钢结构基本原理轴心受力构件培训讲义PPT

钢结构构基本本原理理轴心受受力构构件*1第六章章轴轴心受受力构构件6.1轴心受受力构构件的的类型型和应应用6.2轴心受受力构构件的的强度度和刚刚度6.3轴心受受压构构件的的整体体稳定定6.4轴心受受压构构件的的局部部稳定定6.5轴心受受压柱柱的设设计6.6柱头和和柱脚脚的构构造设设计重点重点本讲内容*2轴心受受压构构件的的设计计内容容？强度计算整体稳定局部稳定刚度计算上一讲讲回顾顾格构式式轴心心受压压构件件的设设计与与实腹腹式区区别？？*36.5轴心受受压柱柱的设设计(6.5.2格构式式柱)6.5.2.4缀件的的设计计格构式式轴心心受压压构件件的剪剪力缀条设设计缀条内内力：：可按铰铰接桁桁架进进行分分析设计：：按轴心心受压压计算算，考考虑钢材强强度值值及连连接焊焊缝强强度的的折减减。*4缀板设设计内力：：缀板与与构件件两个个分肢肢组成成单跨跨多层层平面面刚架架。设计：缀件常常用角角焊缝缝与分分肢相相连。。按构构件与与焊缝缝连接接设计计。6.5轴心受受压柱柱的设设计(6.5.2格构式式柱)6.5.2.4缀件的的设计计*5横隔的的设置置以保证证截面面几何何形状状不变变提高构构件抗抗扭刚刚度传递必必要的的内力力位置：：格构式式构件件在受受有较较大水水平力力处和和每个个运送送单元元的两两端，，应设设置横横隔。。作用：：要求：：横隔的的间距距不得得大于于构件件截面面较大大宽度度的9倍或8m6.5轴心受受压柱柱的设设计(6.5.2格构式式柱)6.5.2.4缀件的的设计计*66.5.2.5截面设设计一、设设计思思路实腹轴轴心受受压构构件的的截面面设计计应考考虑的的原则则在格格构式式柱截截面设设计中中也是是适用用的。。已知条条件轴心受压构件的压力设计值N、计算长度和、和截面类型。设计思思路按实轴轴稳定定要求求选择择截面面两分分肢的的尺寸寸；按虚轴与与实轴轴等稳稳定性性确定分分肢间间距。。6.5轴心受受压柱柱的设设计(6.5.2格构式式柱)*77.7.5截面设设计二、设设计步步骤步骤一一：按按实轴轴稳定定要求求选择择截面面两分分肢的的尺寸寸假定绕实轴长细比，一般可先在60～100范围选取，求所需的截面面积A。求所需绕实轴回转半径和分肢截面高度；根据所需

、（或

、

）初选分肢型钢规格（或截面尺寸），并进行实轴整体稳定和刚度验算。6.5轴心受受压柱柱的设设计(6.5.2格构式式柱)*87.7.5截面设设计二、设设计步步骤步骤二二：按按虚轴轴（设设为x轴）与与实轴轴等稳稳定原原则确确定两分肢肢间距距c及截面面高度度h根据换算长细比，则可得所需要的最大值缀条式式构件件缀板式式构件件根据求所需根据和求两分肢轴线间距c和h

