1、第四章 軸心受力構件 4.1 概述軸心受力構件：軸心受拉和軸心受壓應用十分廣泛，例如桁架上下弦桿，工業建筑中的操作平臺和其他結構的支柱等，承受軸向壓力。軸心受力構件的截面形式多種：軋制型鋼截面、冷彎薄壁型鋼截面、組合截面、格構截面 軸心受力構件的設計，應同時滿足承載力極限狀態和正常使用極限狀態的要求。受拉構件的設計：進行強度和剛度的驗算，受壓構件的設計：進行強度、穩定和剛度的驗算。構件的剛度是通過限制其長細比來保證的。4.2 軸心受力構件的強度和剛度4.2.1軸心受力構件的強度計算截面的平均應力達到鋼材的屈服點為承載力極限狀態。截面局部削弱時，應力分布不再均勻，孔洞附近出現應力集中現象。彈性階

2、段，孔壁邊緣的最大應力可能達到構件毛截面平均應力的3倍。若拉力繼續增加，當孔壁邊緣的最大應力達到材料的屈服強度以后，應力不再繼續增加而只發展塑性變形。截面上的應力產生塑性重分布，最后達到均勻分布。因此，對于有孔洞削弱的軸心受力構件，仍以其凈截面的平均應力達到其強度限值作為設計時的控制值。fANn 采用高強度螺栓摩擦型連接的構件，驗算凈截面強度時應考慮一部分剪力已由孔前接觸面傳遞，驗算最外列螺栓處危險截面的強度時，應按下式計算fANn)5 . 01 (1nnNN摩擦型連接的拉桿，除驗算凈截面強度外，還應驗算毛截面強度 fAN 4.2.2軸心受力構件的剛度計算為滿足正常使用要求，構件應具有一定的剛

3、度，保證構件不會在運輸和安裝過程中產生彎曲或過大的變形，以及使用期間因自重產生明顯下撓，還有在動力荷載作用下發生較大的振動。剛度是以限制其長細比來保證的，即 構件的計算長度；截面對應于屈曲軸的回轉半徑；構件的容許長細比。鋼結構設計規范根據構件的重要性和荷載情況，分別規定了軸心受拉和軸心受壓構件的容許長細比。0ilAIi 4.3 軸心受壓構件的整體穩定當長細比較大截面又沒有削弱時，軸心受壓構件一般不會發生強度破壞，整體穩定是受壓構件確定截面的決定性因素。失穩的傳統分類：1) 分枝（分岔）失穩：特點是在臨界狀態時，結構（構件）從初始的平衡位形突變到與其臨近的另一個平衡位形，表現出平衡位形的分岔現象

4、。 2) 極值點失穩：特點是沒有平衡位形的分岔，臨界狀態表現為結構（構件）不能繼續承受荷載增量。4.3 軸心受壓構件的整體穩定4.3.1 理想軸心受壓構件的屈曲臨界力理想軸心受壓構件：構件完全挺直，荷載沿構件形心軸作用，無初始應力、初彎曲和初偏心等缺陷，截面沿構件是均勻的。壓力達到某臨界值時，理想軸心受壓構件可能以三種屈曲形式喪失穩定：彎曲屈曲 桿件的截面只繞一個主軸旋轉，桿件的縱軸由直線變為曲線，雙軸對稱截面構件最常見的屈曲形式。扭轉屈曲 失穩時桿件除支承端外的各截面均繞縱軸扭轉，長度較小的十字形截面構件可能發生的扭轉屈曲。 彎扭屈曲 單軸對稱截面桿件繞對稱軸屈曲時，在發生彎曲變形的同時必然

5、伴隨著扭轉。1.彎曲屈曲的臨界力 長度l、兩端鉸接的等截面理想軸心受壓構件，當軸心力N達到臨界值時，構件處于屈曲的微彎狀態，求解其彎曲屈曲的臨界力Ncr。軸心受壓構件發生彎曲時，截面中將引起彎矩M和剪力V，任一點由彎矩產生變形為yl，由剪力產生變形為y2，則總變形為yyl+y2 EIMdxyd212彎曲變形后的曲率剪力V作用下，構件變形曲線因剪力影響而產生的斜率的改變為dxdMGAVGAdxdy222222dxMdGAdxyd2222dxydGANyEINdxyd01 yEINGANyGANEINk1202 yky1222222221111lEIlEIGAlEIlEINcr1222211lEI

