《钢结构小结》PPT课件.ppt

本课程的基本要求,系统的理解钢结构设计的基本理论和基本知识，掌握钢结构基本构件及各种连接的设计，具有应用所学知识分析问题和解决问题的能力。,小 结,一、了解钢结构的特点及其应用范围。熟悉钢结构的设计方法，正确应用结构构件的极限状态设计表达式。二、理解钢材的力学性能及影响钢材力学性能的因素，能合理、正确地选择和使用钢材。了解钢材疲劳破坏机理，理解影响疲劳强度的因素和常幅疲劳验算。,三、钢结构连接 了解连接方法及其特点；了解焊接方法和形式；掌握对接焊缝的构造和计算；掌握角焊缝的构造和计算；了解焊接残余应力的产生、分布和减少残余变形的方法；掌握普通螺栓连接的受力特点、构造和计算；掌握摩擦型高强螺栓连接的受力特点和计算方法；掌握承压型高强螺栓连接的受力特点和计算方法。,五、轴心受力构件 掌握轴心受力构件强度、刚度的计算；理解轴心受压构件的整体稳定概念及影响因素；理解组合式工字型截面局部稳定概念；理解实腹式截面和格构式截面的确定方法；掌握实腹式和格构式轴心受压构件的计算。,四、梁（受弯构件）掌握受弯构件强度、刚度的计算；理解整体稳定概念及影响因素；理解局部稳定概念及影响因素，了解加劲肋的分类作用以及设计方法；掌握实腹式受弯构件的设计步骤与方法。,六、拉弯、压弯构件 掌握拉（压）弯构件强度及刚度的计算；理解压弯构件的整体稳定概念，理解实腹式压弯构件局部稳定概念；掌握实腹式压弯构件的设计，了解格构式压弯构件的计算。,七、钢屋架设计,1.1 钢结构的特点及应用,特点 轻质高强、材质均匀、塑性韧性好、良好的加工性能、密封性好、耐热不耐火、耐腐蚀性差、低温冷脆倾向。应用范围 大跨度结构、工业厂房结构、多层和高层建筑、高耸结构、受动力荷载影响的结构、轻型钢结构、可拆卸结构、容器和其他构筑物。,1 绪论,采用以概率论为基础的极限状态设计方法，用分项系数的设计表达式进行计算。两种极限状态：承载能力极限和正常使用极限状态。承载能力极限状态结构和构件达到最大承载能力或出现不适于继续承载的变形，包括倾覆、强度破坏、疲劳破坏、丧失稳定，结构变为机动体系或出现过度的变形。正常使用极限状态结构和构件达到正常使用或耐久性能的某些规定限值，包括出现影响正常使用或外观的变形、振动和局部破坏等。,1.2 设计方法,1 绪论,钢结构设计的目的是应保证结构和结构构件在充分满足功能要求的基础上安全可靠的工作。即在施工和规定的设计使用年限内能满足预期的安全性、适用性和耐久性要求，并做到技术先进、经济合理。,可靠度结构在规定的时间内（设计基准期分5、25、50以及100年），规定的条件（正常设计、施工、使用、维护）完成预定功能的概率。失效概率结构不能完成预定功能的概率。可靠度的控制即控制失效概率小到一定水平。,1 绪论,值越大，Pf 就越小。可以作为衡量结构可靠度的一个数量指 标。可靠度指标,失效概率Pf与可靠指标,GB50068-2001建筑结构可靠度设计统一标准规定结构构件的极限状态设计表达式，采用基本变量标准值（荷载代表值、材料性能标准值、几何参数标准值）以及各种分项系数等表达。,按荷载效应的基本组合或简化组合，采用下列极限状态设计表达式：,1）承载能力极限设计状态表达式,按荷载效应的标准组合、频遇组合、准永久组合，采用下列极限状态设计表达式：,2)正常使用极限状态设计表达式,式中:C 结构构件达到正常使用要求所规定的变形、裂缝宽度、应力等的限值。