6.5轴心受受压柱柱的设设计(6.5.2格构式式柱)*97.7.5截面设设计二、设设计步步骤步骤三三：截截面验验算强度整体稳稳定单肢稳稳定（（局部部稳定定）刚度缀件（（缀板板、缀缀条））焊缝6.5轴心受受压柱柱的设设计(6.5.2格构式式柱)*10例题1一两端端铰接接的轴轴心受受压柱柱，柱柱高9m,在两个个三分分点处处均有有侧向向支撑撑（x方向),承受轴轴心压压力设设计值值N=400kN，钢材材为Q235。试为为该柱柱选择择热轧轧工字字钢截截面。。300030003000*11例题1一两端铰接的的轴心受压柱柱，柱高9m,在两个三分点处均有有侧向支撑（（x方向),承受轴心压力力设计值N=400kN，钢材为Q235。试为该柱选选择热轧工字字钢截面。解：1、初选截面：3000假定λ＝130，3000查得：φx=0.434(a类）3000φy=0.387(b类）A=N/(φf)＝400×103/(0.387×215）＝4807mm2ix=lox/λ=900/130=6.92cmiy=loy/λ=300/130=2.3cm*12查工字钢表，，初选25a:A=48.54cm2,ix=10.18cm,iy=2.4cm,h=250mm,b=116mm2、验算：λx＝lox/ix=900/10.18=88.4λy=loy/iy=300/2.4=125＜[λ]＝150b/h=116/250=0.464＜0.8查得：φx=0.725(a类），φy=0.411(b类）N/(φA)=400×103/(0.411×4854）＝200.5N/mm2＜f=215N/mm2由于截面无削削弱，不必验验算强度。型型钢截面局部部稳定也不需验验算。所以，，所选截面满满足要求。*13例题2试设计一两端端铰接的焊接工字形组合截面柱。柱高4.8m,钢材Q235,手工焊，E43型焊条，翼缘缘为轧制边，板板厚小于40mm。承受轴心压压力设计值N=800kN。解：1、初选截面：：假定λ＝80，查得φx=0.688(b类),φy=0.578(c类)A=N/(φf)=800××103/(0.578×215)=6438mm2ix=lox/λ=480/80=6cmiy=loy/λ=480/80=6cm由近似关系：：h=ix/0.43=60/0.43=140mmb=iy/0.24=60/0.24=250mm*14试取b=250mm,t=10mm;h=260mm,tw=6mm2、截面验算：（1）截面几何特特性A=2×25×1.0＋24×0.6＝64.42cm2Ix=0.6×243/12+2××25×1.0×12.52＝8503.7cm4Iy=2×1.0×253/12=2604.2cm4ix=√Ix/A=√8503.7/64.42=11.5cmiy=√Iy/A=√2604.2/64.42=6.4cm(2)刚度验算：λx=lox/ix=480/11.5=41.7λy=loy/iy=480/6.4=75＜[λ]＝150*15（3）整体稳定性性验算由λx=41.7查得φx=0.893(b类)由λy=75查得φy=0.610(c类)N/(φA）＝800×103/(0.610×6440）＝203.6N/mm2＜f=215N/mm2（4）板件局部稳稳定性验算翼缘：b1/t=122/10=12.2＜10+0.1λmax=10+0.1×75＝17.5腹板：ho/tw=240/6=40＜25+0.5λmax=25+0.5×75＝62.5所选截面满足足要求。*163、构造要求：：对于实腹式柱柱，当腹板的的高厚比h0/tw>80时，为提高柱柱的抗扭刚度度，防止腹板板在运输和施施工中发生过过大的变形，，应设横向加加劲肋，要求求如下：横向加劲肋间间距≤3h0；横向加劲肋的的外伸宽度bs≥h0/30+40mm；横向加劲肋的的厚度ts≥bs/15。对于组合截面面，其翼缘与与腹板间的焊缝受力较较小，可不于于计算，按构构造选定焊脚尺尺寸即可。bs横向加劲肋≤3h0h0ts*17例题3试设计一两端端铰接的轴心心受压格构式式柱。已知轴心压力力设计值N=1350kN,此柱在x方向的计算长度lox=6m,在y方向的计算长长度loy=3m。钢材为Q345,焊条为E50型。设计成缀条式式格构柱；解：（1）缀条式格构构柱设计a、按柱对实轴轴y的稳定性确定定两个单肢截截面选取截面形式式为双槽钢截面。假定λy＝60，则λy√fy/235=60√345/235=72.7查得φy=0.734(b类)*18则A=N/(φyf)=1350×103/(0.734×315）＝5839mm2iy=loy/λy=300/60=5cm由A、iy查槽钢表,初选槽钢型号220a:A=2×28.84＝57.68cm2,1xiy=7.86cm,zo=2.01cm,I1=128cm4,i1=2.11cm。yy截面验算：：λy=loy/iy=300/7.86=38.2＜[λ]=150zo1x由λy√fy/235=38.2√345/235=46.3,查得φy=0.873(b类)N/(φyA)=1350××103/(0.873×5768)＝268.1N/mm2＜f=315N/mm2知所选槽钢钢满足要求求。*19b、按柱对虚虚轴x的稳定性确确定两个单单肢间距设缀条布置置为单斜式。试选用最小角钢45×4作为柱的斜缀条，查角钢表知知：A1x/2=3.49cm2。λx=√λy2-27A/A1x=√38.22-27×57.68/(3.49×2)=35.2ix=lox/λx=600/35.2=17.1cm由回转半径径与截面宽宽度的近似似关系，得得截面总宽度b=ix/0.44＝17.1/0.44=38.9cm，取b=35cm。*20截面验算：：两单肢轴线线间距：a=b-2zo=35-2×2.01＝30.98cmIx=2[I1+A/2××（a/2)2]=2[128+28.84×15.492]=14113.6cm4ix=√Ix/A=√14113.6/57.68=15.6cmλx=lox/ix=600/15.6=38.4λox=√x2+27A/A1x=√38.42+27×57.68/6.98=41.2＜[λ]=150满足刚度要求。由λox√fy/235=41.2√345/235=49.9,查得φx=0.857(b类)N/(φxA)=1350××103/（0.857×5768）=273.1N/mm2＜f=315N/mm2满足对虚轴x的稳定性要求。*21C、缀条计算算：斜缀条倾角角取为45o。柱的横向剪剪力V=Af/85√fy/235=5768×315√345/235/85=12950N斜缀条内力力Nt=V/(2cos45o)=18317Nλ=l1/imin=a/(cos45o*imin)45o=30.98/(0.707×0.89）＝49.3＜[λ]=200由λ√fy/235=49.3√345/235=59.7,45o查得φ＝0.809（b类)γr=0.6+0.0015λ=0.6+0.0015×49.3＝0.67NtNt/(φA1x/2)=18317/(0.809××349）＝64.9N/mm2＜γr*f=0.67×315＝211.1N/mm2。满足要求求。*22d、柱单肢肢的稳定定性验算算lo1=2a=2×30.98＝61.96cm，λmax=λox=41.2＜50,取λmax=50λ1=lo1/i1=61.96/2.11=29＜0.7λλmax=0.7×50＝35，单肢稳定定性满足足要求。。*23e、缀条与与柱肢的的连接焊焊缝计算算采用两边侧面面角焊缝缝连接，取hf=4mm.则肢背焊缝缝所需计算算长度lw1≥k1Nt/(0.7hf*γr*ffw)=0.7×18317/(0.7×4××0.85×200）＝26.9mm实际长度度l1≥lw1+2hf=26.9+2×4＝34.9mm肢尖焊缝缝所需计算算长度lw2≥k2Nt/(0.7hf*γr*ffw)=0.3×18317/(0.7×4××0.85×200）＝11.5mm实际长度度l2≥lw2+2hf=11.5+2×4＝19.5mm肢背、肢肢尖焊缝缝的计算长度度均小于于40mm,将肢背、肢肢尖焊缝缝的实际际长度均均取为50mm。*24一、钢柱柱的组成成6.6柱头和柱柱脚的构