第四章 軸心受力構63課件講解

第四章軸心受力構件

1、了解“軸心受力構件”的應用和截面形式；

2、掌握軸心受拉構件設計計算；

3、了解“軸心受壓構件”穩(wěn)定理論的基本概念和分析方法；

4、掌握現(xiàn)行規(guī)范關于“軸心受壓構件”設計計算方法，重點及難點是構件的整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定；

5、了解格構式軸心受壓構件設計方法。大綱要求主要內容§5-1

概述§5-2

軸心受力構件的強度和剛度§5-3

實腹式軸心受壓構件整體穩(wěn)定§5-4

實腹式軸心受壓構件局部穩(wěn)定§5-5

實腹式軸心受壓構件截面設計§5-6

格構式軸心受壓構件§5-7

柱頭和柱腳§5-1

概述一、軸心受力構件的概念軸心受力構件是指軸向力通過桿件截面形心作用的構件。實際工程中，真正的軸心受力是不存在的，或多或少的都有偏心，但N較大，而e又較小時，可近似地認為是軸心受力。

由于不存在穩(wěn)定性問題，且主要考慮的是其強度，故最適宜于發(fā)揮鋼材強度高的特點。

二、軸心受力構件的應用1、軸心受拉構件（1）在鋼結構中，桁架（包括屋架、通廊、棧橋、桁架式吊車梁等）、網架、塔架和塔式起重機等中的拉桿，故亦稱軸心拉桿；（2）支撐體系中的桿件，一般也均按拉桿設計；（3）在新型結構中，如懸索結構和預應力鋼結構中的主要桿件2、軸心受壓構件（1）同軸心受拉構件；（2）工作平臺和其他結構的支柱，故亦稱為軸心壓桿或軸心受壓柱。（建筑工程實例）3.塔架1.桁架2.網架（一）實腹式截面由型鋼或鋼板組成的組合截面。包括型鋼和焊接組合截面兩類，其特點是制作簡單，連接方便；適合于受力較小的構件。三、軸心構件的截面形式及選擇原則（二）格構式截面1、肢件：（1）雙肢格構式截面：一般多用于軸心受壓柱，對大跨度重型桁架的壓桿亦可采用，綴材以采用綴板為宜。（2）三肢或四肢格構式截面：多用于受力不大但長度很長的構件，如塔桅、井架、龍門架、拔桿等。（3）三肢柱的分肢柱一般采用圓管，以便于組成幾何不變的三角形體系。四肢柱的分肢截面一般采用角鋼。（4）三肢或四肢柱因分肢間距一般均較大，故綴件均采用綴條。其特點是制作比較費工費時；適合于受力較大的構件。2、綴材：型鋼、鋼板焊接組合截面等；綴材有綴板和綴條兩種形式?！?-2

軸心受力構件的強度和剛度軸心受拉構件(拉桿)軸心受壓構件(壓桿)強度剛度強度剛度穩(wěn)定軸心受力構件整體穩(wěn)定局部穩(wěn)定------截面有削弱---焊接組合截面一、強度計算（承載能力極限狀態(tài)）

N—軸心拉力或壓力設計值；

An—構件的凈截面面積；

f—鋼材的抗拉強度設計值。軸心受壓構件除了較為短粗或者截面有很大削弱的時候，可能因其凈截面的平均應力達到屈服強度而喪失承載能力外，一般情況下，軸心受壓構件的承載能力是由穩(wěn)定（90%以上）條件決定的。

