鋼結(jié)構(gòu)基本原理第六章軸心受力構(gòu)件21:19

16.3軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定

重點(diǎn)6.4軸心受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定6.5軸心受壓柱的設(shè)計(jì)

重點(diǎn)6.6柱頭和柱腳的構(gòu)造設(shè)計(jì)第六章軸心受力構(gòu)件6.1軸心受力構(gòu)件的類型和應(yīng)用6.2軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度本講

內(nèi)容21:19

2軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)內(nèi)容?格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的

設(shè)計(jì)與實(shí)腹式區(qū)別?強(qiáng)度計(jì)算

剛度計(jì)算整體穩(wěn)定

局部穩(wěn)定柱頭

柱頭綴板上一講回顧(虛軸)y(實(shí)軸)3(虛軸)y(實(shí)軸)柱身柱腳柱身柱腳21:19y□

綴條設(shè)計(jì)綴條內(nèi)力：可按鉸接桁架進(jìn)行

分析設(shè)

計(jì)：按軸心受壓計(jì)算，考慮鋼材強(qiáng)度值及連接焊縫強(qiáng)度6.5軸心受壓柱的設(shè)計(jì)(6.5.2格構(gòu)式柱)6.5.2.4綴件的設(shè)計(jì)口

格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的剪力的

折

減。21:19單綴條

雙綴條21:19

口綴板設(shè)計(jì)內(nèi)力：綴板與構(gòu)件兩個(gè)分

肢組成單跨多層平

面剛架。6.5軸心受壓柱的設(shè)計(jì)(6.5.2格構(gòu)式柱)6.5.2.4綴件的設(shè)計(jì)設(shè)

計(jì)：綴件常用角焊縫與

分肢相連。按構(gòu)件

與焊縫連接設(shè)計(jì)。V??=V?L/aM?=V?L/256.5軸心受壓柱的設(shè)計(jì)(6.5.2格構(gòu)式柱)6.5.2.4綴件的設(shè)計(jì)□橫隔的設(shè)置位

置：格構(gòu)式構(gòu)件在受有較大水平力處和每個(gè)運(yùn)送單元的作

用：

以保證截面幾何形狀不變提高構(gòu)件抗扭剛度傳遞必要的內(nèi)力要求：橫隔的間距不得大于構(gòu)件截面較大寬度的9倍或8m兩端，應(yīng)設(shè)置橫隔。21:1966.5軸心受壓柱的設(shè)計(jì)(6.5.2格構(gòu)式柱)6.5.2.5截面設(shè)計(jì)

一

、設(shè)計(jì)思路柱

頭實(shí)腹軸心受壓構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的原則在格構(gòu)式柱截面設(shè)計(jì)中也是適用的。□

已知條件軸心受壓構(gòu)件的壓力設(shè)計(jì)值N

、計(jì)算長度

l。和

loy、f

和截

面

類

型?！?/p>

設(shè)計(jì)思路按實(shí)軸穩(wěn)定要求選擇截面兩分肢的尺寸；按虛軸與實(shí)軸等穩(wěn)定性確定分肢間距。綴板柱

身柱腳(虛軸)1y

y(實(shí)軸)(虛軸)y(實(shí)軸)21:196.5軸心受壓柱的設(shè)計(jì)(6.5.2格構(gòu)式柱)7.7.5截面設(shè)計(jì)

二、設(shè)計(jì)步驟口步驟

一

：按實(shí)軸穩(wěn)定要求選擇截面兩分肢的尺寸一般可先在60～100范圍選取，求A=N/(qf)i,和分肢截面高度b

;根據(jù)所需

A

、i

(

或A

、b)

初選分肢

型鋼規(guī)格(或截面尺寸),并進(jìn)行實(shí)

軸整體穩(wěn)定和剛度驗(yàn)算。假定繞實(shí)軸長細(xì)比入，

所需的截面面積A。求所需繞實(shí)軸回轉(zhuǎn)半徑21:19

8綴板式構(gòu)件λ=

√23-22=

√22-23求所需

i

=lo/λ根據(jù)

i

和

i

求兩分肢軸線間距c和h口

步

驟

二

：

按

虛

軸

(

設(shè)

為x軸

)

與

實(shí)

軸

等

穩(wěn)

定原則確定

兩分肢間距c及截面高度h根據(jù)換算長細(xì)比

λ

x=λ

,

則可得所需要的λ最大值6.5軸心受壓柱的設(shè)計(jì)(6.5.2格構(gòu)式柱)7.7.5截面設(shè)計(jì)

二、設(shè)計(jì)步驟綴條式構(gòu)件h=c±2y?21:196.5軸心受壓柱的設(shè)計(jì)(6.5.2格構(gòu)式柱)7.7.5截面設(shè)計(jì)

