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1、第六章轴心受力构件第六章轴心受力构件钢结构设计原理钢结构设计原理Design Principles of Steel Structure1、轴心受力构件的应用和截面形式、轴心受力构件的应用和截面形式 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 3、轴心受压构件的整体稳定、轴心受压构件的整体稳定 4、实际轴心受压构件整体稳定的计算、实际轴心受压构件整体稳定的计算 5、轴心受压构件的局部稳定、轴心受压构件的局部稳定 6、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 7、格构式轴心受压构件、格构式轴心受压构件钢结构设计原理钢结构设计原理Design Principles o
2、f Steel Structure第六章轴心受力构件第六章轴心受力构件6.1.1 轴心受力构件的应用轴心受力构件的应用6.1 轴心受力构件的应用及截面形式轴心受力构件的应用及截面形式轴心受力构件是指承受通过截面形 心轴线的轴向力作用的构件。包括轴心受力构件是指承受通过截面形 心轴线的轴向力作用的构件。包括 轴心受拉构件轴心受拉构件（轴心拉杆）和（轴心拉杆）和轴心 受压构件轴心 受压构件（轴心压杆）。（轴心压杆）。a)+b)图图6.1.1 轴心受压构件的应用轴心受压构件的应用在钢结构中应用广泛，如桁架、网 架中的杆件，工业厂房及高层钢结 构的支撑，操作平台和其它结构的 支柱等。在钢结构中应用广泛
3、，如桁架、网 架中的杆件，工业厂房及高层钢结 构的支撑，操作平台和其它结构的 支柱等。钢结构设计原理钢结构设计原理Design Principles of Steel Structure第六章轴心受力构件第六章轴心受力构件柱脚yyxxx11柱脚(实轴)xxy1y(虚轴)(虚轴)y1x(实轴)y柱头柱身柱身ll缀板l = l缀条柱头图图6.1.2 柱的形式柱的形式支承屋盖、楼盖或工作平台的竖向 受压构件通常称为柱。柱由柱头、 柱身和柱脚三部分组成。支承屋盖、楼盖或工作平台的竖向 受压构件通常称为柱。柱由柱头、 柱身和柱脚三部分组成。传力方式：传力方式： 上部结构柱头柱身柱脚基础上部结构柱头柱身柱
4、脚基础实腹式构件和格构式构件实腹式构件和格构式构件实腹式构件具有整体连通的截面。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。实腹式构件具有整体连通的截面。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。钢结构设计原理钢结构设计原理Design Principles of Steel Structure第六章轴心受力构件第六章轴心受力构件柱脚yyxxx11柱脚(实轴)xxy1y(虚轴)(虚轴)y1x(实轴)y柱头柱身柱身ll缀板l = l缀条柱头图图6.1.2 柱的形式柱的形式格构式构件格构式构件实轴和虚轴实轴和虚轴格构式构件截
5、面中，通过分肢腹板的 主轴叫实轴，通过分肢缀件的主轴叫 虚轴。格构式构件截面中，通过分肢腹板的 主轴叫实轴，通过分肢缀件的主轴叫 虚轴。缀条和缀板缀条和缀板一般设置在分肢翼缘两侧平面内，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。缀条用斜杆组成或斜杆与横杆共同组成， 它们与分肢翼缘组成桁架体系；缀板常 用钢板，与分肢翼缘组成刚架体系。一般设置在分肢翼缘两侧平面内，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。缀条用斜杆组成或斜杆与横杆共同组成， 它们与分肢翼缘组成桁架体系；缀板常 用钢板，与分肢翼缘组成刚架体系。钢结构设计原理钢结构设计