二、剛度計算（正常使用極限狀態(tài)）（一）為什么要驗算剛度：例如：廠房吊車，振動、晃動：

立柱頂千斤，彎了之后，承載力下降；

車拉電線桿彎曲，長細比太大了；

粉筆與電線桿的長細比，誰的剛度大。1、構件剛度不足時，在制作、運輸和安裝過程中容易彎曲2、在自重作用下，構件本身會發(fā)生過大的撓曲變形；3、在承受動力荷載的結構中，還會引起較大晃動，造成桿件連接的脆性破壞。（二）剛度計算公式計算例題4-1P69拉桿和壓桿的受力是不同的，因此長細比也不同。拉桿比壓桿有利，因此允許長細比大。項次構件名稱承受靜力荷載或間接承受動力荷載的結構直接承受動力荷載的結構無吊車和有輕、中級工作制吊車的廠房有重級工作制吊車的廠房1桁架的桿件3502502502吊車梁或吊車桁架以下的柱間支撐300200－3支撐(第2項和張緊的圓鋼除外)400350－受拉構件的容許長細比

項次構件名稱容許長細比

1柱、桁架和天窗架構件

150柱的綴條、吊車梁或吊車桁架以下的柱間支撐2支撐(吊車梁或吊車桁架以下的柱間支撐除外)200用以減少受壓構件長細比的桿件

受壓構件的容許長細比一、關于穩(wěn)定問題的概述是指結構或構件受荷變形后，所處平衡狀態(tài)的屬性。3、不穩(wěn)定平衡狀態(tài)1、穩(wěn)定平衡狀態(tài)2、臨界平衡狀態(tài)(隨遇平衡)§5-3

實腹式軸心受壓構件整體穩(wěn)定

軸心受壓構件除了較為短粗或者截面有很大削弱的時候，可能因其凈截面的平均應力達到屈服強度而喪失承載能力外，一般情況下，軸心受壓構件的承載能力是由穩(wěn)定（90%以上）條件決定的。(一)穩(wěn)定的概念F鋼結構在失穩(wěn)過程中，變形是迅速持續(xù)增長的，結構將在很短的時間內破壞甚至倒塌,具有突然性,事先無明顯征兆,因此帶來很大災害?！?二)結構的失穩(wěn)破壞的概念是指結構所承受的外荷載尚未達到按強度計算得到的結構強度破壞荷載時，結構已不能承擔并產生較大的變形，整個結構偏離原來的平衡位置而倒塌的現(xiàn)象。工程史上，國內外曾多次發(fā)生由于構件失穩(wěn)而導致結構的倒塌的重大事故。其中許多就是因為對穩(wěn)定問題認識不足導致結構布置不合理、設計構造處理不當或施工措施不當造成的。這些情況促使工程界對穩(wěn)定問題的理論研究及防止失穩(wěn)的措施給予極大的關注。

※(三)結構的失穩(wěn)破壞的特點(四)結構的失穩(wěn)破壞工程實例1、壓桿彎曲失穩(wěn)2、壓桿彎扭失穩(wěn)3、克夫達敞開橋失穩(wěn)破壞4、廠房失穩(wěn)破壞5、俄羅斯廠房6、塔吊失穩(wěn)破壞二、理想軸心壓桿的受力性能（一）理想的軸心壓桿的概念（二）理想軸心受壓構件的失穩(wěn)形式絕對直桿、荷載無偏心、無初始應力、無初彎曲、無初偏心、截面均勻等1、彎曲屈曲2、扭轉屈曲3、彎扭屈曲只發(fā)生彎曲變形，截面只繞一個主軸旋轉，桿縱軸由直線變?yōu)榍€，是雙軸對稱截面常見的失穩(wěn)形式；1、彎曲失穩(wěn)失穩(wěn)時除桿件的支撐端外，各截面均繞縱軸扭轉，是某些雙軸對稱截面(十字形截面)可能發(fā)生的失穩(wěn)形式；2、扭轉失穩(wěn)單軸對稱截面繞對稱軸屈曲時，桿件發(fā)生彎曲變形的同時必然伴隨著扭轉。3、彎扭失穩(wěn)（三）理想軸心受壓構件的彈性彎曲屈曲失穩(wěn)三種屈曲中，最簡單的是彎曲屈曲，一般鋼結構中，出現(xiàn)的最多，占80~90%以上。彈性范圍內的整體穩(wěn)定問題，在18世紀歐拉解決了；彈塑性范圍，還沒解決。目前，壓桿穩(wěn)定造成的工程事故還時有發(fā)生。我們主要學習軸心壓桿的彎曲屈曲問題。軸心受壓構件在軸心壓力較小時處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，如有一微小干擾力使用使其偏離平衡位置，則在干擾力除去后，仍能恢復到原先的平衡狀態(tài)。隨著軸心壓力的增加，軸心受壓構件會由穩(wěn)定平衡狀態(tài)逐步過渡到隨遇平衡狀態(tài)，這時如有微小干擾力使其偏離平衡位置，則在干擾力除去后，將停留在新的位置而不能回復到原先的平衡位置。1、歐拉臨界壓力和歐拉臨界應力的概念此時的軸心壓力稱為臨界壓力，桿件中的應力稱為臨界應力。當軸心壓力超過臨界壓力后，構件就不能維持平衡而失穩(wěn)破壞。2、歐拉臨界力和臨界應力公式：（四）理想軸心受壓構件的塑性彎曲屈曲失穩(wěn)構件進入彈塑性工作階段，這時發(fā)生的為彈塑性屈曲或彈塑性失穩(wěn)，截面σ-ε曲線是非線性的，歐拉理論不適用了。確定屈曲應力較為困難，歷史上有兩種代表性的理論。雙模量理論，切線模量理論；三、實際軸心壓桿的計算方法結構在受力前，結構內部由于焊接、焰切、冷彎、校正等加工造成的平衡的應力對承載力無影響，但降低結構的剛度，降低構件穩(wěn)定的承載力。