6、EIANcrcr2221lGANEINk122222222cr1111lEIlEIGAlEIlEIN12222crcr11lEIEAN實腹式構件略去剪切變形，臨界力相差3左右。只考慮彎曲變形，上述臨界力公式即為著名的歐拉臨界力公式，表達式為 2222EEAlEIN22EE實際結構中，壓桿端部不可能都為鉸接，任意端部支承的壓桿，臨界力表達式20222lEIlEINcr 2 扭轉屈曲的臨界力雙軸對稱截面構件，在軸心壓力N作用下，除可能沿x軸或y軸彎曲屈曲外，還可能繞z軸發生扭轉屈曲。假定構件兩端為簡支并符合夾支條件，即端部截面可自由翹曲，但不能繞z軸轉動，這是約束扭轉。約束扭轉時構件縱向纖維發生彎

7、曲，因此截面中必然產生正應力，稱為翹曲正應力。由此伴生彎曲剪應力，稱為翹曲剪應力，翹曲剪應力產生翹曲扭矩。扭轉屈曲臨界力20221iGIlEINtzAEiGIlEINztz22202217 .25/)/(/2202220ttzGIlIAiEGIlIAi計算中，可采用扭轉屈曲臨界力與歐拉臨界力相等得到換算長細比z0i2220yxiiiyxIIAi20lyll0截面對剪心的極回轉半徑，對雙軸對稱軸扭轉屈曲的計算長度，對兩端鉸接、端部截面可自由翹曲或兩端嵌固、端部截面翹曲受到完全約束的構件，取z由換算長細比 可用彎曲失穩的柱子曲線獲得穩定系數常用的十字形雙軸對稱截面 ，則故雙軸對稱的十字形截面軸心受

8、壓構件，只要 就會由扭轉屈曲控制設計。規范規定“雙軸對稱十字形截面桿件， 或 的取值不得小于 ”，就是來源于此。 0ItbbtIIIAiyxtz/07. 53/47 .257 .25320zyxxytb/07. 50200iNaNNNNzEy3.彎扭屈曲的臨界力單軸對稱T形截面，當繞非對稱軸屈曲時，截面上的剪應力的合力必然通過剪切中心，所以只有平移沒有扭轉，即發生彎曲屈曲。當截面繞對稱軸發生平面彎曲變形時，橫截面產生剪力與內剪力流的合力不重合，必然伴隨著扭轉，這種現象稱稱作彎扭屈曲。根據彈性穩定理論，單軸對稱截面繞對稱軸（y軸）的彎扭屈曲臨界力N和彎曲屈曲臨界力NEy及扭轉屈曲臨界力Nz之間的

9、關系由下式表達上式解的最小值即為彎扭屈曲的臨界力。2y2EyEAN2z2zEAN 2yz2yzEAN222020222222142121zyzyzyyzia將彎扭屈曲用換算長細比的方法換算為彎曲屈曲。4.3.2 初始缺陷對軸心受壓構件承載力的影響以上介紹的是理想軸心受壓構件的屈曲臨界力，實際工程中的構件不可避免地存在著初彎曲、荷載初偏心和殘余應力等初始缺陷，這些缺陷會降低軸心受壓構件的穩定承載力，必須加以考慮。1.殘余應力的影響產生的原因焊接時的不均勻加熱和冷卻型鋼熱扎后的不均勻冷卻板邊緣經火焰切割后的熱塑性收縮構件冷校正后產生的塑性變形殘余應力有縱向、橫向、沿厚度方向殘余應力。橫向殘余應力的

10、絕對值一般很小，而且對桿件承載力的影響甚微，不考慮。故通常只考慮縱向和厚度方向的殘余應力。 殘余應力的測量方法：鋸割法鋸割法測定殘余應力的順序鋸割法測定殘余應力的順序實測的殘余應力分布較復雜而離散，分析時常采用其簡化分布圖（計算簡圖）：軋制普通工字鋼，腹板較薄，熱軋后首先冷卻；翼緣在冷卻收縮過程中受到腹板的約束，因此翼緣中產生縱向殘余拉應力，而腹板中部受到壓縮作用產生縱向壓應力。軋制H型鋼，由于翼緣較寬，其端部先冷卻，因此具有殘余壓應力，其值為0.3 左右，殘余應力在翼緣寬度上的分布，常假設為拋物線或取為直線。翼緣是軋制邊或剪切邊的焊接工字形截面，其殘余應力分布情況與軋制H型鋼類似，但翼緣與腹

