建筑结构第21章拉弯构件和压弯构件

1、第21章拉弯构件和压弯构件第21章拉弯构件和压弯构件21.1拉弯构件和压弯构件的强度和刚度拉弯构件是指同时承受轴心拉力和弯矩作用的构件；压弯构件是指同时承受轴心压力和弯矩作用的构件。拉弯.压弯构件一般有偏心力作用(图(a)和图212 (a)、轴心力与横向力共同作用(图211 (b)和图21.2(b)及轴心力与端弯矩共同作用(图21-1 (c)和图212 (c)三 拉弯、压弯构件在钢结构中的应用十分广泛，有节间荷载作用的屋架、 塔架支柱、厂房框架柱及高层建筑的框架柱等都属拉弯或压弯构件。例如,种类型。(a)(b)图21-1拉弯构件(c)(a)(b)(c)图21-2压弯构件上弦杆仞为压弯构件；图图

2、2L3所示的屋架，其下弦杆AB为拉弯构件, 214所示的单层厂房框架柱为压弯构件。AIB图21-4单层厂房框架柱图21-3屋架结构中的拉弯、压弯构件一、拉弯构件、压弯构件的截面形式拉弯、压弯构件的截面形式可分为型钢截面和组合截面两类。组合 截面又分为实腹式和格构式两种。当弯矩较小时，拉弯、压弯构件的截 面形式与轴心受力构件相同；Xy7L1XX yyyy当弯矩较大时，除釆用双轴对称 截面（图215 （a）外，还可以J” 1rKLXX -dn-nLy(b)IIII IIII IIII IIIIi1_t(C)图21-5弯矩较大的实腹式压弯构件截而采用如图2L5 （b）所示的单轴对 称截面，并应使较大

3、翼缘位于受 压（受压构件）或受拉（拉弯构 件）一侧；当弯矩很大并且构件 较大时，可选用格构式截面（图 21-5 （c），以获得较好的经济效 果。二、拉弯、压弯构件的强度拉弯、压弯构件在轴心力和弯矩共同作用下，最终以危险截面(咎和 处)形成塑性较而达到强度承载能力极限状态。图216所示为一受轴心拉力N和弯矩M共同作用的矩形截面构件。在弹 性阶段(图21.6(a),截面边缘纤维最大拉应力为21-1当几时，截面受拉区边缘纤维达到屈服强度(图216 (b)。随着荷载继续增大，受拉一侧的塑性区向截面内部发展，继而截面另一边纤维的压力也达到屈服强度，部分受压区纤维也进入塑性状态，构件截面处于弹塑性工作阶段

4、(图216 (c)。最终全截面进入塑性区形成塑性较(图216 (d),达到强度承载能力极限状态。nk窃 IrrmTnnmwrlT M(a) 图21-6拉弯构件截面的应力状态(b)(c)(d)构件截面出现塑性較时，将发生过大的变形而不能正常使用。因此钢结构设计规范考 虑截面在弹塑性阶段工作，并像受弯构件一样用截面塑性发展系数y控制其塑性区发展深度。(1)对单向拉弯、压弯构件_ N M 忌 An-y.wSf式(21-2)也适用于单轴对称截面，因此在弯曲正应力项前有正、负号。(2)对双向拉弯、压弯构件(21-2)(21-3)式中An构件净截面面积；、仏与截面模量相应的截面塑性发展系数，按表20-1选

5、用；、Wn$对工轴、，轴的净截面模量。当压弯构件受压翼缘的自由外伸宽度与其厚度之比大于13而不超过15应取人=10；当需要计算疲劳强度时，宜取y,=/,=i.o0【例21-11如图21-7所示，试验算屋架下弦的强度。该构件材料为Q235钢，承受静力 荷载,荷载设计值为轴向力N=28O kN?弯矩M=5O kN 截面无削弱。解：(1)屋架下弦截面特性由附表B-9查得2 L180X110X10的截面儿何特性为A = 56. 8 cm2,1如輕=324 7 cm3，可如血=157 92 cm(2)强度验算查附表B-1得/=215 N/mm2,查表20-1得兀工=1. 05 ,忽=12FL 180X1

6、10X10(b)图217 例21-1图肢背处受拉= 196 N/mrn2/=215 N/mm2N M = 280X103 丄50X10&兀十yWTmax5 680 1.05X324. 7X103肢尖处受压= -214.6 N/mm2/=215 N/mm2N _ M = 280X103 _ SOX 兀y2.rWn5 680 1.2X157. 92X 103因此，该屋架下弦强度满足要求。三、拉弯、压弯构件的刚度拉弯、压弯构件的刚度除个别情况（如弯矩较大、轴力较小或有其 他特殊要求）需进行变形验算外，一般仍釆用长细比来控制，即21-4式中U 构件容许长细比，见表19-1、表192。第21章拉弯构件和

