第4章-轴心受力构件-《钢结构基本原理》课件.ppt

1、钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件Chapter 4Chapter 4 第四章第四章轴心受力构件轴心受力构件钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件1-轴心受力构件的类型轴心受力构件的类型轴心受力构件轴心受力构件轴心受压构件轴心受压构件轴心受拉构件轴心受拉构件钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件轴心受力构件截面形式：轴心受力构件截面形式：钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件2轴心受力构件的强度和刚度轴心受力构件的强度和刚度一、轴心受力构件的强度计算一、轴心受力构件的强度计算对于有孔洞削弱的轴心受力构件，仍以其净截面的平均应力对于有孔洞削弱的轴心受力构件，仍以其净截

2、面的平均应力达到其强度限值作为设计时的控制值。其计算公式为达到其强度限值作为设计时的控制值。其计算公式为钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件An取值取值：当轴心受力构件采用普通螺栓（或锚栓）连接时，若螺当轴心受力构件采用普通螺栓（或锚栓）连接时，若螺栓（或锚栓）为并列布置图栓（或锚栓）为并列布置图-（），（），A按最危险按最危险截面截面计算。若螺栓错排布置图计算。若螺栓错排布置图-（），构件（），构件可能沿正交截面可能沿正交截面破坏，也可能沿锯齿状截面破坏，也可能沿锯齿状截面破坏。破坏。A应通过计算比较确定，即取截面应通过计算比较确定，即取截面和截面和截面两者两者较小者为净截面面积。较

3、小者为净截面面积。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件An取值取值：对于高强度螺栓摩擦型连接的构件，可以认为连接对于高强度螺栓摩擦型连接的构件，可以认为连接传力所依靠的摩擦力均匀分布于螺孔四周，故在孔传力所依靠的摩擦力均匀分布于螺孔四周，故在孔前接触面已传递一半的力（图前接触面已传递一半的力（图-）。因此，最外列螺栓处危险截面的净截面强度应按。因此，最外列螺栓处危险截面的净截面强度应按式（式（-）和式（）和式（-）计算）计算钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件二、轴心受力构件的刚度计算二、轴心受力构件的刚度计算按正常使用极限状态的要求，轴心受力构件均应具按正常使用极限状态的要求

4、，轴心受力构件均应具有一定的刚度。轴心受力构件的刚度通常用长细比有一定的刚度。轴心受力构件的刚度通常用长细比来衡量，长细比愈小，表示构件刚度愈大，反之则来衡量，长细比愈小，表示构件刚度愈大，反之则刚度愈小。刚度愈小。当轴心受力构件刚度不足时，在本身自重作用下容当轴心受力构件刚度不足时，在本身自重作用下容易产生过大的挠度，在动荷载作用下容易产生振动，易产生过大的挠度，在动荷载作用下容易产生振动，在运输和安装过程中容易产生弯曲。因此，设计时在运输和安装过程中容易产生弯曲。因此，设计时应对轴心受力构件的长细比进行控制。应对轴心受力构件的长细比进行控制。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件轴心

5、受力构件对主轴轴心受力构件对主轴x轴、轴、y轴的长细比轴的长细比和和应满足下列要求应满足下列要求:钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件一、整体稳定的计算一、整体稳定的计算1.1.整体稳定的临界应力整体稳定的临界应力确定轴心压杆整体稳定临界应力的方法一般有下列四种。确定轴心压杆整体稳定临界应力的方法一般有下列四种。3轴心受压构件的整体稳定轴心受压构件的整体稳定a.屈曲准则屈曲准则弯曲屈曲弯曲屈曲扭转屈曲扭转屈曲弯扭屈曲弯扭屈曲钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件一、整体稳定的计算一、整体稳定的计算1.1.整体稳定的临界应力整体稳定的临界应力3轴心受压构件的整体稳定轴心受压构件的整

6、体稳定b.边缘准则边缘准则实际的轴心压杆与理想柱的受力性能实际的轴心压杆与理想柱的受力性能之间是有很大差别的，这是因为实际之间是有很大差别的，这是因为实际轴心压杆是带有初始缺陷的构件。边轴心压杆是带有初始缺陷的构件。边缘屈服准则以有初偏心和初弯曲等的缘屈服准则以有初偏心和初弯曲等的压杆为计算模型，截面边缘应力达到压杆为计算模型，截面边缘应力达到屈服点即视为压杆承载能力的极限。屈服点即视为压杆承载能力的极限。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件一、整体稳定的计算一、整体稳定的计算1.1.整体稳定的临界