,实用设计表达式,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,在荷载效应的基本组合条件下，式（）可转化为等效的以基本变量标准值、分项系数和组合系数，并以应力形式表达的极限状态公式。,可变荷载效应起控制作用时：,永久荷载效应起控制作用时：,1）承载能力极限状态设计表达式,对于一般排架和框架结构可变荷载效应控制时，可简化：,对于正常使用极限状态，钢结构只考虑荷载的标准组合,主要考虑使变形等设计值不超过相应的规定限值。设计公式为：,Gk 永久荷载标准值在结构或构件中产生的变形值；Q1k起控制作用的第1个可变荷载的标准值在结构或结构构件中产生的变形值（该值使计算结果为最大）；,2）正常使用极限状态设计表达式,Qik其他第i个可变荷载标准值在结构或构件中产生的变形值。结构或结构构件的容许变形值。(P384-5页，附录2),2 钢结构的材料,2.1 钢材的破坏形式,钢材是钢结构的主材，其性能对钢构件的工作特性有着内在影响，关系到钢结构的计算理论，同时对钢结构的制造、安装、经济合理，以及保证安全应用均有直接联系。,钢结构对材料的要求：较高的强度、足够的变形能力，良好的加工性能、价格便宜。,塑性破坏破坏前产生较大的塑性变形，构件中的应力达到抗拉强度，断口呈纤维状，色泽发暗。破坏前有预兆，可补救，不至发生严重后果。脆性破坏破坏前塑性变形很小，或根本没有塑性变形，而突然迅速断裂。破坏后断口平直，呈有光泽的晶粒状或有人字纹。破坏无预兆，破坏速度极快，无法察觉和补救，后果非常严重。,2.2 钢材的主要性能,屈服强度fy设计标准值（设计时可达的最大应力）。抗拉强度fu钢材的最大应力强度，fu/fy为钢材的强度安全储备系数。伸长率5（10）钢材断裂前塑性变形能力的指标。冷弯性能钢材发生塑变时对产生裂纹的抵抗能力。是判别钢材塑性变形能力及冶金质量的综合指标。冲击韧性度量钢材断裂时吸收机械能的能力。表征钢材抗冲击荷载及动力荷载的能力，动力指标，是强度与塑性的综合表现。分常温与负温冲击韧性。可焊性采用一般工艺就可以完成合格焊缝的性质。钢材在焊接过程中对产生裂纹或发生断裂的抵抗能力，以及焊接后具备良好性能的指标。,2 钢结构的材料,fvy=0.58fy,2 钢结构的材料,2.3 影响钢材性能的因素,化学成分的影响,碳元素含量提高，则强度提高，但塑性、韧性、冷弯性能、可焊性及抗锈蚀能力下降。钢结构用钢含碳量0.22%，焊接结构严格控制在0.2%以内。锰Mn、硅Si、钒V铌Nb、钛Ti、铝Al、铬Cr和镍Ni基本上属于有益元素。硫S、磷P、氧O、氮N属于有害元素，一般都使钢材的韧性降低。硫和氧易导致热脆，磷和氮则易导致冷脆。,成材过程的影响,钢材的硬化,应力集中的影响,温度的影响,荷载类型的影响,化学成分的影响,成材过程的影响,2 钢结构的材料,冶炼过程决定了钢的化学成分和金相组织结构，因而决定了钢种和钢材牌号。产生的冶金缺陷（如偏析、非金属夹杂、气孔和裂纹等）均将影响钢材的力学性能。,轧制过程在使钢材晶粒变细和改善钢材性能的同时，亦使其产生明显的各项异性。,热处理包括退火、正火、淬火和回火，是改善钢材性能的一种加工工艺。,钢材的硬化,冷作硬化、时效硬化和应变时效硬化。