（一）實際壓桿的初始缺陷幾何缺陷：初彎曲、初偏心等；初始缺陷力學缺陷：殘余應力、材料不均勻等。1、殘余應力是構件在制造、運輸和安裝過程中，不可避免地產生的微小彎曲。構造的原因和構件截面尺寸的變異，作用在桿端的軸向壓力不可避免地會產生一些偏心而產生彎矩。4、構件端部的約束μ值見教材P70表4-3所示。2、初彎曲：3、初偏心：傳統(tǒng)的方法是按理想壓桿，適當降低其穩(wěn)定承載力，用了幾十年；86年改了，用3個表；88年改成用9個表；現(xiàn)規(guī)范改了畫了200多條曲線，用4個表，給出受壓構件各類截面的穩(wěn)定影響系數（a、b、c、d四類）（二）實際壓桿實用計算方法1、計算方法沿革：2、實際軸心受壓構件的柱子曲線我國規(guī)范給定的臨界應力σcr，是按最大強度準則，并通過數值分析確定的。由于各種缺陷對不同截面、不同對稱軸的影響不同，所以σcr-λ曲線（柱子曲線），呈相當寬的帶狀分布，為減小誤差以及簡化計算，規(guī)范在試驗的基礎上，給出了四條曲線（四類截面），并引入了穩(wěn)定系數。3、軸心受壓構件的截面分類(板厚t<40mm)P213附表2.1

軸心受壓構件的截面分類(板厚t≥40mm)

4、實際軸心受壓構件的整體穩(wěn)定計算

軸心受壓構件不發(fā)生整體失穩(wěn)的條件為，截面應力不大于臨界應力，并考慮抗力分項系數γR后，即為：5、公式使用說明：（1）截面分類：（2）構件長細比的確定①截面為雙軸對稱或極對稱構件：xxyy對于雙軸對稱十字形截面，為了防止扭轉屈曲，尚應滿足：②截面為單軸對稱構件：xxyy繞對稱軸y軸屈曲時，一般為彎扭屈曲，其臨界力低于彎曲屈曲，所以計算時，以換算長細比λyz代替λy，計算公式如下：xxyybt（四）整體穩(wěn)定性計算實例軸心受壓構件整體穩(wěn)定計算實例見P75例4.2

