钢结构演示

1周宇佳木斯大学建筑工程学院钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章轴心受力构件1截面设计原则等稳定性原则宽肢薄壁课程回顾：实腹式轴心受压构件的截面设计制造省工连接方便2.截面选择NAf（2）求截面两个主轴方向所需的回转半径0yyli0xxli（1）确定所需的截面面积。假定长细比根据及截面分类查得值，按下式计算所需的截面面积A。钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章轴心受力构件对于型钢截面，根据A、ix、iy查型钢表，可选择型钢的型号（附录4-11）。对于焊接组合截面，根据截面的回转半径求截面轮廓尺寸，即求高度h和宽度b。（查P383附录12）12;yxiihb（3）确定截面各板件尺寸对于焊接组合截面，由A和h、b，根据构造要求、局部稳定和钢材规格等条件，确定截面所有其余尺寸。h0和b宜取10mm的倍数，t和tw宜取2mm的倍数且应符合钢板规格，tw应比t小，但一般不小于4mm。钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章轴心受力构件3截面验算（1）强度验算N——轴心压力设计值；An——压杆的净截面面积；f——钢材抗压强度设计值。nNσfA（6.2.2）（2）刚度验算max0maxil（6.2.4）钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章轴心受力构件N——轴心压力设计值，A——构件毛截面面积，ƒ——材料设计强度——轴心受压构件整体稳定系数。按不同公式计算。与截面类型、构件长细比、所用钢种有关。（3）整体稳定验算fAN（6.4.2）（4）局部稳定验算对于热轧型钢截面，因板件的宽厚比较大，可不进行局部稳定的验算。(100.1)235/ybft翼缘ywfth/235)5.025(0腹板（6.5.3）（6.5.4）钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章轴心受力构件轴心受力构件的截面形式a）型钢截面；b)实腹式组合截面；c)格构式组合截面轴心受力构件的截面形式实腹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。钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章轴心受力构件§6.7格构式轴心受压构件图6.7.1格构式构件格构式轴心受压构件组成格构式轴心受压构件肢件——槽钢、工字钢、角钢、钢管缀材——缀条、缀板缀条肢件缀板肢件l1钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章轴心受力构件§6.7格构式轴心受压构件钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章轴心受力构件§6.7格构式轴心受压构件钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章轴心受力构件肢件：受力件。由2肢（工字钢或槽钢）、4肢（角钢）、3肢（圆管）组成。图6.7.2格构式柱的截面型式缀件：把肢件连成整体，并能承担剪力。缀板：用钢板组成。缀条：由角钢组成横、斜杆。截面的虚实轴：垂直于分肢腹板平面的主轴－实轴；垂直于分肢缀件平面的主轴－虚轴。xyxyxyxy(a)(b)xy钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章轴心受力构件6.7.1格构式轴心受压构件绕实轴的整体稳定当构件绕实轴丧失整体稳定时，格构式双肢轴心受压构件相当于两个并列的实腹构件，其整体稳定承载力的计算方法与实腹式轴心受压构件相同。6.7.2格构式轴心受压构件绕虚轴的整体稳定实腹式轴心受压构件弯曲屈曲时，剪切变形影响很小，一般可忽略不计。格构式轴心受压构件绕虚轴（x-x）弯曲屈曲时，两分肢非实体相连，连接两分肢的缀件的抗剪刚度比实腹式构件腹板弱，除弯曲变形外，还需要考虑剪切变形的影响，因此稳定承载力有所降低。钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章轴心受力构件经理论分析，可以用换算长细比0x代替对x轴的长细比x来考虑剪切变形对临界荷载的影响。对于双肢格构式构件，换算长细比为：1.缀条布置体系两端铰接等截面格构式轴心受压构件绕虚轴弯曲屈曲的临界应力为：1x2xcrAAEcossin222(6.7.1)1x222x0xcossinAA(6.7.3)20xcrE2(6.7.2)x——构件对虚轴的长细比；A——构件的毛截面面积A1x——构件横截面所截两侧斜缀条毛截面面积之和——缀条与构件轴线间的夹角钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章轴心受力构件由于＝40º～70º之间，在此范围内的值变化不大（25.6～32.7），我国设计规范取常数27。cossin/221x2x0x27AA则公式简化为(6.7.4)对于缀板式压杆，用同样原理也可得缀板式压杆的换算长细比为：2122112k2x0x（6.7.5）2.缀板布置体系1——相应分肢长细比1＝l1/i1k——缀板与分肢线刚度比值k＝(Ib/c)/(I1/l1)钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章轴心受力构件1——相应分肢长细比1＝l1/i1k——缀板与分肢线刚度比值k＝(Ib/c)/(I1/l1)l1为相邻两缀板间的中心距；c为两分肢的轴线间距；I1，i1为每个分肢绕其平行于虚轴方向形心轴的惯性矩和回转半径；Ib为构件截面中垂直于虚轴的各缀板的惯性矩之和。