,应力集中的影响,应力集中现象：钢结构构件中不可避免的存在着孔洞、槽口、凹角、裂缝、厚度变化、形状变化、内部缺陷等，使截面中的应力分布不再保持均匀，主力线在孔口等缺陷处发生转弯，产生局部高峰应力，或产生双向、三向应力的现象。,2 钢结构的材料,温度的影响,在正温范围，随着温度的升高，钢材强度降低，变形增大。但在200以内，性能变化较小。结构表面长期受150以上辐射热时，应采取隔热防护措施；250附近呈兰脆现象（强度提高而冲击韧性下降）；250320内产生徐变现象；600 以上几乎丧失承载力。,在负温范围，钢材表现为屈服点和强度均提高，而塑性韧性降低，对冲击韧性的影响尤其突出。低温冷脆现象。,荷载类型的影响,加荷速度的影响，循环荷载的影响。,2.4 钢材的疲劳,2 钢结构的材料,疲劳破坏钢材在连续反复荷载作用下，会逐渐产生累积损伤，产生裂纹及裂纹逐渐扩展，虽然应力还低于极限强度，甚至应力还低于屈服点，而发生的断裂破坏。,影响焊接结构疲劳强度的主要因素：构件和连接的构造类型、应力幅和应力循环次数n。,设计规范规定：应力（拉应力）循环次数5104时应作疲劳验算。,其中计算部位标准荷载下的设计应力幅；对于焊接部位:=max-min；对于其他部位：=max-min 常幅疲劳的容许应力幅，N/mm2，max每次应力循环中，计算部位的最大拉应力（取正值）min每次应力循环中，计算部位的最小拉应力或压应力（拉应力正值，压应力取负值）；,疲劳计算用容许应力幅法，采用荷载标准值，按弹性状态计算应力进行计算，计算只适用于无高温（t150）、无严重腐蚀环境中的高周低应变的疲劳计算（应力循环次数n5104）。,常幅疲劳的计算公式,（2.5.7）,钢材的品种、牌号品种碳素结构钢Q235；低合金高强度结构钢Q345、Q390、Q420牌号的表示方法：代表屈服点的字母Q、屈服点的数值、质量等级（碳素钢AD，低合金钢AE）,冶金脱氧方法（F、b、Z、TZ）,2 钢结构的材料,2.5 建筑钢材的类别及选用,钢材的选择 结构或构件的重要性；荷载性质（静载或动载）；连接方法（焊接或螺栓连接）；应力状态(拉力或压力)；钢材厚度；工作环境（高、低温及腐蚀介质）。,对于重要结构、直接承受动载的结构，处于低温条件下的结构及焊接结构，一般应选用质量较高的钢材。Q235A不能用于焊接结构（除非有相应保证）。,1.了解连接方法及其特点；2.理解对接焊缝的构造和计算；3.掌握角焊缝的构造和计算；4.了解焊接残余应力和变形的成因、对结构工作性能影响和减少焊接应力和变形的方法；5.掌握普通螺栓连接的构造和计算；6.掌握摩擦型高强螺栓连接的受力特点和计算方法；7.掌握承压型高强螺栓连接的受力特点和计算方法。,3 连接,钢结构对连接的要求：连接部位应有足够的强度、刚度和延性。进行连接设计时应遵循安全可靠、传力明确、构造简单、制造方便和节约钢材的原则。,3 连接,3.1 钢结构的连接,钢结构的连接方法分为：焊接连接、铆钉连接和螺栓连接。,塑性和韧性好，传力可靠、质量易于检查，但构造及施工复杂，用钢量较多。,焊接特点,构造简单、不削弱构件截面、加工方便、连接密封性好、刚度大，易于采用自动化操作。但焊接结构存在残余应力和残余变形，存在低温冷脆问题，以及裂缝易于通过焊缝展开。,铆钉连接特点,施工简单，拆装方便，但用钢量较大。,普通螺栓连接特点,连接紧密、受力良好、耐疲劳、可拆换、安装简单。但用钢量也较大。