高教社建筑结构原理及设计第四版教学课件7.5a 实腹式轴压柱.pptx

第7章 钢结构 7.5 柱 7.5.1 实 腹 式 轴 压 柱 钢柱按轴向受压构件或压弯(偏心受压)构件设计截面的弯矩值较小时，例如多跨框架中的中间柱，可以作为轴心受压柱钢柱的截面分为型钢截面和组合截面两类组合截面由型钢或钢板组成，形状和尺寸不受限制，钢材选用余地较大轴压钢柱的设计往往由稳定性条件控制，因此，宜采用轴对称截面并使截面尽可能开展，以提高其稳定性截面不对称时容易发生弯扭失稳轴心受力构件(包括轴心受压柱)，按其截面组成形式，可分为实腹式构件和格构式构件）受力较大的轴心受力构件，通常采用实腹式或格构式双轴对称截面实腹式构件一般是组合截面，有时也采用轧制工字形或圆管截面格构式构件一般由两个或多个分肢用缀件联系组成，采用较多的是两分肢格构式构件在格构式构件截面中，通过分肢腹板的主轴叫做实轴（強轴），通过分肢缀件的主轴叫做虚轴（弱轴）实腹式构件构件构造简单，制造方便，整体受力和抗剪性能好，但截面尺寸较大时钢材用量较多；格构式构件容易实现两主轴方向的等稳定性，刚度较大，抗扭性能较好，用料较省缀件有缀条或缀板两种其作用是将各分肢连成整体，使其共同受力，并承受绕虚轴弯曲时产生的剪力缀条由斜杆组成或斜杆与横杆共同组成，缀条常采用单角钢，与分肢翼缘组成桁架体系，使承受横向剪力时有较大的刚度。

缀板常采用钢板，与分肢翼缘组成刚架体系在构件产生绕虚轴弯曲而承受横向剪力时，刚度比缀条格构式构件略低，所以通常用于受拉构件或压力较小的受压构件7.5.1 实腹式轴压柱 轴心受力构件设计包括强度、刚度设计，轴压杆件和整体稳定、局部稳定验算构件截面设计，就是选择构件的截面，采用的是试算法1.强度强度 (1)轴心受拉构件，当端部连接及中部拼接处组成截面的各板件都由连接件直接传力时，截面强度的计算 1)除采用高强度螺栓摩擦型连接者外，截面强度计算公式:2）当构件为沿全长都有排列紧密螺栓的组合构件时，截面强度计算公式：:式中：N所计算截面处的拉力设计值(N)；f钢材的抗拉强度设计值(N/mm2)；A构件的毛截面面积(mm2)；An构件的净截面面积，当构件多个截面有孔时，取最不利的截面 (mm2)；fu钢材的抗拉强度最小值(N/mm2)；（3）有效截面系数 无论轴心受拉和轴心受压，构件组成板件在节点或拼接处并非全部直接传力时，应将危险截面的面积乘以有效截面系数不同构件截面形式和连接方式的值 应符合表的规定系数考虑了杆端非全部直接传力造成的剪切滞后及截面上正应力分布不均匀的影响2）当轴心受压构件的端部连接及中部拼接处组成截面板件都由连接件直接传力时，截面强度应按毛截面屈服公式计算。

但含有虚孔的构件尚需在孔心所在截面按净截面断裂计算虚孔是指没有安装螺栓的孔当沿构件长度有排列较密的螺栓孔时，应由净截面控制、以免变形过大表 轴心受力构件节点或拼接处危险截面有效截面系数 2.刚度刚度 刚度用长细比来衡量当轴心受力构件刚度不足时，在自重作用下容易产生过大的挠度，在动力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受压构件的长细比更为重要受压构件的容许长细比限制应更严轴心受力构件对主轴x轴、y轴的长细比x 和y 应满足下式要求:式中，构件的容许长细比，是按构件的受力性质、构件类别和荷载性质确定的；l0 x、l0y构件对主轴x轴、y轴的计算长度l0，取决于其两端支承情；ix、iy 截面对主轴x轴、y轴的回转半径轴心受压构件的容许长细比实腹式轴心受压构件还要满足的规定实腹式轴心受压构件还要满足的规定受拉构件的容许长细比 3.整体稳定 丧失整体稳定时的轴向压力为临界力Ncr，相应的极限压应力为cr为保证轴心受压构件的整体稳定性，计算应满足：式中，N轴向压力设计值；A构件的毛截面面积；fy钢材的屈服强度；R抗力分项系数无缺陷的轴心受压构件一般在达到承载能力进行状态前就会丧失整体稳定，临界压力为 cr，按钢材的设计用强度指标采用的钢材抗压强度设计值为f。