11、板連接處的殘余拉應力通常達到鋼材屈服點。翼緣是火焰切割邊的焊接工字形截面，翼緣端部和翼緣與腹板連接處都產生殘余拉應力，而后者也經常達到鋼材屈服點。焊接箱形截面，焊縫處的殘余拉應力也達到鋼材的屈服點，為了互相平衡，板的中部自然產生殘余壓應力。yf當截面的平均應力 ，桿件截面內將出現部分塑性區和部分彈性區。由于截面塑性區應力不可能再增加，能夠產生抵抗力矩的只是截面的彈性區，此時的臨界力和臨界應力：Ie彈性區的截面慣性矩(或有效慣性矩)； I全截面的慣性矩。 pfIIlEIlEINee2222crIIEecr22kEItbhhkbtEIIIEINxxxxxexxxcrx222222224/24/)(

12、232233222212/212/)(2kEItbkbtEIIIEINyyyyyeyyycry由于kl.0，故知殘余應力對弱軸的影響比對強軸的影響要？得多 。2.初彎曲的影響 lxvysin00當構件承受壓力N時，沿桿件任一點增加的撓度為y，同時存在附加彎矩N(y0+y)(0yyNyEI 0)sin(0 lxvyNyEIlxvysin1NNNvvE0100111vNNvvvE1/(1-N/NE)為撓度增大系數。當NNE撓度增大系數趨向無窮大 ENNvv10荷載撓度曲線，建立在材料為無限彈性體的基礎上，特點： 具有初彎曲的壓桿，壓力一開始作用，桿件就產生撓曲，并隨著荷載的增大而增加，開始撓度增加

13、慢，隨后迅速增長，當壓力N接近NE時，中點撓度v趨于無限大。 壓桿的初撓度值愈大，相同壓力N情況下，桿的撓度愈大。初彎曲即使很小，軸心受壓構件的承載力總是低于歐拉臨界力。 3.初偏心的影響桿件尺寸的偏差和安裝誤差會產生作用力的初始偏心。具有初偏心的軸心受壓構件，其壓力-撓度曲線與初彎曲壓桿的特點相同，只是曲線通過原點。初偏心與初彎曲影響類似，但程度有差別。初彎曲對中等長細比桿件的不利影響較大；初偏心的數值通常較小，除了對短桿有較明顯的影響外，桿件愈長影響愈小。由于初偏心與初彎曲的影響類似，在制訂設計標準時，通常只考慮其中一個缺陷模擬兩個缺陷都存在的影響。)1(2(sec0ENNev4.3.3實

14、際軸心受壓構件的極限承載力和多柱子曲線以上介紹了理想軸心受壓構件臨界力的計算和各種缺陷對實際軸心受壓構件承載力的影響。理想的軸心受壓構件，桿件屈曲時才產生撓度。但具有初彎曲(或初偏心)的壓桿，壓力一作用就產生撓度。邊緣屈服準則：跨中截面邊緣纖維屈服作為最大承載力最大強度準則：對于極限狀態設計，壓力還可增加，只是壓力超過NA后，構件進入彈塑性階段，隨著截面塑性區的不斷擴展，v 值增加得更快，到達B點之后，壓桿的抵抗能力開始小于外力的作用，不能維持穩定平衡。曲線的最高點B處的壓力，才是初彎曲壓桿真正的極限承載力。實際壓桿各種初始缺陷同時存在，從概率統計，各種缺陷同時達到最不利的可能性極小。由熱軋鋼