通常k值较大，当k＝6~20时，2（1+2/k）/12=1.097~0.905，即k≥6~20的常用范围，接近于1，为简化起见《规范》规定换算长细比为：212x0x(6.7.6)1——分肢对最小刚度轴的长细比1＝l01/i1l01------P217钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章轴心受力构件max—构件两方向长细比（对虚轴取换算长细比）的较大值；1——分肢的长细比1＝l01/i1缀条构件max17.0（6.7.7）缀板构件405.01max1且（6.7.8）当max50时，取max=50。当格构式构件的分肢长细比满足下列条件时，即可认为分肢的稳定和强度可以满足而不必再作验算（即能保证分肢的稳定和强度高于整体构件）。6.7.3格构式轴心受压构件分肢的稳定和强度计算6.7.4格构式轴心受压构件分肢的局部稳定分肢为轧制型钢一般可以满足，焊接组合截面应验算翼缘和腹板的宽（高）厚比。钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章轴心受力构件1.格构式轴心受压构件的剪力6.7.5格构式轴心受压构件的缀件的设计考虑初始缺陷的影响，《规范》用以下实用公式计算格构式轴心受压构件可能产生的最大剪力设计值vP218dzdMV轴心压杆在受力挠曲后任意截面上的剪力V为:NM图6.7.3格构式轴心受压构件的弯矩和剪力VlyN(a)(b)M=NYV=NdY(c)dzyYmaxVzNNcosN曲线Yy载力曲线初弯曲maxMV=NsinN简化(d)V±Vmax±Vzy0mm极限承023585ymaxfAfV（6.7.9）钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章轴心受力构件2.缀条的设计（稳定验算）缀条柱的每个缀件面如同一平行弦桁架，缀条的内力可与桁架的腹杆一样计算。一个斜缀条的内力Nd1为：V1——分配到一个缀条面上的剪力；θ——斜缀条与构件轴线的夹角。cos11dnVN（6.7.10）缀条的最小尺寸不宜小于L45×4和L56×36×4。横缀条不受剪力，主要用来减小分肢的计算长度，截面尺寸与斜缀条相同。图6.7.4缀条的内力钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章轴心受力构件缀条按轴心受压构件设计。缀条采用单角钢时，应考虑受力偏心的不利影响，引入折减系数0，并按下式计算整体稳定。fAN0td1（6.4.3*）钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章轴心受力构件缀板与构件两个分肢组成单跨多层平面刚架体系。当它弯曲时，反弯点分布在各段分肢和缀板中点，从柱中取出隔离体如图b，则可得缀板所受的剪力Vb1和端部弯矩Mb1为：3.缀板的设计l1——缀板中心线间的距离；c——肢件轴线间的距离111bVlVc11b12VlM（6.7.11）图6.7.5缀板格构构件的剪力及受力分析Vb1Vb1Mb1Vb1l1/2Vb1Vb1Mb1Vb1l1/2l1l1/2钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章轴心受力构件32chb缀板的尺寸由刚度条件确定，为了保证缀板的刚度，规范规定在同一截面处缀板的线刚度之和不小于构件较大单肢线刚度的6倍P221。mmb640和ct一般取：根据计算的弯矩Mb1和剪力Vb1可验算缀板的弯曲强度、剪切强度以及缀板与分肢的连接强度(P73)。即可满足上述线刚度比、受力和连接等要求。VMlwb1MfWb1vbb1.5Vfht钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章轴心受力构件为了增强杆件的整体刚度，保证杆件截面的形状不变，杆件除在受有较大的水平力处设置横膈外，尚应在运输单元的端部设置横膈，横膈的间距不得大于柱截面较大宽度的9倍和不得大于8m。横膈可用钢板或角钢做成。6.7.6格构式轴心受压构件的横隔和缀件连接构造图6.7.6格构式构件的横隔钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章轴心受力构件思考题：1.计算轴心受压缀条柱时，如何考虑柱的剪切变形的影响？此时柱的整体等稳定条件是什么？钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章轴心受力构件答：轴心受压柱的临界力。对格构式缀条柱的虚轴，单位剪切角较大，剪力产生的剪切变形不能忽略，它将降低整体稳定临界力，因此设计中将构件计算长度定为，为放大系数，以考虑这一不利影响，用换算长细比来替代（x为虚轴）。柱的整体等稳定条件为（y为实轴）。钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章轴心受力构件2.在缀条式轴心受压格构柱中，为什么要限制单肢的长细比？如何限制？钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章轴心受力构件答：为使格构柱单肢不先于整体失稳，要限制单肢的长细比。通过保证单肢长细比（为两个主轴方向长细比中的较大值）。钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章轴心受力构件3.轴心受压格构式构件在验算其绕虚轴的整体稳定时采用换算长细比，是因为______。A.格构构件的整体稳定承载力高于同截面的实腹构件B.考虑强度降低的影响C.考虑剪切变形的影响D.考虑单支失稳对构件承载力的影响钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章轴心受力构件4.轴心压杆的ф－λ关系曲线,由两个区组成，I区为中小长细比部分，II区为大长细比部分。改变钢材的种类来提高钢材的强度，______。A.可提高两区的整体稳定承载力B.不能提高两区的整体稳定承载力C.能提高II区的整体稳定承载