则 cr 与 f 的比值 称为轴心受压构件的整体稳定系数3.式中；轴心受压构件的整体稳定系数（取截面两 主轴中的较小值）根据根据构件的长细 比（或换算长细比）、钢材屈服强度和附 表G-1、G-2的截面分类，按附录H计算；A构件毛截面面积；f 钢材抗压强度设计值注意，给结构设计中，上面的整体稳定计算式采用的是轴心压力设计值与构件承载力之比的表达式，而截面强度采用的应力表达式，两者的概念不同除了考虑屈服后强度的实腹式构件以外，轴 心受压构件的整体稳定计算应符合下列要求:根据稳定理论分析和试验研究，值主要取决于柱的长细比在工程实践中，并不存在理想的轴心受压构件实际构件的初弯曲、制作误差、荷载作用的可能初始偏心以及轧制、切割和焊接后的残余应力等因素都将降低临界压力 cr或值据此,钢结构标准按各种不同截面形式、尺寸和加工条件以及残余应力分布等情况，归纳了a、b、c、d四类截面的轴压构件长细比与稳定系数值的关系（分板厚t40mm和t40mm两类）供设计使用轴心受压构件截面的分类见附录G,稳定系数值见附录H计算时应取截面两主轴稳定系数中的最小值计算轴心受压构件的弯曲屈曲时，截面为双轴对称的构件长细比按下列规定确定：式中，lox 、l oy分别为构件对主轴x轴、y轴的计算长度，ix、iy分别为构件毛面积对的回转半径。

4.局部稳局部稳 定定 为了保证实腹式轴心受压构件的局部稳定，采用限制其板件宽(高)厚比的办法准则是：使构件整体屈曲前板件不发生局部屈曲，即局部屈曲临界应力不低于整体屈曲临界应力(或极限应力)这一准则常称作等稳准则等稳准则与构件长细比有关轧制型钢的翼缘和腹板一般都有较大厚度，都能满足局部稳定要求，因而可以不作局部稳定验算验算对于组合截面，应限制板件的宽厚比，例如H形截面，板件宽厚比应符合下列规定；腹板式中：构件的较大长细比；当30时，取为30；当100时，取为100；h0、tw分别为腹板的计算高度和厚度，按表7.4.1 注2取值（mm）翼缘式中：b、tf分别为翼缘板自由外伸宽度和厚度，按表7.4.1 注2取值（mm）上述要求能满足实腹式轴心受压构件不出现局部失稳当轴心受压构件的压力小于稳定承载力Ncr=Af时，可将其板件宽厚比限值由相关公式算得后，乘以放大系数=Af/N 确定因为根据等稳准则，构件强际压力低于其承载力射，相应的局部屈曲临界力可以降低，从而可放宽宽厚比限值如果板件宽厚比超过规定的限制，可以采用纵向加劲肋加强加劲肋宜在腹板两侧成对配（图）5.截面设计步骤截面设计步骤 确定实腹式轴心柱的截面时，应考虑的原则是：等稳定性使构件在两个主轴方向的长细比尽量接近；宽肢薄壁在满足板件宽厚比的条件下，使截面面积的分布尽量远离形心轴，以增加截面的惯性矩和回转半径，提高构件的强度和刚度，达到经济的效果；构造简单制造省工，便于与其他构件连接。

当已知轴心受压柱的内力设计值N、计算长度0 x、0y和钢材抗压强度设计值f时，即可按设计所确定的截面形式选择截面尺寸通常是先根据近似回转半径按整体稳定性要求初选截面，同时要满足局部稳定要求然后，根据准确计算的回转半径值作最后验算若截面有开孔或削弱则还需验算净截面强度具体步骤如下：(1)假设柱的长细比，一般可先取50100根据和截面类别及钢号查得稳定系数值，求符合假设值所需的截面面积：(2)求符合假设值时截面两主轴方向所需的回转半径和尺寸 (3)由已知A、ix和iy优先选择轧制型钢,如普通工字钢、H型钢等若型钢规格不满足尺寸要求时,可采用组合截面：初步定出截面的轮廓尺寸，一般是根据回转半径定出截面的高度和宽度:(4)按上述A，h，b和构造要求、局部稳定性和钢材规格初选截面必要时可重新假设或假设h、b值，再次初选截面5)确定初选截面后，验算强度、刚度、局部稳定和整体稳定如不合适则需调整重选其中，1和2为截面回转半径近似值系数几种常见截面的回转半径近似值如表7.4.3所列，其中，1和2为截面回转半径近似值系数几种常见截面的回转半径近似值如表其中，1和2为截面回转半径近似值系数几种常见截面的回转半径近似值如表7.4.3所列，Thank you 。