15、板和型鋼組成的普通鋼結構，通常只考慮影響最大的殘余應力和初彎曲兩種缺陷。 采用最大強度準則計算時，如果同時考慮殘余應力和初彎曲缺陷，則沿橫截面的各點以及沿桿長方向各截面，其應力應變關系都是變數，很難列出臨界力的解析式，只能借助計算機用數值方法求解。壓桿失穩時臨界應力與長細比之間的關系曲線稱為柱子曲線。鋼結構設計規范采用的軸心受壓柱子曲線按最大強度準則確定。軸壓柱子曲線分布在虛線所包的范圍內，呈相當寬的帶狀分布。柱子曲線范圍上、下限相差較大，特別是中等長細比的常用情況相差尤其顯著，因此，若用一條曲線來代表不合理。在上述理論分析的基礎上，結合工程實際，將這些柱子曲線合并歸納為四組，取每組中柱子曲線

16、的平均值作為代表曲線，即1、2、3、4四條曲線。曲線4主要用于厚板截面。一般的截面情況屬于b類。軋制圓管以及軋制普通工字鋼繞x軸失穩時其殘余應力影響較小，故屬a類。4.3.4 軸心受壓構件的整體穩定計算軸心受壓構件所受應力應不大于整體穩定的臨界應力，考慮抗力分項系數，即為：軸心受壓構件的整體穩定計算采用下列形式式中 軸心受壓構件的整體穩定系數。整體穩定系數應根據截面分類和構件的長細比，按整體穩定系數表查出。計算式。fffANRyycrRcrfANycrf構件長細比應按照下列規定確定：(1)截面為雙軸對稱或極對稱的構件式中 、 構件對主軸x和y的計算長度； 、 構件截面對主軸x和y的回轉半徑。對

17、雙軸對稱十字形截面構件， 或 取值不得小于5.07b/t(其中b/t為懸伸板件寬厚比)。(2)截面為單軸對稱的構件以上計算構件的臨界力時，假定構件失穩時只發生彎曲而沒有扭轉，即彎曲屈曲。對于單軸對稱截面，由于形心與剪心不重合，繞對稱軸失穩時，在彎曲的同時伴隨著扭轉，即彎扭屈曲。在相同情況下，彎扭失穩比彎曲失穩的臨界應力低。xl0yl0 xiyiyyyxxxilil/00 xy對雙板T形和槽形等單軸對稱截面進行彎扭分析后，認為繞對稱軸(設為y軸)的穩定應取計及扭轉效應的下列換算長細比代替 截面形心至剪心的距離； 截面對剪心的極回轉半徑； 構件對對稱軸的長細比； 扭轉屈曲的換算長細比； 毛截面抗扭

18、慣性矩； 毛截面扇性慣性矩；對T形截面(軋制、雙板焊接、雙角鋼組合)、十字形截面和角形截面可近似取 0； 扭轉屈曲的計算長度，對兩端鉸接端部截面可自由翹曲或兩端嵌固端部截面的翹曲完全受到約束的構件，取 。y2/122202022222)/1 (4)()(21zyzyzyyzia)/7 .25/(2202lIIAitz0aztIIIlloyl0i單角鋼截面和雙角鋼組合T形截面繞對稱軸的換算長細比可采用下列簡化方法確定：1）等邊單角鋼截面當 時當 時式中b，t角鋼肢寬度和厚度。bltboy/54. 0/ )85. 01 (2204tlbyyyzbltboy/54. 0/ )5 .131 (78.

19、44220btltbyyz2）等邊雙角鋼截面3）長肢相并的不等邊雙角鋼截面4）短肢相拼的不等邊雙角鋼截面5）單軸對稱截面繞非對稱主軸以外的任一軸失穩為了提高軸心受壓構件的穩定承載力，一般組成軸心受力構件的板件的厚度與板的寬度相比都較小，如果這些板件過薄，則在壓力作用下，板件將離開平面位置而發生凸曲現象，這種現象稱為板件喪失局部穩定。構件喪失局部穩定后還可能繼續維持著整體的平衡狀態，但由于部分板件屈曲后退出工作，使構件的有效截面減少，會加速構件整體失穩而喪失承載能力。4.4 軸心受壓構件的局部穩定4.4.1 受壓薄板的穩定四邊簡支矩形板，在x軸方向承受均布壓力，平衡微分方程為0222442244

