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1、第九章第九章第九章第九章轴心受力构件设计轴心受力构件设计轴心受力构件设计轴心受力构件设计第一节第一节第一节第一节概述概述概述概述轴心受力构件包括轴心受拉构件和轴心受压构件。在房屋建筑结构中， 轴心受压柱、屋架、托架、网架、塔架等均属于轴心受力构件。轴心受力构件按其截面形式可分为实腹式和格构式两种。 实腹式构件构造简单，制造方便，整体受力和抗剪性能好，但截面尺寸大时用钢量大，见 P141图 5-2(a)。格构式构件则由两个或多个分肢用缀板或缀条连接而成，见 P141图 5-2(b)、(c)。缀条常采用单角钢，缀板常采用钢板。第二节第二节第二节第二节轴心受力构件的强度和刚度轴心受力构件的强度和刚度
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轴心受力构件的设计必须满足承载力极限状态和正常使用极限状态，包括强度、刚度，轴心受压构件还必须满足整体稳定性和局部稳定性。本节回顾一下轴心受力构件的强度和刚度。一、强度计算有孔洞削弱的轴心受拉和轴心受压构件，要求满足下面的计算公式：fANn=/其中 N 为构件轴力设计值；An为构件的毛截面积；f 为钢材强度设计值。无孔洞削弱的轴心受拉和轴心受压构件，要求满足下面的计算公式：fAN=/其中 A 为构件的毛截面积。对摩擦型高强度螺栓连接的构件，计算净截面强度时应考虑孔前传力系数对轴力的折减及螺栓孔的削弱，计算公式应为：fAnnNn=/ )/5 . 0
3、1 (1其中：n1为第一列螺栓数；n 为构件节点上或接头一边的螺栓总数；An为第一净截面积。注意单面连接的单角钢轴心受力构件在计算强度时，钢材的强度设计值应乘以 0.85。这是因为连接偏心会引起弯矩，使角钢受附加应力，安全度降低。二、刚度计算长细比是构件的计算长度与截面回转半径的比值，即il/0=，越大，构件刚度越大，反之则刚度越小。验算构件的刚度时，应对两个主轴方向的长系比均进行计算：/=yoyyxoxx ilil其中：x、y为 x 轴长细比和 y 轴长细比；oxl、oyl、ix、iy分别为 x 轴和 y 轴的计算长度和回转半径。第三节第三节第三节第三节 轴心受压构件的整体稳定轴心受压构件的
4、整体稳定轴心受压构件的整体稳定轴心受压构件的整体稳定我国规范规定：轴心受压构件考虑残余应力、l/1000 的初弯曲等因素，采用极限承载力理论，给出了三组曲线，这样轴心受压构件的整体稳定必须满足：fAN=)/(其中：-轴心受压杆件的整体稳定系数，可根据截面形式（分别属于 a、b、 c三类）及长细比、钢材查 P496 开始的附表 5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6。第四节第四节第四节第四节 轴心受压构件的局部稳定轴心受压构件的局部稳定轴心受压构件的局部稳定轴心受压构件的局部稳定我国规定轴压构件的局部稳定通过限制板间宽（高）厚比来保证。确定板件宽厚比或高厚比的原则是：局部屈曲临界力大于或
5、等于整体临界应力得等稳定原则，我国规范规定：工字形轴心受压构件的板件宽厚比限值：翼缘：yftb/235)1 . 010(/+腹板：ywfth/235)5 . 025(/0+其中：-构件的长细比；当30时取30=；当100时取100=；T 形轴心受压构件的板件宽厚比限值：翼缘：yftb/235)1 . 010(/+腹板：ywfth/235)1 . 010(/0+箱形轴心受压构件的板件宽厚比限值：yftb/23540/0；ywfth/23540/0圆管截面轴心受压构件的板件宽厚比限值：)/235(100/yftD；注意：热轧型钢不必验算局部稳定！第五节第五节第五节第五节 实腹式轴心受压构件的截面设
6、计和构造要求实腹式轴心受压构件的截面设计和构造要求实腹式轴心受压构件的截面设计和构造要求实腹式轴心受压构件的截面设计和构造要求一、设计原则设计原则1截面应尽量开展；2两个主轴方向尽量等稳定，即yx；二、截面设计思路截面设计思路：已知构件采用的钢材、截面形式、轴压力设计值以及计算长度 l0x、 l0y， 要求确定截面尺寸。 做的时候首先假定一个比较合理的长细比，利用 P495 附录四-各种截面回转半径的近似值反推截面的高、宽。三、截面设计步骤：三、截面设计步骤：1假定构件的长细比，一般可取 40100。根据钢材类别、截面类别和， 查得，得：)/(fNA=2求两个主轴方向的回转半径：/00yyxx
