免柱肢局部受彎。橫隔可用鋼板圖522(a)、(c)、(d)或交叉角鋼圖522(b)做

10、成。工字形截面實腹柱的橫隔只能用鋼板制作，它與橫向加勁肋的區(qū)分在于與翼緣同寬圖522(c)，而橫向加勁肋則通常較窄。箱形截面實腹柱的橫隔，有一邊或兩邊不能預先焊接，可先焊兩邊或三邊，裝配后再在柱壁鉆孔用電渣焊焊接其他邊圖522(d)。例53 設計一綴板柱，柱高6m，兩端鉸接，軸心壓力為l000kN(設計值)，鋼材為Q235鋼，截面無孔眼減弱。解55 柱頭和柱腳單個構件必需通過相互連接才能形成結構整體，軸心受壓柱通過柱頭直接承受上部結構傳來的荷載，同時通過柱腳將柱身的內力牢靠地傳給基礎。最常見的上部結構是梁格系統(tǒng)。梁與柱的連接節(jié)點設計必需遵循傳力牢靠、構造簡潔和便于安裝的原則。551梁與柱的連接

11、梁與軸心受壓柱的連接只能是鉸接，若為剛接，則柱將承受較大彎矩成為受壓受彎柱。梁與柱鉸接時，梁可支承在柱頂上圖525(a)、(b)、(c)。亦可連于柱的側面圖5 25(d)、(e)。梁支于柱頂時，梁的支座反力通過柱頂板傳給柱身。頂板與柱用焊縫連接，頂板厚度一般取1620mm。為了便于安裝定位，梁與頂板用一般螺栓連接。圖525(b)的構造方案，將梁的反力通過支承加勁肋直接傳給柱的翼緣。兩相鄰梁之間留一空隙，以便于安裝，最終用夾板和構造螺栓連接。這種連接方式構造簡潔，對梁長度尺寸的制作要求不高。缺點是當柱頂兩側梁的反力不等時將使柱偏心受壓。圖525(b)的構造方案，梁的反力通過端部加勁肋的突出部分傳

12、結柱的軸線四周，因此即使兩相鄰梁的反力不等，柱仍接近于軸心受壓。梁端加勁肋的底面應刨平頂緊于柱頂板。由于梁的反力大部分傳給柱的腹板，因而腹板不能太薄且必需用加勁肋加強。兩相鄰梁之間可留一些空隙，安裝時嵌入合適尺寸的填板并用一般螺拴連接。對于格構柱圖525(c)，為了保證傳力均勻并托住頂板，應在兩柱肢之間設置豎向隔板。在多層框架的中間梁柱中，橫梁只能在柱側相連。圖525(d)、(e)是梁連接于柱側面的鉸接構造。梁的反力由端加勁肋傳給支托，支托可接受T形圖525(e)，也可用厚鋼板做成圖525(d)，支托與柱翼緣間用角焊縫相連。用厚鋼板做支托的方案適用于承受較大的壓力，但制作與安裝的精度要求較高。

13、支托的端面必需刨平并與梁的端加勁肋頂緊以便直接傳遞壓力?？紤]到荷載偏心的不利影響，支托與柱的連接焊縫按梁支座反力的125倍計算。為便利安裝，梁端與柱間應留空隙加填板并設置構造螺栓。當兩側梁的支座反力相差較大時，應考慮偏心，按壓彎柱計算。圖5.25 梁與柱的鉸接連接552柱腳柱腳的構造應使柱身的內力牢靠地傳給基礎，并和基礎有堅固的連接。軸心受壓柱的柱腳主要傳遞軸心壓力，與基礎的連接一般接受鉸接(圖526)。圖526是幾種常用的平板式鉸接柱腳。由于基礎混凝土強度遠比鋼材低，所以必需把柱的底部放大，以增加其與基礎頂部的接觸面積。圖526 (a)是一種最簡潔的柱腳構造形式，在柱下端僅焊一塊底板，柱中壓

14、力由焊縫傳至底板，再傳給基礎。這種柱腳只能用于小型柱，假如用于大型柱，底板會太厚。一般的鉸接柱腳常接受圖526(b)、(c)、(d)的形式，在柱端部與底板之間增設一些中間傳力零件，如靴梁、隔板和肋板等，以增加柱與底板的連接焊縫長度，并且將底板分隔成幾個區(qū)格，使底板的彎矩減小，厚度減薄。圖526(b)中，靴梁焊于柱的兩側，在靴梁之間用隔板加強，以減小底板的彎矩，并提高靴梁的穩(wěn)定性。圖526(c)是格構柱的柱腳構造。圖526(d)中，在靴梁外側設置肋板，底板做成正方形或接近正方形。布置柱腳中的連接焊縫時，應考慮施焊的便利與可能。例如圖526(b)隔板的里側，圖526(c)、(d)中靴梁中心部分的里