6、原理Design Principles of Steel Structure第六章轴心受力构件第六章轴心受力构件6.1.2 轴心受力构件的截面形式轴心受力构件的截面形式a）型钢截面；）型钢截面； b)实腹式组合截面；实腹式组合截面；c)格构式组合截面格构式组合截面图图6.1.3 轴心受力构件的截面形式实 腹 式 截 面轴心受力构件的截面形式实 腹 式 截 面格 构 式 截 面格 构 式 截 面实腹式构件比格 构式构件构造简 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；而格 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。实腹式构件比
7、格 构式构件构造简 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；而格 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。钢结构设计原理钢结构设计原理Design Principles of Steel Structure第六章轴心受力构件第六章轴心受力构件轴心受力构件轴心受力构件轴心受拉构件轴心受压构件轴心受拉构件轴心受压构件强度 （承载能力极限状态）刚度 （正常使用极限状态）强度 （承载能力极限状态）刚度 （正常使用极限状态）强度刚度 （正常使用极限状态）稳定强度刚度 （正常使用极限状态）稳定（承载能力极限状态）（承载能力极限状态）
8、轴心受力构件的设计轴心受力构件的设计钢结构设计原理钢结构设计原理Design Principles of Steel Structure第六章轴心受力构件第六章轴心受力构件6.2 轴心受力构件的强度和刚度6.2 轴心受力构件的强度和刚度轴心受力构件以截面上的平均应力达到钢材的屈服强度作为强 度计算准则。轴心受力构件以截面上的平均应力达到钢材的屈服强度作为强 度计算准则。NfA（6.2.1）N 轴心力设计值；轴心力设计值； A 构件的毛截面面积；构件的毛截面面积； f 钢材抗拉或抗压强度设计值。钢材抗拉或抗压强度设计值。6.2.1 轴心受力构件的强度计算轴心受力构件的强度计算1. 截面无削弱1.
9、 截面无削弱 构件以全截面平均应力达到屈服强度为强度极限状态。 设计时，作用在轴心受力构件中的外力构件以全截面平均应力达到屈服强度为强度极限状态。 设计时，作用在轴心受力构件中的外力N应满足：应满足：钢结构设计原理钢结构设计原理Design Principles of Steel Structure第六章轴心受力构件第六章轴心受力构件2. 有孔洞等削弱有孔洞等削弱弹性阶段应力分布不均匀；弹性阶段应力分布不均匀；极限状态净截面上的应力为均匀屈服应力。极限状态净截面上的应力为均匀屈服应力。n/N Af（5.2.2）图图6.2.1 截面削弱处的应力分布截面削弱处的应力分布NNNN0max=30fy(
10、 (a)弹性状态应力()弹性状态应力(b)极限状态应力)极限状态应力构件以净截面的平均应力达到屈服强度为强度极限状态。 设计时应满足构件以净截面的平均应力达到屈服强度为强度极限状态。 设计时应满足nNfA（6.2.2）An 构件的净截面面积构件的净截面面积钢结构设计原理钢结构设计原理Design Principles of Steel Structure第六章轴心受力构件第六章轴心受力构件n110Abn dt轴心受力构件采用螺栓连接时最危险净截面的计算轴心受力构件采用螺栓连接时最危险净截面的计算螺栓并列布置按最危险的正 交截面（）计算：螺栓错列布置可能沿正交截面 （）破坏，也可能沿齿 状截面（
11、 ）破坏，取截 面的较小面积计算：螺栓并列布置按最危险的正 交截面（）计算：螺栓错列布置可能沿正交截面 （）破坏，也可能沿齿 状截面（ ）破坏，取截 面的较小面积计算：22 n42122021;AcnccndtNNbtt1b111NNtt1bc2c3c4c111钢结构设计原理钢结构设计原理Design Principles of Steel Structure第六章轴心受力构件第六章轴心受力构件对于高强螺栓的摩擦型连接，可以认为连接传力所依靠的摩擦力 均匀分布于螺孔四周，故在孔前接触面已传递一半的力，因此最 外列螺栓处危险截面的净截面强度应按下式计算：对于高强螺栓的摩擦型连接，可以认为连接传力
