轴心受力构件设计

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1、第九章轴心受力构件设计第一节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

2、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：σ=N/A≤fn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：σ=N/A≤f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：σ=N(1−0.5n/n)/A≤f1n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

3、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λ=l/i，λ越大，构件0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：λ=l/i≤[λ]xoxxλ=l/i≤[λ]yoyy其中：λ、λ为x轴长细比和y轴长细比；l、l、ix、iy分别为x轴和y轴的xyoxoy计算长度和回转半径。第三节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

4、的初弯曲等因素，采用极限承载力理论，给出了三组ϕ−λ曲线，这样轴心受压构件的整体稳定必须满足：σ=N/(ϕA)≤f其中：ϕ-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λ、钢材查P496开始的附表5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6。第四节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：b′/t≤(10+0.1λ)235/fy腹

5、板：h0/tw≤(25+0.5λ)235/fy其中：λ-构件的长细比；当λ≤30时取λ=30；当λ≥100时取λ=100；T形轴心受压构件的板件宽厚比限值：翼缘：b′/t≤(10+0.1λ)235/fy腹板：h0/tw≤(10+0.1λ)235/fy箱形轴心受压构件的板件宽厚比限值：b/t≤40235/f；h/t≤40235/f0y0wy圆管截面轴心受压构件的板件宽厚比限值：D/t≤100(235/f)；y注意：热轧型钢不必验算局部稳定！第五节实腹式轴心受压构件的截面设计和构造要求一、设计原则1．截面应尽量开展；2．两个主轴方向尽量等稳

6、定，即λx≈λy；二、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：1．假定构件的长细比，一般可取40～100。根据钢材类别、截面类别和λ，查得ϕ，得：A=N/(ϕf)2．求两个主轴方向的回转半径：i=l/λi=l/λx0xy0y根据附录四，得到i=αhi=αbx1y2h=i/αb=i/αx1y23．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

7、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1．翼缘与腹板间的连接焊缝一般取：hf=4～8mm。2．当腹板的h0/tw>80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ts≥bs/153．构件较长时应设置横隔，横隔的间距≤构件截面较大宽度的9倍或8m。仔细研究P177例题5-2。第六节格构式轴心受压构件的截面设计和构造要

8、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λ、λ0x0y双肢缀条式格构构件的换