在進行軸心受壓構件截面設計時，為了提高整體穩(wěn)定承載力，常常選用肢寬而壁薄的腹板和翼緣截面，以獲得盡可能大的截面慣性矩，但若寬厚比太大會引起局部失穩(wěn)?！?-4實腹式軸心受壓構件局部穩(wěn)定對于焊接組合截面柱，實腹式軸心受壓構件一般由若干矩形平面板件組成，在軸心壓力的作用下，這些板件承受均勻壓力。（工字形、箱形、剖分T形截面等）xxyy構件局部失穩(wěn)定后雖然還能繼續(xù)承受荷載，但由于部分板件屈曲后退出工作，構件有效截面減小，可能導致構件提早破壞，加速構件的整體失穩(wěn)。因此，《規(guī)范》要求設計軸心受壓構件必須保證構件的局部穩(wěn)定。一、局部失穩(wěn)的概念軸心受壓構件在軸心壓力作用下，冀緣和腹板的板件如果太薄，就可能在構件喪失強度和整體穩(wěn)定之前，板件不能維持平面的平衡狀態(tài)而產生凹凸鼓屈變形，這種現(xiàn)象稱為板件失去穩(wěn)定，或板件屈曲。由于板件只是構件的一部分，所以又把這種屈曲現(xiàn)象稱為構件失去局部穩(wěn)定或構件發(fā)生局部屈曲。二、局部失穩(wěn)的危害三、保證構件局部穩(wěn)定的措施對于軸心受壓構件，主要以限制板的寬厚比不能過大，以保證板的穩(wěn)定臨界應力不低于構件整體穩(wěn)定臨界應力，這樣，在構件喪失整體穩(wěn)定之前，不會發(fā)生局部失穩(wěn)?！摹⑤S心受壓構件板件寬（高）厚比的限值

1、翼緣的寬厚比限值（1）工字形、H形、T形截面：（2）箱形截面：※式中：λ—構件長細比，取兩個方向長細比中較大者，當λ＜30時，取λ=30；當λ＞100時，取λ=100。2、腹板高厚比限值（1）工字形截面：（2）箱形截面：（3）熱軋T形截面：（4）焊接T形截面：3、圓管截面※五、軸壓構件的局部穩(wěn)定不滿足時的解決措施Dt

2、腹板對于十分寬大的H形、工字形和箱形截面，當腹板高厚比不滿要求時，按有效寬度截面計算，即每側寬度各取

1、翼緣一般情況下，翼緣寬厚比不滿足要求時，增加板件厚度t；≥10tw≥0.75twh0’縱向加勁肋橫向加勁肋3、設置加勁肋加勁肋——實腹式柱腹板高寬比>80時設置，可提高柱的抗扭剛度。來加強腹板。構造要求：間距不大于3縱向加勁肋宜在腹板兩側成對配置，其一側的外伸寬度不應小于10tw，厚度不應小于0.75tw。橫隔——大型實腹式柱在受較大水平力時和運輸單元的端部構造要求：間距不大于柱截面較大寬度的9倍或8m.§4-5實腹式軸心受壓構件截面設計1、選擇截面形式；2、確定截面尺寸；3、驗算（1）強度（截面有削弱時）（2）剛度（3）整體穩(wěn)定（4）局部穩(wěn)定

（焊接組合截面）一、實腹式軸心受壓構件的截面設計的內容1、肢寬壁薄截面積的分布盡量展開，以增加截面的慣性矩和回轉半徑，從而提高柱的整體穩(wěn)定性和剛度；4、便于其他構件的連接在一般情況下，截面以開敞式為宜。對封閉式的箱形和管形截面，由于連接較困難，只在特殊情況下使用。二、截面形式的選取原則使構件在兩個主軸方向的穩(wěn)定系數接近，兩個主軸方向的穩(wěn)定承載力基本相同，以充分發(fā)揮截面的承載能力；3、制造省工應使構造簡單，能充分利用現(xiàn)代化的制造能力和減少制造工作量（如自動焊截面；使用型鋼等）；2、等穩(wěn)定性※三、實腹式軸心受壓構件的截面形式1、型鋼截面（2）實腹式軸心受壓柱一般采用雙軸對稱軸截面。2、焊接組合截面（1）應優(yōu)先選用型鋼柱，如果所需的截面尺寸較大，型鋼規(guī)格表中沒有，則要設計成焊接組合截面。四、實腹式軸心受壓構件的設計步驟（一）假定λ