20、4xwNywyxwxwDx板的柱面剛度D=Et3/12(1-v2),其中t是板的厚度，v是鋼材的泊松比板件屈曲以后任一點的撓度 臨界荷載是板保持微彎狀態的最小荷載，只有nl(即在y方向為一個半波)， 值最小，因而臨界荷載為式中 k 屈曲系數。2222mbanambbDNxxNkbDmbanambbDNxcr222222,22mbanambk板件屈曲縱向半波數m板件屈曲橫向半波數n分別算出m1，2，時在不同板寬比a/b的值，并繪成如圖所示的一簇曲線，其下界線如圖中實曲線所示?？梢钥吹?，對于任一m值，k的最小值等于4，而且除a/bl的一段外，圖中實線曲線的值變化不大。因此，當a/b1時，對任何m和

21、a/b情況均可取k4，則臨界荷載224bDNcrx2221121btEktNcrxcrx4.4.2 軸心受壓構件的局部穩定工字形軸壓構件腹板和翼緣局部失穩。單向壓應力作用下，板件進入彈塑性狀態后，臨界應力表達式222)()1 (12btEkcr 板邊緣的彈性約束系數； 彈性模量折減系數，根據軸心受壓構件局部穩定的試驗資料，可取為 局部穩定驗算考慮等穩定性，保證板件的局部失穩臨界應力不小于構件整體穩定的臨界應力EfEfyy/)/0248. 01 (1013. 022yfbtvEk222)()1 (121、工字形截面(1)翼緣腹板較薄，對翼緣板幾乎沒有嵌固作用，翼緣為三邊簡支一邊自由的均勻受壓板，

22、屈曲系數為0.425，彈性約束系數為1.0。得到翼緣板懸伸部分的寬厚比b/t與長細比的關系曲線，較為復雜，為便于應用，采用簡單的直線式式中， 為構件兩方向長細比的較大值。當 30時，取 =30；當 100時，取 l00。 yftb235)1 . 010(2) 腹板腹板為四邊支承板，屈曲系數為4。腹板發生屈曲時，翼緣板作為縱向邊的支承，對腹板起一定的彈性嵌固作用，使腹板的臨界應力提高，根據試驗取彈性約束系數1.3。腹板高厚比的簡化表達式當腹板高厚比不滿足要求時，除了加厚腹板外，可采用有效截面的概念進行計算，腹板截面面積僅考慮兩側寬度各為 的部分，但計算構件的穩定系數時仍用全截面?？稍诟拱逯胁吭O置

23、縱向加勁肋， 取翼緣與縱向加勁肋之間的距離。ywfth235)5 . 025(0ywft/235200h2、T形截面(1)翼緣 (2)腹板熱軋剖分T形鋼焊接T形鋼yftb235)1 . 010(yfth235)2 . 015(w0yfth235)17. 013(w03、箱形截面(1)受壓翼緣(2)腹板4、圓鋼管截面yftb235400yfth23540w0yftD235100一般采用雙軸對稱截面，避免彎扭失穩。常用截面形式有型鋼截面和組合截面兩種形式。4.5 實腹式軸心受壓構件的截面設計根據內力大小，計算長度、加工量、材料供應等情況綜合進行考慮。原則：面積的分布盡量開展；兩個主軸方向盡量等穩定

24、性；便于與其他構件進行連接；盡可能構造簡單，制造省工，取材方便。單根軋制普通工字鋼由于對y軸的回轉半徑比對x軸的回轉半徑小得多，適用兩方向計算長度相差較大的構件；HW制造省工，腹板較薄，翼緣較寬，因而具有很好的截面特性。用三塊板焊成的工字鋼及十字形截面組合靈活，容易使截面分布合理，制造并不復雜。用型鋼組成的截面適用于壓力很大的柱。管截面兩個方向的回轉半徑相近，因而最適合于兩方向計算長度相等的軸心受壓柱。封閉式，內部不易生銹，但與其他構件的連接和構造稍復雜。4.5.1實腹式軸心受壓構件的截面設計根據壓力設計值、計算長度選定合適的截面形式，再初步確定截面尺寸，然后進行強度、整體穩定、局部穩定、剛度

25、等的驗算。具體步驟如下：(1)假定構件的長細比，求出需要的截面面積A。一般假定=50100，當壓力大計算長度小取較小值，反之取較大值。查穩定系數，求出截面面積。(2)求兩個主軸所需要的回轉半徑。(3)由面積、回轉半徑優先選用軋制型鋼。當型鋼規格不滿足所需截面尺寸時，可以采用組合截面。根據回轉半徑確定所需截面的高度和寬度 21;yxibih(4)由所需要的A、h、b等，考慮構造要求、局部穩定以及鋼材規格等，確定截面的初選尺寸。(5)構件強度、穩定和剛度驗算。當截面有削弱的，需進行強度驗算整體穩定驗算局部穩定驗算熱軋型鋼截面，板件的寬厚比較小，可不驗算。剛度驗算實腹式軸心受壓構件的長細比應符合所規

