钢结构设计原理-轴心受力构件2钢结构设计原.ppt
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1、4.5 实腹式轴心受压构件的截面设计,一、概述 实腹式轴心受压构件的截面设计基本可按以下两个步骤进行:初选截面、截面验算。二、实腹式轴心受压构件的截面设计过程 1、初选截面 设计截面时,首先要选择截面形式,确定钢号,然后根据轴力设计值 N 和两个主轴方向的计算长度初步选定截面尺寸。具体步骤如下:(对于轴心受压型钢构件和轴心受压组合截面的初选截面略有不同),4 轴心受力构件设计,实腹式轴压杆常用截面形式及其优缺点 表6-6,4 轴心受力构件设计,4 轴心受力构件设计,1)假定柱的长细比,一般在60100范围内,当轴力大而计算长度小时,取较小值,反之取较大值。如轴力很小,可取容许长细比。根据 及截
2、面分类查得 值,按下式计算所需的截面面积As,2)求截面两个主轴方向所需的回转半径,,,4 轴心受力构件设计,再根据截面的近似回转半径求截面轮廓尺寸,即求截面近似高度 h和宽度bl,式中1、2 分别为系数,表示 h、bl 和回转半径 ix、iy间的近似数值关系。例如,由三块钢板组成的工字形截面,有,,3)由 As 和截面近似高度 h和宽度bl,根据构造要求、局部稳定和钢材规格等条件,确定截面尺寸。,4 轴心受力构件设计,面积的分布应适当远离轴线,以增加截面的惯性矩和回转半径。在保证局部稳定的条件下,提高柱的整体稳定性和刚度;在两个主轴方向的长细比应尽可能接近,以达到经济效果;便于与其他构件连接
3、;构造简便,制造省工;选用能够供应的钢材规格等等。,轴心受压实腹柱宜采用双轴对称截面。不对称截面的轴心压杆会发生弯扭失稳,往往不很经济。轴心受压实腹柱常用的截面形式有工字形、管形、箱形等。,初选轴心受压实腹式构件的截面形式时,应考虑的原则:,4 轴心受力构件设计,2、实腹式轴心受压构件截面验算,三、实腹式轴心受压构件的构造要求,(1)强度验算,(2)整体稳定验算,(3)局部稳定验算,(4)刚度验算,4 轴心受力构件设计,4.6 格构式轴心受压构件,轴心受压格构柱的设计包括以下一些主要内容:截面选择;强度验算 整体稳定验算;单肢验算;刚度计算;缀条或缀板设计;连接节点设计;柱脚设计。本节主要介绍
4、六项内容。,4 轴心受力构件设计,4 轴心受力构件设计,截面形式 轴心受格构柱一般采用双轴对称对称截面。常用的截面形式是用两根槽钢或工字钢作为肢件(图ac),有时也采用四个角钢或三个圆管作为肢件(图d、e)。格构柱的优点是肢件间的距离可以调整,能使构件对两个主轴的稳定性相等。工字钢作为肢件的截面一般用于受力较大的构件。用四个角钢作肢件的截面形式往往用于受力较小而长细比较大的构件。肢件采用槽钢时,宜采用图a的形式,在轮廓尺寸相同的情况下,可得到较大的惯性矩 Ix,比较经济而且外观平整,便于和其他构件连接。缀条式格构柱常采用角钢作为缀条。缀板式格构柱常采用钢板作为缀板。,4 轴心受力构件设计,4
5、轴心受力构件设计,4 轴心受力构件设计,强度验算 强度验算公式与实腹柱相同。柱的净截面面积不应计入缀条或缀板的截面面积。,4 轴心受力构件设计,格构式受压构件也称为格构式柱,其分肢通常采用槽钢和工字钢,构件截面具有对称轴。当构件轴心受压丧失整体稳定时,不大可能发生扭转屈曲和弯扭屈曲,往往发生绕截面主轴的弯曲屈曲。因此计算格构式轴心受压构件的整体稳定时,只需计算绕截面实轴和虚轴抵抗弯曲屈曲的能力。,4.6.2 轴心受压格构式构件整体稳定,4 轴心受力构件设计,格构式轴心受压构件绕实轴的弯曲屈曲情况与实腹式轴心受压构件没有区别,因此其整体稳定计算也相同,可以采用实腹式轴心受压构件按b类截面进行计算
6、。,1.格构式轴心受压构件绕实轴的整体稳定验算,4 轴心受力构件设计,2.格构式轴心受压构件绕虚轴的整体稳定验算,实腹式轴心受压构件在弯曲屈曲时,剪切变形影响很小,对构件临界力的降低不到1%,可以忽略不计。格构式轴心受压构件绕虚轴弯曲屈曲时,由于两个分肢不是实体相连,连接两分肢的缀件的抗剪刚度比实腹式构件的腹板弱,构件在微弯平衡状态下,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。,对虚轴作整体稳定验算时,轴心受压构件稳定系数 应按换算长细比 查出。换算长细比,则按相关知识表中的有关公式计算。,格构式轴心受压构件绕虚轴失稳的换算长细比:格构式轴心受压构件绕实轴的计算与实腹式构
7、件相同,但绕虚轴的计算不同,绕虚轴屈曲时的稳定承载力比相同长细比的实腹式构件低。实腹式轴心受压构件在发生整体弯曲后,构件中产生的剪力很小,而其抗剪刚度很大,因此横向剪力产生的附加变形很微小,可以忽略不计。对于格构式轴心受压构件,绕虚轴失稳时的剪力要由较弱的缀材承担,剪切变形较大,产生较大的附加变形,对构件临界荷载的降低不能忽略。可以用换算长细比0 x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。,4 轴心受力构件设计,4 轴心受力构件设计,式中 整个构件对虚轴的长细比;A 整个构件的毛截面面积;一个节间内两侧斜缀条毛截面面积之和;缀条与构件轴线间的夹角。,根据弹性稳定理论分析,当构件采用
8、缀条时,两端铰接等截面格构式构件绕虚轴弯曲屈曲的临界应力为:,(1),(2),式(1)与实腹式轴心受压构件欧拉界应力计算公式的形式完全相同。由此可见,如果用,则可采用与实腹式轴心受压构件相同的公式计算格构式构件绕虚轴的稳定性,因此,称为换算长细比。一般斜缀条与构件轴线间的夹角在4070范围内,在此常用范围,25.632.7,其值变化不大。为了简便,规范按 45计算,即取上式为常数27。由此换算长细比公式(2)简化为:(3),4 轴心受力构件设计,需要注意的是,当斜缀条与柱轴线间的夹角不在4070范围内时,值将比27大很多,式(3)是偏于不安全的,应按式(2)计算换算长细比。此外,是按弹性屈曲推
9、导的,但一般推广用于全部 范围。,当缀件为缀板时,用同样的原理可得格构式轴心受压构件的换算长细比为:(4)式中:缀板与分肢线刚度比值;相邻两缀板间的净距;、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;构件截面中垂直于虚轴的各缀板的惯性矩之和;c两分肢的轴线间距。,通常情况下,k值较大(两分肢不相等时,k按较大分肢计算)。当k=620时,=1.0970.905,即在k6的常用范围,接近1。为简化起见,规范规定换算长细比按以下简化式计算:(5)式中:为分肢对最小刚度轴的长细比。缀板式构件分肢在缀板连接范围内刚度较大而变形很小,因此当缀板与分肢焊接时,计算长度 为相邻两缀板间的净距;当缀板与
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- 钢结构 设计 原理 轴心 构件
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