,高强度螺栓连接特点,焊缝连接,1）焊接方法电弧焊（手工，自动埋弧气体保护焊）、气体保护焊、电阻焊和电渣焊。不同钢种钢材相焊接时，宜采用与低强度钢相适应的焊条。2）焊接形式 按焊件相对位置：平接（对接）、搭接、T形连接和角接 按施焊位置：俯焊（平焊）、横焊、立焊以及仰焊。按焊缝形式：对接焊缝（直对接焊缝、斜对接焊缝）角焊缝(正面角焊缝、侧面角焊缝、斜角焊缝)3）焊缝缺陷裂纹、气孔、未焊透、夹渣、烧穿等。4）焊缝质量检验：一级、二级、三级。,3 连接,3.2 对接焊缝的构造与计算,1）构造坡口形式I型、单边V型、双边V型、U型、K型及X型。加引弧板变厚度与变宽度的连接：1:2.5（1:4）斜面。质量等级与强度一级综合性能与母材相同；二级强度与母材相同；三级抗拉强度折减152）计算同构件。,（3.2.1）,（3.2.6）,1）构造,3.3 角焊缝的构造与计算,60hf,角焊缝分直角与斜角（锐角与钝角）两种截面；直角型又分普通、平坡、深熔型（凹面型）。2）受力特性 正面焊缝应力状态复杂，但内力分布均匀，承载力高；侧面焊缝应力状态简单，但内力分布不均(两头大，中间小)，承载力低。破坏为45o喉部截面，设计时忽略余高。,3.3 角焊缝的构造与计算,3）角焊缝的计算,在通过角焊缝形心的拉力、压力或剪力作用下,正面角焊缝（作用力垂直于焊缝长度方向）,侧面角焊缝（作用力平行于焊缝长度方向）,在各种力综合作用下,3.3 角焊缝的构造与计算,（1）在轴力N作用下,（2）在剪力V作用下,（3）在弯矩M作用下,承受轴力、弯矩、剪力的联合作用时(T形连接),3.3 角焊缝的构造与计算,要求：注意计算时需判断应力最大点！,受偏心力F作用下搭接连接(三面围焊)的角焊缝计算:,在扭矩T作用下,在轴心力F作用下,3.3 角焊缝的构造与计算,保证焊缝所传递的合力的作用线应与角钢杆件的轴线重合。,两侧面角焊缝,角钢连接,三围角焊缝,L围角焊缝,L形围焊角焊缝计算公式为：,若求出得hf3大于hfmax,则不能采用L形围焊。,令N20，,焊接残余应力影响a)减小构件的刚度；降低构件的稳定承载力；残余压应力存在降低杆件的抗拉刚度、降低屈曲应力；b)产生三向应力，使裂缝容易发生和发展，造成低温冷脆破坏；c)不影响结构静力强度；自平衡应力。d)影响构件的疲劳强度。残余变形 使构件安装发生困难，或恶化构件的工作。引起附加内力，降低屈曲强度。,减少焊接残余变形和应力的方法 合理焊接顺序；对称焊缝、对称施焊；避免焊缝过于集中；避免三向焊缝相交。,3.4 焊接残余应力和焊接变形,焊接残余应力：纵向焊接应力、横向焊接应力、厚度方向焊接应力,1）连接性能与构造根据螺栓传力方式分为：靠拴杆受剪和孔壁承压传力的受剪螺栓连接、靠沿螺拴杆轴方向受拉传力的受拉螺栓连接和同时上述两种传力方式的拉剪螺栓连接。受剪连接的破坏形式：螺杆剪切、孔壁挤压、板件净截面（直线、折线）、板端冲剪、螺杆受弯。构造满足后两种，（e2do；t5d）。受剪连接受力方向螺栓受力不均，一定长度时需折减。受拉连接以螺杆抗拉强度为承载力极限。施工及受力要求，螺栓有排布距离要求（边距、端距、中心距）。构造要求螺栓的中心距不宜过大，保持构件紧密接触，以免潮气易于侵入缝隙发生锈蚀。