26、定的容許長細比要求。事實上，在進行整體穩定驗算時，構件的長細比已求出，以確定整體穩定系數，因而剛度驗算可與整體穩定驗算同時進行。4.5.2 實腹式軸心受壓構件的構造要求腹板高厚比大于 時，為防止腹板在施工和運輸過程中發生變形，提高構件的抗扭剛度，應設置橫向加勁肋。橫向加勁肋的間距不得大于3h0，其截面尺寸要求為雙側加勁肋的外伸寬度厚度實腹式構件的翼緣與腹板的連接焊縫受力很小，不必計算，可按構造要求確定焊縫尺寸。 40300hbs15ssbt yf/23580格構式軸心受壓構件一般采用兩個肢件組成，例如用兩根槽鋼或H型鋼作為肢件，肢件間用綴條或綴板連成整體。格構柱兩肢間距離的確定以兩個主軸的等穩

27、定性為準則。 在柱的橫截面上穿過肢件腹板的軸稱為實軸；穿過兩肢之間綴材面的軸稱為虛軸。綴條一般用單根角鋼做成，而綴板通常用鋼板做成。采用四根角鋼組成的四肢格構式柱，適用于長度較大而受力較小的柱，四面皆以綴材相連，兩個主軸x和y都為虛軸。三面用綴材相連的三肢格構式柱，一般采用圓管作為肢件，受力性能較好，兩個主軸也都為虛軸。4.6 格構式軸心受壓構件的截面設計4.6.1格構式軸心受壓構件繞虛軸的換算長細比格構式構件繞實軸的穩定計算：與實腹式相同。格構式構件繞虛軸的穩定計算：繞虛軸的整體穩定臨界力比長細比相同的實腹式軸心受壓構件低。構件整體彎曲后，將產生彎矩和剪力。實腹式軸心受壓構件，剪力引起的附加

28、變形很小，對臨界力的影響只占千分之三左右。因此，確定實腹式軸心受壓構件整體穩定的臨界力時，僅僅考慮由彎矩作用所產生的變形，忽略剪力所產生的變形。格構式構件，當繞虛軸失穩時，因肢件之間并不是連續的板而只是每隔一定距離用綴條或綴板聯系起來，構件的剪切變形較大，剪力造成的附加影響不能忽略。采用換算長細比來考慮綴材剪切變形對穩定承載力的影響。1.雙肢格構式構件的換算長細比1) 綴條式格構式構件軸心受壓構件的臨界力表達式式中 格構式構件繞虛軸的換算長細比； 單位剪力作用下的軸線轉角。 2021222211xxxcrEAEAEANx011220EAxxsin/1dNcos/1lld單位剪力作用下一側綴材所

29、受剪力V11/2。設一個節間內兩側斜綴條的面積之和為Al，其內力斜綴條長 則斜綴條的軸向變形為：cossin111EAlEAlNdddcossinsin211EAldcossin12111EAl12220cossinAAxx12027AAxx斜綴條與柱軸線間夾角在40o-70o范圍，在此范圍的 值變化不大，簡化取為常數27，由此得雙肢綴條式格構構件的換算長細比。 cossin22(2) 綴板式格構式構件綴板式格構構件中綴板與肢件的連接可視為剛接，因而分肢和綴板組成一個多層框架，假定變形時反彎點在各節點的中點。bbEIalEIalll2412222111111131248EIl)/21 (242

30、4125 . 01112112111211aIlIEIlEIlEIallbb111/lIK aIKbb/)21 (24112120bxxKKIAlAA5 . 01211211/IlA211120)21 (24bxxKKIKb/K16 1)21 (1212bKK2120 xx若在某些特殊情況無法滿足Kb/K16時，則換算長細比應按式計算。2.四肢格構式構件的換算長細比 當綴件為綴條時， 當綴件為綴板時， 3.三肢格構式構件的換算長細比綴件為綴條的三肢組合構件 xxxAA12040yyyAA120402120 xx2120yy)cos5 . 1 (422120AAxx2120cos42AAyy4.

