钢结构第五章(2012)

第五章整体结构中的

压杆和压弯构件钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure1、桁架中压杆的计算长度

2、框架稳定和框架柱计算长度

钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第五章整体结构中的压杆和压弯构件5.1.1弦杆和单系腹杆的计算长度

在桁架中，不同的杆件提供的约束程度不同。最突出的差别来自杆件的轴力性质。拉力具有使杆件拉直的特性，而压力则趋向使杆件弯曲。因此，拉杆提供的约束比压杆大得多，并且拉力越大，约束作用也越大。反之，承受较大压力的杆件提供的约束几乎微不足道。第二个因素是杆件线刚度的大小，起约束作用杆件的线刚度相对比较大。最后一个因素是和所分析的杆直接刚性相连的杆件作用大，较远的杆件作用小，常常忽略不计。§5.1

桁架中压杆的计算长度钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第五章整体结构中的压杆和压弯构件单系腹杆：用节点板与弦杆连接的腹杆斜平面：指与桁架平面斜交的平面，适用于构件截面两主轴均不在桁架平面内的单角钢腹杆与双角钢十字形截面腹杆。钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第五章整体结构中的压杆和压弯构件桁架1桁架2桁架3横向水平支撑钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第五章整体结构中的压杆和压弯构件5.1.2变内力杆件的计算长度受压弦杆的侧向支承点间距离l1

，时常为弦杆节间长度的两倍(如图示),而弦杆两节间的轴线压力可能不相等(设Nl>N2)。由于杆截面没有变化，受力小的杆段相对地比受力大的杆段刚强，用Nl

验算弦杆平面外稳定时如用11

为计算长度显然过于保守。此时应按下式确定平面外的计算长度。再分式腹杆的受压主斜杆在桁架平面外的计算长度，也应按式上式确定。桁架平面内的计算长度则取节点间的距离。钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第五章整体结构中的压杆和压弯构件5.1.3交叉腹杆的计算长度在桁架平面内，无论另一杆件为拉杆或压杆，认为两杆可互为支承点。在桁架平面内，拉杆和压杆的计算长度都取节点与交叉点之间的距离，即取:l

0x=0.5l

。2.在桁架平面外，相交的拉杆可以作为压杆的平面外支承点，而压杆除非受力较小且又不断开，否则不能起支点作用。拉杆的计算长度取l

0y=l

。

钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第五章整体结构中的压杆和压弯构件在桁架平面外，杆件计算长度的确定与杆件受拉或受压有关，也与轴力大小及杆件断开情况有关。GB50017规范对交叉腹杆中压杆的计算长度给出下列计算公式。钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第五章整体结构中的压杆和压弯构件5.2框架稳定和框架柱的计算长度一.框架的稳定二.单层多跨等截面框架柱的计算长度三.多层多跨等截面框架柱的计算长度四.变截面阶形柱的计算长度五.框架平面内稳定的其他问题六.在框架平面外的计算长度钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第五章整体结构中的压杆和压弯构件5.2框架稳定和框架柱的计算长度5.2.1框架的稳定

图5－4a称之为无侧移失稳；图5－4b称之为有侧移失稳。分析结果表明，在其他条件不变时，一般刚架的有侧移屈曲荷载要远小于无侧移的屈曲荷载。如果图5－4a的支撑不够强劲，不能满足GB50017规范规定的侧移刚度要求时，则为弱支撑刚架。它的稳定特性介于无侧移和有侧移刚架之间。对一般框架而言，框架柱的临界荷载不仅和失稳形式有关，还和框架横梁的刚度及柱脚与基础的连接型式有关。钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第五章整体结构中的压杆和压弯构件钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第五章整体结构中的压杆和压弯构件钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第五章整体结构中的压杆和压弯构件5.2.2单层多跨等截面框架柱的计算长度横梁对柱的约束作用取决于横梁的线刚度I0/L和柱的线刚度I/H的比值K0,即：有侧移框架无侧移框架钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第五章整体结构中的压杆和压弯构件

考虑到柱与基础的刚性连接很难做到完全嵌固，因此和表4－3的单根柱类似，需要把这类柱的计算长度系数适当放大，GB50017规范给出的实用系数也列于表5－2。由表可见，无侧移柱的计算长度系数放大很多。为计算方便，也可把表5－2中的产值归纳出具有足够精确度的实用计算公式。钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第五章整体结构中的压杆和压弯构件钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第五章整体结构中的压杆和压弯构件

GB50017规范对不同于典型对称框架的情况规定有修正的方法。一种情况是当与柱相连的梁远端为铰接或嵌固时的修正。修正方法是对横梁线刚度乘以下列系数：钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第五章整体结构中的压杆和压弯构件需要进行修正的第二种情况是横梁有轴压力Nb

使其刚度下降。此时需要把梁线刚度乘以下列折减系数：钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第五章整体结构中的压杆和压弯构件5.2.3多层多跨等截面框架柱的计算长度对于多层多跨框架，其失稳形式也分为无侧移与有侧移两种情况。计算的基本假定与单层多跨框架类同。柱的计算长度系数

和横梁的约束作用有直接关系，它取决于在该柱上端节点处相交的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值Kl

，同时还取决于该柱下端节点处相交的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值K2

，系数

之值见附表18－1（无侧移）和附表18－2（有侧移）。钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第五章整体结构中的压杆和压弯构件B1B2B3B4C1C2C3钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第五章整体结构中的压杆和压弯构件5.2.4变截面阶形柱的计算长度

厂房柱考虑承受吊车荷载作用时，从经济角度常采用阶形柱。柱的计算长度是分段确定的，但它们的计算长度系数之间有内在关系。根据柱的上端与横梁的连接是属于铰接还是刚接的条件，分为图5－9a与b两种失稳形式。由于柱的上端在框架平面内无法设置阻止框架发生侧移的支承，阶形柱的计算长度按有侧移失稳的条件确定。上下段柱的计算长度分别是：钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第五章整体结构中的压杆和压弯构件5.2.5

框架平面内稳定的其他问题

工程中的框架并非都是横梁端部和柱刚接。有时，为了把抗侧力的任务集中在一部分结构，可以把少数柱做成摇摆柱。图5－10给出两种带有摇摆柱的框架，都是有侧移失稳的框架。框架a的三根框架柱在按两跨框架得出计算长度系数后，应乘以增大系数：钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第五章整体结构中的压杆和压弯构件5.2.6在框架平面外柱的计算长度

柱在框架平面外的计算长度取决于支撑构件的布置。支撑结构使柱在框架平面外得到支承点。柱在框架平面外失稳时，支承点可以看做变形曲线的反弯点，并取计算长度等于支承点之间的距离。钢结构设计原理Des