（P86表）分精制（A、B级）及粗制（C级，不能用于主要受剪连接）,3.5 普通螺栓连接的构造和计算,螺栓连接五种破坏形式 螺杆被剪断 连接件半孔壁挤压破坏 钢板拉（压）断 钢板受剪破坏 螺杆弯曲破坏,承压承载力设计值：,2）计算,单个螺栓受剪连接,受剪承载力设计值：,单个螺栓受拉连接,拉剪共同作用,3.5 普通螺栓连接的构造和计算,螺栓群连接计算,轴心受剪需要的螺栓数：,弯矩作用,中和轴在位于受压最下排螺栓处，受力最大的最外排螺栓1的拉力,3.5 普通螺栓连接,轴心受拉需要的螺栓数：,3.5 普通螺栓连接的构造和计算,扭矩、轴力、剪力共同作用,其中：,弯矩轴力共同作用,小偏心受拉，中和轴取螺栓群的形心O,大偏心受拉，中和轴取弯矩指向一侧最外一排螺栓轴线O处,3.5 普通螺栓连接,3.5 普通螺栓连接的构造和计算,轴心受力构件,当螺栓并列布置时,取II、IIII净截面的较小者来验算钢板净截面强度。,当螺栓错列布置时，构件有可能沿II或IIII截面破坏。IIII截面的净截面积可近似地取为:,净截面面积的计算,构件开孔截面应满足强度条件,3.5 普通螺栓连接的构造和计算,3.6 高强度螺栓连接的构造和计算,1）高强度螺栓的受力性能与构造 按计算原则分摩擦型与承压型两种。摩擦型抗剪连接以克服板叠间的摩擦阻力作为连接承载力的极限状态。承压型抗剪连接的最大承载力同普通螺栓（Nbmin）。注意当连接板件较小时承压型的承载力小于摩擦型。摩擦型连接板件净截面强度计算与普螺的区别为50的孔前传力。受剪连接时，螺栓受力不均，同普螺应考虑折减系数。由于承压型设计的变形较大，直接承受动荷不宜采用。,2）高强度螺栓摩擦型连接,受剪承载力:,受拉承载力:,剪拉承载力:,单个螺栓,3.6 高强度螺栓连接的构造和计算,所需螺栓数目：,螺栓群轴心受剪,高强度螺栓摩擦型连接的构件净截面强度计算,同时还应满足：,受剪连接中，高强度螺栓摩擦型连接开孔对构件截面削弱的影响较小,螺栓群受拉,受弯矩作用,偏心受拉,3.6 高强度螺栓连接的构造和计算,被连接构件的接触面保持紧密贴合，中和轴在螺栓群形心处,扭矩、轴力、剪力共同作用,摩擦型螺栓群受拉力、弯矩和剪力的共同作用:,在弯矩和拉力作用下螺栓群中的拉力各不相同：,或,剪力的验算应满足,3.6 高强度螺栓连接的构造和计算,或,3）高强度螺栓承压型连接,剪拉承载力:,受剪承载力、受拉承载力与普通螺栓计算相同，只是设计强度取值不同。受剪计算时注意受剪面是否在螺纹处,概述正常使用极限状态：控制梁的变形挠度承载能力极限状态：强度、整体稳定、局部稳定梁的截面：型钢梁与组合梁梁格布置：简单梁格、普通梁格、复杂梁格。梁的强度与刚度梁的工作状态弹性阶段边缘屈服塑性铰全截面屈服考虑部分发展塑性，塑性发展系数不考虑塑性发展的情况（需要验算疲劳的构件、翼缘宽厚比）梁的强度抗弯、抗剪、局部承压及折算应力（掌握计算方法、系数的取用、验算部位）梁的刚度控制挠度,4 受弯构件,4.1 受弯构件强度,抗弯强度计算公式：,抗剪强度计算公式,局部承强度计算公式,折算应力强度验算式,4.2 受弯构件的刚度,计算梁的刚度是为了保证正常使用，属于正常使用极限状态。控制梁的刚度通过对标准荷载下的最大挠度加以限制实现。有公式：（）标准荷载下梁的最大挠度 受弯构件的挠度限值，按附表2.1规定采用。,一般说来，梁的最大挠度可用材料力学、结构力学方法计算。