取值范圍：λ=60~1001、壓力大而桿長小時取小值，反之取大值，如軸力較小，可按允許長細[λ]取值；2、當N≤1500kN，l0=5～6m時，假設λ=80～100，當1500kN<N≤3500kN時，可假設λ=60～70。（二）估算截面面積如選擇型鋼或便于采用自動焊的工字形鋼截面，這樣做有時用鋼量可能會增加一點，但因制造省工和型鋼價格便宜，可能仍然比較經濟。即優(yōu)先選用型鋼，不夠的時候采用焊接組合截面。

初步確定鋼材種類和截面分類，根據假定的λ

從附表查得穩(wěn)定系數，從而：（三）求兩主軸方向的回轉半徑：（四）確定構件的截面尺寸根據前面計算的從型鋼規(guī)格表中初選出一個合適的型鋼截面1、當選擇型鋼截面時，確定型鋼規(guī)格如果規(guī)格表里沒有，就選擇焊接組合截面。2、當選擇焊接組合截面時組合截面的尺寸可由回轉半徑確定:各種截面回轉半徑近似值確定其余尺寸：焊接工字型截面，（1）可取b≈h；（2）腹板厚度，且tw不小于6mm，t為翼緣厚度

。（3）模數要求：腹板高度h0和翼緣寬度b宜取10mm的倍數，t和tw宜取2mm的倍數。（4）腹板面積不小于總面積的20%~25%。（五）構件的截面驗算：（1）強度（有削截面有削弱時）（2）剛度（3）整體穩(wěn)定（4）局部穩(wěn)定翼緣局部穩(wěn)定：腹板局部穩(wěn)定：五、構造要求：

對于實腹式柱，當腹板的高厚比h0/tw>80時，為提高柱的抗扭剛度，防止腹板在運輸和施工中發(fā)生過大的變形，應設橫向加勁肋，要求如下：

1、橫向加勁肋間距≤3h0；

2、橫向加勁肋的外伸寬度bs≥h0/30+40mm；

3、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，按構造選定焊腳尺寸即可。bs橫向加勁肋≤3h0h0ts一、格構式軸心受壓構件的組成

由上次課知，對于實腹式軸心受壓構件，截面越開展越好，遠離形心的主軸可獲得較大的截面慣性矩，在滿足局部穩(wěn)定的情況下，可獲得較大的穩(wěn)定承載力。做成實心的不好，如圓形的截面形狀，浪費材料。后來發(fā)展到將中間掏空的——格構式軸心受壓構件，與實腹柱相比，在用料相同的情況下，可獲得更大的截面慣性矩，提高構件的剛度及穩(wěn)定性，從而節(jié)約鋼材。

§4-6

格構式軸心受壓構件1、肢件：常用的格構式軸心受壓柱截面形式有槽鋼和工字鋼組成的雙肢截面柱。調整兩肢件間的距離，可以保證兩個軸的等穩(wěn)定性。工程中，當構件長度較大受力較小時，可采用四肢柱和三肢柱。如施工現(xiàn)場的龍門吊，用三肢柱或大圓管，其截面為幾何不變的三角形，受力性能較好。2、綴材：也有兩種：一種是綴條（適用于荷載較大的情況），一種是綴板（適用于荷載較小的情況）。綴材的作用在于保證被連接的兩個肢件能形成整體柱，共同承受和傳遞外荷載。3、綴條常用單角鋼，也可用鋼筋棍，用斜桿組成，與構件軸線成40~70°角，也可由斜桿和橫桿共同組成；綴板常用鋼板。4、與肢件垂直的y-y軸為實軸，與肢件平行的x-x軸為虛軸。