31、6.2 格構式軸心受壓構件的綴材設計1. 格構式軸心受壓構件的橫向剪力格構式構件繞虛軸失穩發生彎曲時，綴材要承受剪力的作用。需首先計算出剪力的數值，然后進行綴材的設計。一兩端鉸接軸心受壓構件，繞虛軸彎曲時，假定最終的撓曲線為正弦曲線，跨中最大撓度為v0，則沿桿長任一點的撓度為：lzvysin0lzNvyNMsin0lzlvNdzdMVcos00maxvlNVyxfbINvAN201)21 (20bivAfNxyyAfN44. 0/xib 1)1 (88. 00 xivNkNVx1)1 (88. 0max)1 (88. 0 xkyfk/23585經計算分析，在常用長細比范圍內，k值與長細比的關系

32、不大，可取為常數，對Q235鋼構件取k=85，對Q345、Q390鋼和Q420鋼構件，取23585maxyfNV23585yfAfV 2.綴條的設計綴條一般采用單系綴條，也可采用交叉綴條。綴條可視為以分肢為弦桿的平行弦桁架的腹桿，內力與桁架腹桿的計算方法相同。在橫向剪力作用下，一個斜綴條的軸心力為V1分配到一個綴材面上的剪力；n承受剪力V1的斜綴條數。單系綴條時，n1；交叉綴條時，n=2；綴條的傾角。cos11nVN 由于剪力方向不定，斜綴條可能受拉也可能受壓，應按軸心壓桿選擇截面。綴條一般采用單角鋼，與柱單面連接，考慮到受力時的偏心和受壓時的彎扭，當按軸心受力構件設計時，應將鋼材強度設計值乘

33、以下列折減系數：按軸心受力計算構件的強度和連接時 按軸心受壓計算構件的穩定性時等邊角鋼 ，但不大于1.0短邊相連的不等邊角鋼 ，但不大于1.0長邊相連的不等邊角鋼 為綴條的長細比，對中間無聯系的單角鋼壓桿，按最小回轉半徑計算，當 ，取 。交叉綴條體系的橫綴條按受壓力NV1計算。為了減小分肢的計算長度，單系綴條可加橫綴條，其截面尺寸一般與斜綴條相同，也可按容許長細比確定。85. 00015. 06 . 070. 00025. 05 . 020203.綴板的設計可視為一多層框架。整體撓曲時假定各層分肢中點和綴板中點為反彎點。取出脫離體，可得綴板內力為：剪力：彎矩(與肢件連接處)： l1 綴板中心線

34、間的距離；a肢件軸件間的距離。綴板與肢體用角焊縫相連，角焊縫承受剪力和彎矩的共同作用。綴板應有一定的剛度。同一截面處兩側綴板剛度之和不得小于一個分肢線剛度的6倍。一般取寬度 ，厚度 ，并不小于6mm，端綴板宜適當加寬，取 da。alVT112211lVaTM3/2ad 40/at 4.6.3 格構式構件的構造要求格構式構件橫截面中部空心，抗扭剛度較差。為了提高其抗扭剛度，保證構件在運輸和安裝過程中的截面形狀不變，應每隔一段距離設置橫隔。橫隔的間距不得大于構件較大寬度的9倍或8m，且每個運送單元的端部均應設置橫隔。當構件某一處受有較大水平集中力作用時，也應在該處設置橫隔，以免分肢局部受彎。橫隔可

35、用鋼板或交叉角鋼制成。 4.6.4 構式軸心受壓構件的設計步驟首先選擇分肢截面和綴材的形式，中小型柱可采用綴板或綴條柱，大型柱宜用綴條柱。 按對實軸（y-y軸）的整體穩定選擇柱的截面，方法與實腹式構件的計算相同。 按對虛軸(x-x軸)的整體穩定確定兩分肢的距離。為了獲得等穩定性，應使兩方向的長細比相等，即使綴條柱(雙肢)： 綴板柱(雙肢)：綴條式構件應預先確定斜綴條的截面A1；綴板式構件應先假定分肢長細比。yxxAA120271227AAyxyxx2120212yx可得到對虛軸的回轉半徑： 可得構件在綴材方向的寬度 ，亦可由已知截面的幾何量直接算出構件的寬度b。驗算構件對虛軸的整體穩定性，不合