二、設(shè)計(jì)步驟口

步驟三：截面驗(yàn)算強(qiáng)度>

整體穩(wěn)定單肢穩(wěn)定(局部穩(wěn)定)剛度綴件(綴板、綴條)焊縫21:1910例

題

1一兩端鉸接的軸心受壓柱，柱高9m,在

兩個(gè)三分點(diǎn)處均有側(cè)向支撐(x方向),承受軸

心壓力設(shè)計(jì)值N=400kN,

鋼材為Q235。試

為

該柱選擇熱軋工字鋼截面。3000—3000300021:1911例

題1一兩端鉸接的軸心受壓柱，柱高9m,在兩個(gè)三分點(diǎn)處均有側(cè)向支撐

(x

方向),承受軸心壓力設(shè)計(jì)值N=400kN,

鋼材為Q235。試為該柱選擇熱軋工字鋼

截面。解：1、初選截面：

3000假定λ=130,

3000查得：φ、=0.434(a類

)

3000,=0.387(b

類

)A=N/(φf)=400×103/(0.387×215)=4807mm2i=l

?！苔?900/130=6.92cmi,=1

。/λ=300/130=2.3cm21:1912查工字鋼表，初選I25a:A=48.54cm2,i=10.18cm,i=2.4cm,h=250mm,b=116mm2、驗(yàn)算：2=l×1i=900/10.18=88.42

、=1.1i,=300/2.4=125

<[2J=150b/h=116/250=0.464<0.8查得：φ、=0.725(a類),φ、=0.411(b

類

)N/(φA)=

400×103/(0.411×4854)=

200.5N/mm2<f=215N/mm2由于截面無削弱，不必驗(yàn)算強(qiáng)度。型鋼截面局部穩(wěn)定也不需驗(yàn)算。所以，所選截面滿足要求。21:19

13例題

2

試設(shè)計(jì)一兩端鉸接的焊接工字形組合截面柱。柱高4.8m,鋼材Q235,手工焊，E43型焊條，翼緣為軋制邊，板厚小于40mm。

承受軸心壓力設(shè)計(jì)值

N=800kN。解：1、初選截面：假定λ=80,查得φ、=0.688(b

類),φ、=0.578(c類

)A=N/(φf=800×103/(0.578×215)=6438mm2i=l/λ=480/80=6cmi,=1./2=480/80=6cm由近似關(guān)系：h

=i/0.43=60/0.43=140mmb=i,/0.24=60/0.24=250mm21:1914試取b=250mm,t=10mm;h=260mm,t.=6mm2、截面驗(yàn)算：(1)截面幾何特性A=2×25×1.0+24×0.6=64.42cm2I

=0.6×243/12+2×25×1.0×12.52=8503.7cm?

I=2×1.0×253/12=2604.2cm?i=√L/A=18503.7164.42=11.5cm(2剛度驗(yàn)算：2、=l?

×i=480/11.5=41.72,=1/i,=480/6.4=75

≤[2]=150i,=VI,/A=√2604.2/64.42=6.4cm15(3)整體穩(wěn)定性驗(yàn)算由λ=41.7查得φ=0.893(b類)由A=75查得φ=0.610(c類)N/(ΦA(chǔ))=800×103/(0.610×6440)=203.6N/

mm2<f=215N/mm2(4)板件局部穩(wěn)定性驗(yàn)算翼緣：b?/t=122/10=12.2<10+0.1

l

=10+0.1×75=17.5max腹板：ho/tw=240/6=40<25+0.5l

max=25+0.5×75=62.5所選截面滿足要求。21:19

16提高柱的抗扭剛度，防止腹板在運(yùn)輸和施工中發(fā)生過大的變形，應(yīng)設(shè)橫向加勁肋，要求如下：橫向加勁肋間距≤3h?;橫向加勁肋的外伸寬度b?≥h

。/30+40

mm;橫向加勁肋的厚度t?≥b?/15。對于組合截面，其翼緣與腹板間的焊縫受力較小，可不于計(jì)算，按構(gòu)造選定焊腳尺寸即可。3、構(gòu)造要求：對于實(shí)腹式柱，當(dāng)腹板的高厚比h。/t>80時(shí)，為21:19例