15、側，都不宜布置焊縫。柱腳是利用預埋在基礎中的錨栓來固定其位置的。鉸接柱腳只沿著一條軸線設立兩個連接于底板上的錨栓，見圖526。底板的抗彎剛度較小，錨栓受拉時，底板會產生彎曲變形，阻擋柱端轉動的抗力不大，因而此種柱腳仍視為鉸接。假如用完全符合力學圖形的鉸，將給安裝工作帶來很大困難，而且構造簡單，一般狀況沒有此種必要。鉸接柱腳不承受彎矩，只承受軸向壓力和剪力。剪力通常由底扳與基礎表面的摩擦力傳遞。當此摩擦力不足以承受水平剪力時，應在柱腳底板下設置抗剪鍵(圖527)，抗剪鍵可用方鋼、短T字鋼或H型鋼做成。鉸接柱腳通常僅按承受軸向壓力計算，軸向壓力N一部分由柱身傳給靴梁、肋板等，再傳給底板，最終傳給基

16、礎；另一部分是經(jīng)柱身與底扳間的連接焊縫傳給底板，再傳給基礎。然而實際工程中，柱端難于做到齊平，而且為了便于把握柱長的精確性，柱端可能比靴梁縮進一些圖5.26(c)。(1)底板的計算底板的面積底板的平面尺寸打算于基礎材料的抗壓力量，基礎對底板的壓應力可近似認為是均勻分布的，這樣，所需要的底板凈面積An(底板寬乘長，減去錨栓孔面積)應按下式確定： （5.39）基礎混凝土的抗壓強度設計值；基礎混凝土局部承壓時的強度提高系數(shù)。和均按混凝土結構設計規(guī)范取值。底板的厚度底板的厚度由板的抗彎強度打算。底板可視為一支承在靴梁、隔板和柱端的平板，它承受基礎傳來的均勻反力。靴梁、肋板、隔板和柱的端面均可視為底板的

17、支承邊，并將底板分隔成不同的區(qū)格，其中有四邊支承、三邊支承、兩相鄰邊支承和一邊支承等區(qū)格。在均勻分布的基礎反力作用下，各區(qū)格板單位寬度上的最大彎矩為：a四邊支承區(qū)格： （5.40）式中 q作用于底板單位面積上的壓應力，qNAn； a四邊支承區(qū)格的短邊長度； 系數(shù)，依據(jù)長邊b與短邊a之比按表57取用b三邊支承區(qū)格和兩相鄰邊支承區(qū)格： (541)式中 al對三邊支承區(qū)格為自由邊長度，對兩相鄰邊支承區(qū)格為對角線長度見圖526(b)、(d)； 系數(shù)，依據(jù)b1al值由表58查得。對三邊支承區(qū)格b1為垂直于自由邊的寬度；對兩相鄰邊支承區(qū)格，b1為內角頂點至對角線的垂直距離見圖526(b)、(d)。c.一邊

18、支承區(qū)格（即懸臂板）： （5.42）式中 c懸臂長度。這幾部分板承受的彎矩一般不相同，取各區(qū)格板中的最大彎矩Mmax來確定板的厚度t： （5.43）設計時要留意到靴梁和隔板的布置應盡可能使各區(qū)格板中的彎矩相差不要太大，以免所需的底板過厚。在這種狀況下，應調整底板尺寸和重新劃分區(qū)格。底板的厚度通常為2040mm，最薄一般不得小于14mm，以保證底板具有必要的剛度，從而滿足反力是均布的假設。(2)靴梁的計算靴梁的高度由其與柱邊連接所需要的焊縫長度打算，此連接焊縫承受柱身傳來的壓力N。靴梁的厚度比柱翼緣厚度略小。靴梁按支承于柱邊的雙懸臂梁計算，依據(jù)所承受的最大彎矩和最大剪力值，驗算靴梁的抗彎和抗剪強度。(3)隔板與肋板的計算為了支承底板，隔板應具有肯定剛度，因此隔板的厚度不得小于其寬度b的l50，一般比靴梁略薄些，高度略小些。隔板可視為支承于靴梁上的簡支梁，荷載可按承受圖526(b)中陰影面積的底板反力計算，按此荷載所產生的內力驗算隔板與靴梁的連接焊縫以及隔板本身的強度。留意隔板內側