7、应力整体稳定的临界应力c.最大强度准则最大强度准则最大强度准则仍以有初始缺陷（初偏最大强度准则仍以有初始缺陷（初偏心、初弯曲和残余应力等）的压杆为心、初弯曲和残余应力等）的压杆为依据，但考虑塑性依据，但考虑塑性深入截面，以构件最后破坏时所能达深入截面，以构件最后破坏时所能达到的最大轴心压力值作为压杆的稳定到的最大轴心压力值作为压杆的稳定极限承载力。极限承载力。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件压杆失稳时临界应力压杆失稳时临界应力与长细比与长细比之间的关系曲线称为柱之间的关系曲线称为柱子曲线。我国现行子曲线。我国现行钢结构设计规范钢结构设计规范所采用的轴心受压所采用的轴心受压柱子曲线是

8、按最大强度准则确定的，计算结果与国内各单柱子曲线是按最大强度准则确定的，计算结果与国内各单位的试验结果进行了比较，较为吻合，说明了计算理论和位的试验结果进行了比较，较为吻合，说明了计算理论和方法的正确性。现行方法的正确性。现行钢结构设计规范钢结构设计规范在上述计算资料在上述计算资料的基础上，结合工程实际，将这些柱子曲线合并归纳为四的基础上，结合工程实际，将这些柱子曲线合并归纳为四组，取每组中柱子曲线的平均值作为代表曲线，即图组，取每组中柱子曲线的平均值作为代表曲线，即图-中的、四条曲线。在中的、四条曲线。在的常用范围，柱子曲线比曲线高出的常用范围，柱子曲线比曲线高出，而曲线比曲线低，曲线则更低

9、，主，而曲线比曲线低，曲线则更低，主要用于厚板截面。要用于厚板截面。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件2 2.轴心受压构件的整体稳定计算轴心受压构件的整体稳定计算轴心受压构件所受应力应不大于整体稳定的临界应力，轴心受压构件所受应力应不大于整体稳定的临界应力，考虑抗力分项系数考虑抗力分项系数 后，即为后，即为钢钢结结构构设设计计规规范范对对轴轴心心受受压压构构件件的的整整体体稳稳定定计算采用下列形式计算采用下列形式:整体稳定系数 值应根据表-、表-的截面分类和构件的长细比，按附表-附表-查出钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件整体稳定

10、系数 值应根据表-、表-的截面分类和构件的长细比，按附表-附表-查出构件长细比应按照下列规定确定：(1)截面为双轴对称或极对称的构件(2)截面为单轴对称的构件对双板形和槽形等单轴对称截面进行弯扭分析后，认为绕对称轴（设为狔轴）的稳定应取计及扭转效应的下列换算长细比代替。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件二、轴心受压构件的局部稳定二、轴心受压构件的局部稳定轴心受压构件都是由一些板件组成的，一般板件的厚度与板的宽度相比都较小，设计时应考虑局部稳定问题钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件1.1.工字形截面稳定计算工字形截面稳定计算（）翼缘（）腹板2.2.形截面（）腹板（）翼缘钢结构

11、基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件3.3.箱形截面稳定计算箱形截面稳定计算（）受压翼缘（）腹板2.2.圆钢管截面钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件4实腹式轴心受压构件的截面设计实腹式轴心受压构件的截面设计实腹式轴心受压构件一般采用双轴对称截面，避免弯扭失稳。常用截面形式有型钢截面和组合截面两种形式。进行实腹式轴心受压构件的截面设计时，根据内力大小、计算长度、加工量、材料供应等情况综合进行考虑。进行截面设计时，应采取的原则包括：面积的分布尽量开展；两个主轴方向尽量等稳定性；便于与其他构件进行连接；尽可能构造简单，制造省工，取材方便。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件一、实

12、腹式轴心受压构件的截面设计一、实腹式轴心受压构件的截面设计设计设计步骤（）假定构件的长细比，求出需要的（）假定构件的长细比，求出需要的截面面积截面面积A。（）求两个主轴所需要的回转半径（）求两个主轴所需要的回转半径（）由面积、回转半径优先选（）由面积、回转半径优先选用轧制型钢。用轧制型钢。一般假定（）由所需要的（）由所需要的A A、h h、b b等，考虑构等，考虑构造要求、局部稳定以及钢材规格等，确造要求、局部稳定以及钢材规格等，确定截面的初选尺寸。定截面的初选尺寸。（）构件强度、稳定和刚度验算（）构件强度、稳定和刚度验算。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件5格构式轴心受压构件的截面

13、设计格构式轴心受压构件的截面设计格构式轴心受压构件一般由两个肢件组成，例如用两根槽钢或 型钢作为肢件，肢件间用缀条或缀板连成整体。在柱的横截面上穿过肢件腹板的轴称为实轴；穿过两肢之间缀材面的轴称为虚轴。缀条一般用单根角钢做成，而缀板通常用钢板做成。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件一、格构式轴心受压构件绕虚轴的换算长细比一、格构式轴心受压构件绕虚轴的换算长细比格构式构件绕实轴的稳定计算要求和步骤与实腹式构件相同。格构式构件绕虚轴的稳定计算：绕虚轴的整体稳定临界力比长细比相同的实腹式轴心受压构件低。缀条式格构式构件的换算长细比 缀板式格构式构件的换算长细比钢结构基本原理钢结构基本原理系