題3

試設(shè)計(jì)一兩端鉸接的軸心受壓格構(gòu)式柱。已知軸心壓力設(shè)計(jì)值N=1350kN,此柱在x方向的計(jì)算長度l=6m,

在y方向的計(jì)算長度1=3m。

鋼材為Q345,焊條為E50

型。設(shè)計(jì)成綴條式格構(gòu)柱；解：(1)綴條式格構(gòu)柱設(shè)計(jì)a、

按柱對實(shí)軸y的穩(wěn)定性確定兩個(gè)單肢截面選取截面形式為雙槽鋼截面。假定λy=60,

則λyVfy/235=60

√345/235=72.7

查得φy=0.734(b

類)21:19

18則A=N/(φyf)=1350×103/(0.734×315)=5839mm2iy

=loy/λy=300/60=5cm由A、iy查槽鋼表，初選槽鋼型號2[20

a:A

=2×28.84=57.68cm2

,iy=7.86cm,

zo=2.01cm,I=128cm4,i=2.11cm。截

面驗(yàn)算：,=Loy/i,=300/7.86=38.2<[2]=150zo

1由λyf、1235=38.2

√345/235=46.3,查

得φ、=0.873

(b

類)N/(φyA)=1350×103/(0.873×5768)=

268.1N/mm2f=315

N/mm2

知所選槽鋼滿足要求。

19b、按柱對虛軸x的穩(wěn)定性確定兩個(gè)單肢間距設(shè)綴條布置為單斜式。試選用最小角鋼

45×4作為柱的斜綴條，查角鋼表知：A?/2

=3.49cm2。=√λ

2-27A/A?x=√38.22-27×57.68/(3.49×2)=35.2ix

=I/lx=600/35.2

=17.1cm由回轉(zhuǎn)半徑與截面寬度的近似關(guān)系，得截面總寬度

b=ix/0.44

=17.1/0.44=38.9cm,取b=35cm。21:19

20截面驗(yàn)算：兩單肢軸線間距：a

=b-2zo=35-2×2.01=30.98cmIx=2[I+A/2×(a/2)21=2[128+28.84×15.4921=14113.6cm?i=√Ix/A=√

14113.6/57.68=15.6cm入=lox/ix=600/15.6=38.4=√

×2+27A/A1x=√38.42+27×57.68/6.98=41.2由λV、/235=41.2V345/235=

49.9,查得φ=0.857(1b類

)N/(φ、A)=1350×1031(0.857×5768)=273.1N/mm2<f=315

N/mm2

滿

足對虛軸x的穩(wěn)定性要求。21:19

21<[2]=150滿足剛度要求。斜綴條內(nèi)力N

?=V/(2cos45°)=18317Nλ=1,/imin=a/(cos45°*i..)=30.98/(0.707×0.89)=49.3<[2]=200

由

λf、/235=49.3√345/235=

59.7,查得φ=0.809(b

類)y,=0.6+0.0015λ=0.6+0.0015×49.3=

0.67C、綴

條

計(jì)

算

：斜綴條傾角取為45°。柱的橫向剪力V=

Af/85√fy/235=5768×315√345/235/85=12950NN/(φA,/2)=

18317/(0.809×349)=64.9

N/mm2<γ,*f=0.67×315=

211.1N/mm2。滿

足

要

求

。21:19

2245°45°Ntd、柱單肢的穩(wěn)定性驗(yàn)算l??=2a=2×30.98=61.96cm,Amax=λ。=41.2<50,取λmax=50A

=l??/i?=61.96/2.11

=290.7λ

=0.7×50=35,IlldX單肢穩(wěn)定性滿足要求。21:1923e、綴條與柱肢的連接焊縫計(jì)算采用兩邊側(cè)面角焊縫連

接

，取h=4mm.則肢背焊縫所需計(jì)算長度lw≥k?N/(0.7h,*yr*fr")=0.7×18317/(0.7×4×0.85×200)=26.9

mm實(shí)際長度l≥1w?+2h=26.9+2×4=

34.9mm肢尖焊縫所需計(jì)算長度lw?

≥k?N?/(0.7h,*Yr*f")=0.3×18317/(0.7×4×0.85×200)=

11.5

mm實(shí)際長度l?≥1w?+2h=11.5+2×4=19.5mm肢背、肢尖焊縫的計(jì)算長度均小于40mm,將肢背、肢尖焊縫的實(shí)際長度均取為50mm。21:19246.6柱頭和柱腳的構(gòu)造設(shè)計(jì)

一

、鋼柱的組成柱通常由柱頭、柱身和柱腳組成，柱頭支承上部結(jié)構(gòu)并將

荷載傳給柱身，柱腳則把荷載由柱身傳給基礎(chǔ)。柱頭柱

頭

x柱身柱身Xy柱腳x21:19

256.6柱頭和柱腳的構(gòu)造設(shè)計(jì)

二

、柱頭的構(gòu)造傳力路線：梁

突緣

柱頂板

加勁肋

柱身填板