12、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，因此最 外列螺栓处危险截面的净截面强度应按下式计算：图图6.2.3 摩擦型高强螺栓孔前传力摩擦型高强螺栓孔前传力,110 ,10;n nNfAbn dtAfdbt其中：钢材强度设计值螺栓孔直径；主板宽度；主板厚度。110.51nNNn nn 计算截面上的螺栓数；连接一侧的螺栓总数。0.5为孔前传力系数对于高强度螺栓摩擦型连接的构件， 除按上式验算净截面强度外，还应 按式对于高强度螺栓摩擦型连接的构件， 除按上式验算净截面强度外，还应 按式(6.2.1)验算毛截面强度。验算毛截面强度。钢结构设计原理钢结构设计原理Design Pr
13、inciples of Steel Structure第六章轴心受力构件第六章轴心受力构件6.2.2 轴心受力构件的刚度计算（正常使用极限状态）轴心受力构件的刚度计算（正常使用极限状态）轴心受力构件的刚度通常用轴心受力构件的刚度通常用长细比长细比 来衡量，来衡量， 越大，表示构件刚 度越小；长细比过大，构件在使用过程中容易由于自重产生挠曲， 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。因此设计时应使构件长细比不超过规定的容许长细比越大，表示构件刚 度越小；长细比过大，构件在使用过程中容易由于自重产生挠曲， 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。因此
14、设计时应使构件长细比不超过规定的容许长细比 max构件最不利方向的最大长细比；构件最不利方向的最大长细比；l0计算长度，取决于其两端支承情况；计算长度，取决于其两端支承情况；i回转半径；回转半径； 容许长细比 ，查容许长细比 ，查P188表表6.2.1，表，表6.2.2。AIi maxyx),()(max0 maxil（6.2.4）钢结构设计原理钢结构设计原理Design Principles of Steel Structure第六章轴心受力构件第六章轴心受力构件6.3.1 轴心受压构件的整体失稳现象轴心受压构件的整体失稳现象6.3轴心受压构件的整体稳定轴心受压构件的整体稳定无缺陷的轴心受压
15、构件在压力较小时，只有轴向压缩变形，并保持 直线平衡状态。此时如果有干扰力使构件产生微小弯曲，当干扰力 移去后，构件将恢复到原来的直线平衡状态。无缺陷的轴心受压构件在压力较小时，只有轴向压缩变形，并保持 直线平衡状态。此时如果有干扰力使构件产生微小弯曲，当干扰力 移去后，构件将恢复到原来的直线平衡状态。（稳定平衡）（稳定平衡）随着轴向压力随着轴向压力N的增大，当干扰力移去后，构件仍保持微弯平衡状态 而不能恢复到原来的直线平衡状态。的增大，当干扰力移去后，构件仍保持微弯平衡状态 而不能恢复到原来的直线平衡状态。（随遇平衡）（随遇平衡）如轴心压力再稍微增加，则弯曲变形迅速增大而使构件丧失承载能 力
16、，这种现象称为构件的如轴心压力再稍微增加，则弯曲变形迅速增大而使构件丧失承载能 力，这种现象称为构件的弯曲失稳弯曲失稳。随遇平衡是从稳定平衡过渡到不稳定平衡的临界状态，发生随遇平衡 时的轴心压力称为。随遇平衡是从稳定平衡过渡到不稳定平衡的临界状态，发生随遇平衡 时的轴心压力称为临界力临界力Ncr，相应的截面应力称为，相应的截面应力称为临界应力临界应力crcr。钢结构设计原理钢结构设计原理Design Principles of Steel Structure第六章轴心受力构件第六章轴心受力构件无缺陷的轴心受压构件（双轴对称的工型截面） 通常发生无缺陷的轴心受压构件（双轴对称的工型截面） 通常发生弯曲失稳弯曲失稳，构件的变形发生了性质上的