強度剛度穩(wěn)定格構式受壓構件沿實軸方向沿虛軸方向單肢穩(wěn)定整體穩(wěn)定局部穩(wěn)定二、計算內容二、格構式軸心受力構件整體穩(wěn)定承載力（一）對實軸（y-y軸）的整體穩(wěn)定與實腹柱完全相同?？芍苯佑脤嵼S的長細比λy查附表2得到值，再由穩(wěn)定計算公式：計算對實軸的整體穩(wěn)定承載能力。（二）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，影響不能被忽略，因此用加大長細比的辦法來考慮其影響。1、綴條式格構柱：

2、綴板式格構柱：

λx—整個構件對虛軸的長細比；A—整個構件橫截面的毛面積；A1x—構件截面中垂直于x軸各斜綴條的毛面面積之和；λ1—單個分肢對最小剛度軸1-1的長細比；l01—單肢的計算長度，對于綴條柱取綴條節(jié)點間的距離；對于綴板柱：焊接時取綴板間的凈距離，螺栓連接時，取相鄰兩綴板邊緣螺栓的距離；i1—單肢最小回轉半徑，即繞1-1軸的回轉半徑。三、單肢的穩(wěn)定性對格構柱應保證單肢不先于構件整體失去穩(wěn)定，它的長細比為1、對綴條柱：2、對綴板柱：

式中：為λy、λ0x中較大者；時，取50。四、格構式軸心受壓構件的綴材設計構件軸心受壓屈曲時將產生橫向剪力，如圖a、b所示。對于格構式構件，綴材需承擔這個剪力。通常先估算出受壓構件撓曲時產生的剪力，然后計算由此剪力引起的綴材內力。（一）綴材的剪力規(guī)范規(guī)定：軸心受壓構件的剪力V為：設計綴材時，偏于安全地假定該剪力V沿構件全長不變，如圖c所示。對于雙肢格構式構件，該剪力V由雙側綴材平均分擔，每側綴材承擔剪力：（一）綴條的設計 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，斜綴條應按軸壓構件計算，其長細比按最小回轉半徑計算（按最不利考慮）；C、斜綴條一般采用單角鋼與柱肢單面連接，設計時鋼材強度應進行折減，見教材P79；D、交叉綴條體系的橫綴條應按軸壓構件計算，取其內力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，可設橫綴條（虛線），其截面一般與斜綴條相同，或按容許長細比[λ]=150確定。（二）綴板的設計 對于綴板柱取隔離體如下： 由力矩平衡可得： 剪力T在綴板端部產生的彎矩:V1/2l1／2l1／2V1/2a/2TTMdT和M即為綴板與肢件連接處的設計內力。同一截面處兩側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；端綴板宜適當加寬，一般取d=a?！锞Y板的構造要求：axx11l1ad（一）選擇構件形式和鋼材標號五、格構式軸心受壓構件的設計步驟

根據使用要求、材料供應、軸心壓力大小和計算長度等條件確定構件截面形式和鋼材型號。1、常用的截面形式是用兩根槽鋼或工字鋼作為肢件的雙軸對稱截面。2、一般中、小型柱采用綴板柱，大型柱采用綴條柱。（二）確定肢件截面1、同實腹式軸壓構件一樣，先假定長細比λ，然后根據截面類型和查出值，進而求得：

2、初選肢件截面：由AT和iyT查型鋼表選一合適的型鋼截面（槽鋼或工字鋼）。3、對所選截面進行按式：

驗算其對實軸（y-y軸）的整體穩(wěn)定性；4、按驗算其剛度。

如不滿足，重新調整截面，直到滿足條件為止。

（三）確定肢件間間距格構柱肢件間距由虛軸（x-x軸）方向整體穩(wěn)定計算確定1、等穩(wěn)定性原則：根據實軸計算選定的截面計算出λy，再由等穩(wěn)定性的條件λ0x=λy。