,或简化计算公式：,式中，Ix跨中毛截面惯性矩Mx跨中截面弯矩,失稳机理梁的失稳形式弯扭失稳（侧向弯扭失稳）影响梁整体稳定的因素及增强梁整体稳定的措施梁的整体稳定实用算法不需要验算整体稳定的情况,4.3 梁的整体稳定,梁的截面形式和其尺寸比例；梁的侧向抗弯刚度EIy，自由扭转刚度GIt和翘曲刚度EI越大，临界弯矩越大。荷载类型及沿梁跨分布情况；弯矩图越饱满的构件，临界弯矩越低。荷载作用点在截面上的位置；横向荷载作用在上翼缘，梁发生扭转时会加剧扭转，助长屈曲降低临界弯矩，反之，横向荷载作用在下翼缘时，则会减缓扭转提高临界弯矩。梁受压翼缘侧向支承点间的距离；距离越小临界弯矩越大。端部支承条件。约束程度越高临界弯矩越高。,增强两整体稳定的措施,4.3 梁的整体稳定,1）增大受压翼缘的宽度；2）在受压翼缘设置侧向支承；3）当梁跨内无法增设侧向支撑时，宜采取闭合箱形截面；4）增加梁两端的约束提高其稳定承载力。采取措施使梁端不能发 生扭转。,1）翼缘的局部稳定保证原则等强原则,4.4 梁板件的局部稳定与加劲肋,箱形截面梁受压翼缘板在两腹板之间部分，相当于四边简支均匀受压板宽度b0与厚度t之比应满足：,弹性设计时：,弹塑性设计时：,工字形截面,2）腹板加劲肋腹板局部稳定的设计原则靠增大腹板厚限制高厚比不经济。允许局部失稳考虑屈曲后强度用加劲肋减小腹板支承尺寸提高局稳承载力（直接承受动力荷载的普钢）加劲肋的种类横向加劲肋、纵向加劲肋及短加劲肋。加劲肋的布置原则（P132）加劲肋的设计支承加劲肋加强的横向肋，除满足横向肋的构造要求外，还应满足受力要求。,腹板加劲肋的配置（规范规定）,梁的支座处和上翼缘受有较大固定集中荷载处，宜设置支承加劲肋，并应计算支承加劲肋的稳定性。,梁腹板加劲肋设置原则,梁的截面选择,1.强度验算：正应力、剪应力、局部压应力、组合梁腹板与翼 缘交界处的折算应力；2.刚度验算；3.整体稳定验算；附录34.局部稳定验算。,型钢梁的局部稳定已满足不必验算；翼缘通过限制板件宽厚比来保证；腹板通过设置加劲肋来保证或是利用屈曲后承载力。,4.5 梁的设计,梁的验算,1.型钢梁 根据梁中最大弯矩，预估所需的净截面模量，查型钢表选择接近的作为试选截面；2.组合梁截面的选择包括估算梁高、腹板厚度和翼缘尺寸,概述钢结构各种构件应满足正常使用及承载能力两种极限状态的要求。正常使用极限状态：刚度要求控制长细比承载能力极限状态：受拉强度；受压强度、整体稳定、局部稳定。截面形式：分实腹式与格构式强度与刚度净截面强度轴压构件如无截面消弱，整稳控制可不验算强度。刚度注意计算长度取值。,5 轴心受力构件,5.1 强度计算,概念：净截面平均应力不超过设计强度。,5.2 刚度计算,对压杆较拉杆，设计规范控制更严。,5.3 轴心受压构件的整体稳定,典型的失稳形式弯曲失稳、扭转失稳及弯扭失稳；理想构件的弹性弯曲稳定欧拉公式（应用条件）；弹塑性弯曲失稳切线模量理论；实际构件的初始缺陷初弯曲、初偏心、残余应力；实际轴压构件稳定承载力的计算 肢宽壁薄的概念；格构式截面缀条式与缀板式；格构式轴压构件换算长细比的概念与计算；格构轴压构件两轴等稳的概念；单肢稳定性的概念。掌握整体稳定的计算公式与方法。,5.3 轴心受压构件的整体稳定,影响轴心受压构件稳定承载力的因素,初始缺陷（残余应力、初弯曲、初偏心）；构件的几何形状与尺寸；杆端约束程度；钢材的强度（在弹性范围轴心压杆临界力的大小与钢材强度无关，强度较高钢材的轴心受压构件在弹塑性范围的临界力亦较大）。