7、压弯构件21.2实腹式压弯构件的稳定一、实腹式压弯构件的整体稳定单向压弯构件由于弯矩通常绕截面强轴作用（在最大刚度平面内），因此构件既可能发生在弯矩作用平面内的弯曲屈曲，称为平面内失稳； 也可能发生在弯矩作用平面外的弯扭屈曲，称为平面外失稳。故对压弯构件应进行弯矩作用平面内和平面外的稳定计算。实腹式压弯构件在弯矩作用平面内的稳定计算公式参见钢结构设计规范。第21章拉弯构件和压弯构件参见钢结构设计规范。r I当压弯构件的弯矩作用于截面的较大刚度平面内时，如果构件在侧向没有可靠的支承阻止其侧向挠曲变形，由于构件在垂直于弯矩作用平 面的刚度较小，构件就可能在弯矩作用平面外发生侧向弯扭屈曲而破坏 ,如

8、图218所示。实腹式压弯构件在弯矩作用平面外的稳定性验算公式:丨r flLjILIi图218弯矩作用平而外的弯扭屈曲二、实腹式压弯构件的局部稳定1. 翼缘的局部稳定压弯构件受压翼缘的受力情况与受弯构件受压翼缘类似，其翼缘板 自由外伸宽度久（S21-9）与其厚度/之比的限值与受弯构件相同，即713(21-5)第21章拉弯构件和压弯构件第21章拉弯构件和压弯构件235当强度和稳定计算中取人=10时9可放宽至715箱形截面压弯构件翼缘板在两腹板之间的无支承宽度（图21-9（b）与其厚度t之比也 与受弯构件相同，即(21-6)Ail加(b)图219压弯构件的截而尺寸2腹板的局部稳定压弯构件腹板的应力状

9、态比较复杂，腹板上匪有不均匀的压应力存在，又有剪应力存在。计算方法参见钢结构设计规籾21.3格构式压弯构件简介格构式压弯构件截面有实轴和虚轴之分，常用截面形式如图2110所示(a)(b)(c)图21. 10格构式压弯构件常用截而(d)第21章拉弯构件和压弯构件第21章拉弯构件和压弯构件1.强度计算格构式压弯构件的强度计算公式为21-21当弯矩绕虚轴作用时，取yx=i.o；弯矩绕实轴作用，按表20“取值。2. 稳定计算格构式压弯构件的稳定计算与实腹式压弯构件相比有一些不同之处,计算公式参见钢结构设计规范。3. 刚度验算刚度验算仍按长细比控制，仅对虚轴取换算长细比。4构造规定与格构式轴心受压构件相

10、同。第21章拉弯构件和压弯构件21.4柱脚柱脚的作用是将柱身的压力均匀地传递给基础并与基础固定。由于柱脚的耗钢量大、制造费工，因此设计时应使其构造简单，尽可能符合结 构的计算简图，并便于安装固定第21章拉弯构件和压弯构件、柱脚的形式和构造柱脚按其与基础的连接方式，分为较接和刚接两类。不论是轴心受压柱、框架柱或压弯构件，这两种形式均有釆用。但轴心受压柱常用養接柱脚，而 框架柱则多用刚接柱脚。本节只讲述较接柱脚。较接柱脚主要用于轴心受压柱，图2111是常用的较接柱脚的几种形式。图所示为较接柱脚的最简单形式，柱身压力通过柱端与底板间的焊缝 传给底板，底板再传给基础，它只适用于柱轴力很小柱。当柱轴力较

11、大时, 可采用图21-llb. c、d的形式，由于增设了靴梁、隔板、肋板，可使柱端和 底板间的焊缝长度增加，焊脚尺寸减小。同时，底板因被靴梁分成几个较小 的区格，减小了底板在基础反力作用下的最大弯矩值，底板厚度亦可减小。第21章拉弯构件和压弯构件第21章拉弯构件和压弯构件当釆用靴梁后，底板的弯矩值仍较大时，可再釆用隔板和肋板。toto第21章拉弯构件和压弯构件板Jf T、图21- 11较接柱脚第21章拉弯构件和压弯构件柱脚通过锚栓固定于基础。较接柱脚只沿着一条轴线设置两个连接 在底板上的锚栓，锚栓的直径一般为2025mm。为便于柱的安装和调整,底板上的锚栓孔的孔径应比锚栓直径大115倍或做成U形缺口。最后固定时，应用孔径比锚栓直径大l2mm的锚栓垫板套住锚栓并与底板焊固。二、轴心受压柱脚轴心受压柱脚的计算包括按所承受的轴心压力确定底板的尺寸、靴梁 尺寸以及它们之间的连接焊缝尺寸。柱脚的剪力一般数值不大，可由底板 与基础表面间的摩擦力传递，必要时可设置抗剪键，图21-lib所示。第21章拉弯构件和压弯构件三、压