36、適時應調整b再進行驗算。設計綴條或綴板(包括與分肢的連接)。進行以上計算時應注意：校對實軸的長細比和對虛軸的換算長細比均不得超過容許長細比；綴條構件的分肢長細比 不得超過構件兩方向長細比(對虛軸為換算長細比)較大值的0.7倍，否則分肢可能先于整體失穩；綴板構件的分肢長細比 不應大于40，并不應大于構件較大長細比 的0.5倍（當 時，取 ），為了保證分肢不先于整體失去承載能力。1/aibxxxxli/0111/il50max50maxmax111/il4.7 軸心受壓柱的柱頭和柱腳柱的頂部與梁（桁架）連接的部分稱為柱頭，作用是通過柱頭將上部結構的荷載傳到柱身。柱下端與基礎連接的部分稱為柱腳，作用

37、是將柱身所受的力傳遞和分布到基礎，并將柱固定于基礎。4.7.1軸心受壓柱的柱頭梁與軸心受壓柱鉸接時，梁可支承于柱頂上，亦可連于柱的側面。梁支于柱頂時，梁的支座反力通過柱頂板傳給柱身。頂板與柱用焊縫連接，頂板厚度一般取1620mm。為了便于安裝定位，梁與頂板用普通螺栓連接。 圖a將梁的反力通過支承加勁肋直接傳給柱的翼緣。兩相鄰梁間留一空隙，便于安裝，最后用夾板和構造螺栓連接；構造簡單，對梁長度尺寸的制作要求不高；缺點當柱頂兩側梁的反力不等時將使柱偏心受壓。圖b梁的反力通過端加勁肋的突緣傳給柱軸線附近，即使兩相鄰梁的反力不等，柱仍接近軸心受壓；端加勁肋底面應刨平頂緊于柱頂板；梁的反力大部分傳給柱的

38、腹板，腹板不能太薄且必須用加勁肋強；兩相鄰梁間可留一些空隙，安裝時嵌入合適尺寸的填板并用普通螺栓連接。格構式柱(圖c)，為了保證傳力均勻并托住頂板，應在兩柱肢之間設置豎向隔板。 多層框架的中間梁柱連接中，橫梁只能在柱側相連。梁的反力由端加勁肋傳給支托，支托可采用T形，也可用厚鋼板做成，支托與柱翼緣間用角焊縫相連。用厚鋼板做支托的方案適用于承受較大的壓力，但制作與安裝的精度要求較高。支托的端面必須刨平并與梁的端加勁肋頂緊以便直接傳遞壓力。考慮到荷載偏心的不利影響，支托與柱的連接焊縫按梁支座反力的1.25倍計算。為方便安裝，梁端與柱間應留空隙加填板并設置構造螺栓。當兩側梁的支座反力相差較大時，應考

39、慮偏心，按壓彎構件計算。4.7.2 軸心受壓柱柱腳柱腳的構造應使柱身的內力可靠地傳給基礎，并和基礎牢固的連接。軸心受壓柱的柱腳主要傳遞軸心壓力，與基礎的連接一般采用鉸接。由于基礎混凝土強度遠比鋼材低，所以必須把柱的底部放大以增加其與基礎頂部的接觸面積。 常用的平板式鉸接柱腳。圖a最簡單柱腳形式，柱下端僅焊一塊底板，柱壓力由焊縫傳至底板，再傳給基礎，僅用于小型柱，如大型柱，底板過厚。鉸接柱腳常采用圖b、c、d形式，柱端部與底板間增設一些中間傳力零件，如靴梁、隔板和肋板等，增加柱與底板連接焊縫長度，并將底板分成幾個區格，使底板彎矩減小，厚度減薄。圖b靴梁焊于柱兩側，靴梁間用隔板加強，減小底板彎矩，提高靴梁穩定性。圖c格構式柱柱腳。圖d在靴梁外側設置肋板，底板做成正方形或接近正方形。布置柱腳中的連接焊縫時，應考慮施焊的方便與可能。如圖b隔板的里側，圖d、c中靴梁中央部分的里側，都不宜布置焊縫。