7、lili=根据附录四，得到2121 /yxyx ibihbihi=3根据所需的 A、h、b，并考虑局部稳定和构造要求，初选截面尺寸4根据初选的截面尺寸，计算出截面的各种特性，如截面积、回转半径、长细比等，验算构件的强度、刚度、整体稳定、局部稳定。如果不满足，重新调整长细比或截面尺寸，重新验算直到满足为止。四、实腹式轴心受压构件的构造要求实腹式轴心受压构件的构造要求1翼缘与腹板间的连接焊缝一般取：hf=48mm。2当腹板的 h0/tw80 时，应设置横向加劲肋，其间距3h0，横向加劲肋的尺寸满足：外伸宽度 bs(h0/30)+40mm，厚度 tsbs/153构件较长时应设置横隔，横隔的间距构件截
8、面较大宽度的 9 倍或 8m。仔细研究仔细研究 P177P177 例题例题 5-25-2。第六节第六节第六节第六节 格构式轴心受压构件的截面设计和构造要求格构式轴心受压构件的截面设计和构造要求格构式轴心受压构件的截面设计和构造要求格构式轴心受压构件的截面设计和构造要求格构式构件分为缀条式和缀板式两种，分肢可以是双肢、三肢、四肢。格构式轴心受压构件的整体失稳主要是绕两个主轴的弯曲失稳，截面类别为 b类。一、格构式轴心受压构件的换算长细比一、格构式轴心受压构件的换算长细比yx00、双肢缀条式双肢缀条式格构构件的换算长细比一般角在 400700之间，采用xxxAA12 0/27+=；当不在此范围内，
9、则采用xxxAA122 2 0cossin+=。其中：x-绕截面虚轴（即 x 轴）的长细比，x=l0x/ixA-构件截面积；A1x-前后两个平面内缀条截面积总和比如缀条采用 L455，A1x=2429=858mm2实轴即实轴即 y y y y 轴不用换算。轴不用换算。双肢缀板式双肢缀板式格构构件的换算长细比2 12 0+=xx其中：1-分肢长细比，1=l01/i1;注意：一般双肢格构构件分肢的 x1轴往往与整个截面的虚轴(x 轴)垂直。四肢格构式四肢格构式构件的换算长细比缀条式：xxxAA12 0/40+=yyyAA12 0/40+=其中： A1x、 A1y分别是构件截面中垂直于 x 或 y
10、轴的各斜缀条毛截面面积之和；yx、分别是整个构件对 x 或 y 轴的长细比；缀板式：2 12 0+=xx2 12 0+=yy三肢格构式三肢格构式构件的换算长细比缀条式：)cos5 . 1 (422 12 0+=AA xx2 12 0cos42 AA xx+=其中：A1-构件截面中各斜缀条毛截面面积之和；二、格构式轴心受压构件的整体稳定计算二、格构式轴心受压构件的整体稳定计算由yx、计算换算长细比yx00、，根据yx00、查得验算：fAN=)/(格构式轴心受压构件分肢的稳定和强度该构件的剪力设计值为： 23585yfAfV=当分肢长细比当分肢长细比1满足下列条件时，不必再验算分肢稳定和强度：满足
11、下列条件时，不必再验算分肢稳定和强度：缀条式：缀条式：max17 . 0缀板式：缀板式：808050505 . 0maxmaxmaxmaxmax1 =时取；当时取当其中：其中：max- - - -格构式构件两个主轴方向长细比的较大值；对虚轴应取换算长细格构式构件两个主轴方向长细比的较大值；对虚轴应取换算长细比。比。格构式构件的分肢稳定：当分肢采用热轧型钢时不必计算，当分肢采用组合截面时应验算板件的宽厚比和高厚比。格构式轴心受压构件的截面设计格构式轴心受压构件的截面设计思路：先按实轴稳定选择截面分肢的尺寸，再按等稳定原则确定分肢间距。步骤：按实轴（y 轴）稳定确定截面尺寸假定绕实轴长细比y，一般
12、为 60100，查得求所需截面面积：)/(fNA=求所需绕实轴方向的回转半径 iy：/0yyli=根据附录四，得到22 /yy ibbi=根据所需的 A、iy（或 b） ，初选分肢型钢规格或截面尺寸，并验算实轴的整体稳定和刚度，如不满足，则重新假定合适的长细比，重新选择分肢的型号或截面尺寸，直到满足为止。按虚轴（x 轴）与实轴等稳定原则确定分肢的间距根据yx=0，得到所需的x：双肢缀条式：xyxxxAAAA12 12 0/27/27=双肢缀板式：2 122 12 0=yxx对缀条式可以先估计 A1x，对缀板式，取 0.5y（y50 时取y=50，当y80 时取y=80）根据x求所需 ix，ix
13、=l0x/x根据 ix和 i1确定两分肢轴线的间距 c 和 h02 1222ychiicx =其中：y0-分肢 y 向边缘离 y1轴的距离；两分肢净距要求大于 100150mm，以便于油漆。缀件设计：最大剪力应为 23585yfAfV=缀条式：V1=V/2对单杆斜缀条或交叉斜缀条视为只受拉不受压的柔性杆，斜缀条所受轴力为：sin/11VNd=对交叉斜缀条视为一根受拉一根受压的刚性杆，斜缀条所受轴力为：sin2/11VNd=对承受构件剪力的横缀条，所受轴力为：12VNd=然后计算其强度、连接时，应乘以折减系数 0.85，计算等边角钢稳定时应乘以折减系数63. 0005. 06 . 0+，取。不受剪力的横缀条，截面尺寸可取与斜缀条相等。缀板设计：略重点研究重点研究 P188P188 的例题的例题 5-35-3、例题、例题 5-45-4