14、列课件系列课件3四肢格构式构件的换算长细比4三肢格构式构件的换算长细比钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件二、格构式轴心受压构件的缀材设计二、格构式轴心受压构件的缀材设计格构式轴心受压构件的横向剪力 缀条的设计钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件3缀板的设计缀板柱可视为一多层框架，整体挠曲时假定各层分肢中点和缀板中点为反弯点。取出脱离体，可得缀板内力为剪力：弯矩（与肢件连接处）：钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件三、格构式构件的构造要求三、格构式构件的构造要求格构式构件横截面中部空心，抗扭刚度较差。为了提高其抗扭刚度，保证构件在运输和安装过程中的截面形状不变，应每隔一

15、段距离设置横隔。横隔的间距不得大于构件较大宽度的倍或，且每个运送单元的端部均应设置横隔。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件设计设计步骤（）按对实轴（）按对实轴（yy轴）的整体稳定轴）的整体稳定选择柱的截面，方法与实腹式构件的选择柱的截面，方法与实腹式构件的计算相同。计算相同。（）按对虚轴（）按对虚轴（xx轴）的整体稳定轴）的整体稳定确定两分肢的距离。确定两分肢的距离。（）验算构件对虚轴的整体稳定性，（）验算构件对虚轴的整体稳定性，不合适时应调整犫再进行验算不合适时应调整犫再进行验算（）计算缀条或缀板（包括与分肢的（）计算缀条或缀板（包括与分肢的连接）。连接）。四、格构式轴心受压构件的

16、设计步骤四、格构式轴心受压构件的设计步骤为了获得等稳定性，应使两方向为了获得等稳定性，应使两方向的长细比相等，即的长细比相等，即 。缀条柱（双肢）缀板柱（双肢）钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件6轴心受压柱的柱头和柱脚轴心受压柱的柱头和柱脚一、轴心受压柱柱头一、轴心受压柱柱头柱的顶部与梁（桁架）连接的部分称为柱头，作用是通过柱头将上部结构的荷载传到柱身。柱下端与基础连接的部分称为柱脚，作用是将柱身所受的力传递和分布到基础，并将柱固定于基础。梁与轴心受压柱铰接时，梁可支承于柱顶上，亦可连于柱的侧面。梁支于柱顶时，梁的支座反力通过柱顶板传给柱身。顶板与柱用焊缝连接，顶板厚度一般取。为了便

17、于安装定位，梁与顶板用普通螺栓连接。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件二、二、轴心受压柱柱脚柱脚的构造应使柱身的内力可靠地传给基础，并和基础牢固地连接。轴心受压柱的柱脚主要传递轴心压力，与基础的连接一般采用铰接。图-（）所示为格构式柱柱脚。图-（）所示为在靴梁外侧设置肋板，底板做成正方形或接近正方形。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件1.柱底板的计算（）底板的平面尺寸。所需要的底板净面积A 应满足:混凝土局部承压时的强度提高系数；:基础混凝土的轴心抗压强度设计值，应考虑基础混凝土局部承压时强度提高系数。根据构造要求确定底板宽度为:

18、（）底板的厚度。底板的厚度由板的抗弯强度决定。钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件（）底板的厚度。底板的厚度由板的抗弯强度决定。底板可视为一支承在靴梁、隔板和柱端的平板，承受基础传来的均匀反力。靴梁、肋板、隔板和柱端面均可视为底板的支承边，将底板分隔成不同的区格，有四边支承、三边支承、两相邻边支承和一边支承等区格。在均匀分布的基础反力作用下，各区格板单位宽度上的最大弯矩。）四边支承区格钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件）三边支承区格和两相邻边支承区格）一边支承区格（悬臂板）几部分板承受的弯矩一般不相同，取各区格板中的最大几部分板承受的弯矩一般不相同，取各区格板中的最大弯矩弯矩

19、M 来确定板的厚度来确定板的厚度t钢结构基本原理钢结构基本原理系列课件系列课件 靴梁的计算 隔板与肋板的计算靴梁的高度由其与柱边连接所需的焊缝长度决定，此连接焊缝承受柱身传来的压力N。靴梁的厚度比柱翼缘厚度略小。靴梁按支承于柱边的双悬臂梁计算，根据所承受的最大弯矩和最大剪力值，验算靴梁的抗弯和抗剪强度。隔板可视为支承于靴梁上的简支梁，荷载可按承受图-中阴影面积底板反力计算，按此荷载所产生的内力验算隔板与靴梁的连接焊缝以及隔板本身的强度。注意隔板内侧的焊缝不易施焊，计算时不能考虑受力。肋板按悬臂梁计算，承受的荷载为图-所示的阴影部分的底板反力。肋板与靴梁间的连接焊缝以及肋板本身的强度均应按其承受的弯矩和剪力来计算。