2、計算對虛軸的長細比為：（2）綴板式格構柱：得得（3）計算中需要已知的A1x和λ1，做如下要求：①對于綴條格構柱：可按一個斜綴條截面面積A1x/2≈0.05A，并保證A1x/2不低于按構造要求的最小角鋼型號或來確定綴條的面積。

②對于綴板格構柱：可近似取進行計算。（1）綴條式格構柱：且3、確定計算對x軸的的回轉半徑：

4、按截面回轉半徑近似值（附表4）的計算公式，b與ix的關系可得柱的綴材方向所要求的寬度b：b一般取10mm倍數，且兩肢凈距宜大于100mm，以便于內部油漆。5、計算真正的換算長細比：6、按式

或

驗算其對實軸（x-x軸）的整體穩(wěn)定性；

（四）單肢穩(wěn)定性的驗算：1、對綴條柱：2、對綴板柱：

式中：為λy、λ0x中較大時，時取50。作業(yè)4.2一工字形截面軸心受壓柱如圖所示，在跨中截面每個翼緣和腹板上各有兩個對稱布置的d=24mm的孔，鋼材用Q235AF，f=215N/mm2，翼緣為焰切邊。試求其最大承載能力N。局部穩(wěn)定已保證，不必驗算。§4-7柱頭和柱腳（一）連接方式

為了使柱子實現(xiàn)軸心受壓，并安全將荷載傳至基礎，必須合理構造柱頭、柱腳。

設計原則是：傳力明確、過程簡潔、經濟合理、安全可靠，并具有足夠的剛度且構造又不復雜。一、柱頭設計（梁與柱的連接－鉸接）在軸心受壓柱中，梁與柱連接處的柱子頂部叫柱頭。一類是梁支承于柱頂，一類是梁連接在柱的兩側。梁的支承加勁肋對準柱的翼緣圖梁支承于柱頂

圖梁支承于柱側

（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造螺栓（三）柱頭的構造要求(1)梁端局部承壓計算(2)柱頂板

平面尺寸超出柱輪廓尺寸15-20mm，厚度不小于14mm，與柱用焊縫相連，梁與頂板由普通螺栓連接。（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、柱腳設計柱腳的主要作用是將柱子的壓力傳給基礎，并和基礎牢固的連接起來。柱腳是比較費鋼費工的部分，設計時應力求簡明，并盡可能符合結構設計的計算簡圖，便于施工。

（二）鉸接柱腳的構造實際工程中很少采用真正自由轉動的球形、軸形、弧形等形式的鉸。而是由：底板、傳力構件（靴梁和靴梁帶隔板、加勁肋）、錨固螺栓等組成。（一）柱腳的形式：

柱腳按其與基礎連接方式不同可分鉸接和鋼接兩類：1、鉸接：軸心受壓柱一般用鉸接(主講）；主要有三種形式——僅設置底板；設置底板、靴梁、隔板、加勁肋；錨固螺栓：大型。2、剛接：偏心受壓柱一般用剛接（將柱埋入基礎混凝土中）。1、僅設置底板當軸向力較小時，采用如圖（a）所示的形式，是最簡單的柱腳形式。把柱身直接焊在底板上，底板厚為20~40mm，柱身的壓力通過柱與底板的焊縫傳底板，再由底板傳給基礎。底板用地腳螺栓與基礎相連。2、設置底板、靴梁、隔板、加勁肋當軸向力較大時，采用如圖（b）、（c）所示柱端通過與靴梁的豎向焊縫將力傳給靴梁，靴梁通過底部焊縫將壓力傳給底板，靴梁不僅增加了焊縫的長度，也將底板分成較小的區(qū)格，減小了底板在反力作用下的最大彎矩值。當采用靴梁后，底板的彎矩值仍較大時，可再采用隔板和肋板，將底板分成小的區(qū)格。如上海寶鋼，80多米高柱，靴梁7~8m高。3、錨固螺栓：大型采用U型孔，一般螺栓的直徑為20~25mm，為安裝方便，底板上的錨栓孔徑為錨栓直徑的1.5~2