,实腹轴心受压构件的整体稳定计算公式,实腹轴心受压构件长细比的计算,轴心受压构件的长细比应根据构件可能发生的失稳形式采用绕主轴弯曲的长细比或构件发生弯扭失稳时的换算长细比，取较大值计算。P193P195,实腹式截面局部稳定局部稳定的概念 板件的屈曲，局部失稳并不意味构件失效，但是局部的失稳会导致整体失稳提前发生；局部稳定承载力与支承条件、受力形式与状态及板件尺寸有关。局部稳定的保证原则 保证整体失稳之前不发生局部失稳。等稳原则 局部稳定承载力等于整体稳定承载力。局部稳定的控制方法 限制板件的宽（高）厚比。掌握工字形截面和H形截面局部稳定的计算公式与方法。,5.3 轴心受压构件的局部稳定,准则：不允许构件的局部失稳先于整体失稳发生。即局部失稳的临界应力整体失稳临界应力的设计准则。也称局部与整体等稳定准则。通过限制限制板件宽厚比的方法来实现设计准则。,工字形、T形截面的翼缘,工字形截面的腹板,箱形截面的腹板,当30，取30，当100，取100，为x y中的较大值。,5.3 轴心受压构件的局部稳定,5.4 实腹式轴心受压构件的截面设计,截面设计的原则,等稳定性；宽肢薄壁；制造省工；连接方便。,设计截面时，首先要根据使用要求和上述原则选择截面形式，确定钢号，然后根据轴力设计值 N 和两个主轴方向的计算长度（l0 x和l0y）初步选定截面尺寸。具体步骤如下：,1）确定所需的截面面积。假定长细比=50100范围内，当轴力大而计算长度小时，取较小值，反之取较大值。如轴力很小可取容许长细比。根据及截面分类查得 值，按下式计算所需的截面面积A。,2）求截面两个主轴方向所需的回转半径,初选截面规格尺寸。如根据A、ix、iy查型钢表，可初选截面规格。或查P394附录5根据截面的近似回转半径求截面轮廓尺寸，即求高度 h和宽度b（组合截面）。,5.4 实腹式轴心受压构件的截面设计,3）确定截面各板件尺寸 由 A 和 h、b，根据构造要求、局部稳定和钢材规格等条件，确定截面所有其余尺寸。,5.4 实腹式轴心受压构件的截面设计,构件的截面验算：A、截面有削弱时，进行强度验算；B、整体稳定验算；C、局部稳定验算；对于热轧型钢截面，因板件的宽厚比较大，可不进行局部稳定的验算。D、刚度验算：可与整体稳定验算同时进行。,绕虚轴失稳时，剪力由较弱的缀材承担，剪切变形较大，产生较大的附加变形，故绕虚轴屈曲时的稳定承载力比相同长细比实腹式构件低。规范规定用换算长细比0 x来代替x，来考虑剪切变形对临界力的影响。,绕实轴失稳时，其整体稳定的计算方法实腹式轴心受压构件相同。,缀条,缀板,5.5 格构式轴心受压构件,格构式轴心受压构件的强度计算同实腹式轴压构件。整体失稳的形式弯曲失稳。,5.5 格构式轴心受压构件,应保证各分肢失稳不先于格构式构件整体失稳。为简化起见，规范规定分肢的长细比满足下列条件时可不计算分肢的强度、刚度和稳定。,当 max50时，取 max=50。,分肢采用轧制型钢时一般都能满足局部稳定要求，采用焊接组合截面时，按实腹式构件验算。,5.5 格构式轴心受压构件,（6.7.9）,轴心受压构件由于弯曲变形而产生剪力。该剪力的大小和变形有直接关系，以压杆弯曲至中央截面边缘纤维屈服为条件，得到最大剪力和轴力的关系，规范经简化后得：,设计缀材及其连接时，认为剪力沿构件全长不变。,缀条设计,一个斜缀条的内力 Nd1为：,一个斜缀条的长细比为：,缀条按轴心受压构件设计。缀条采用单角钢时，应考虑受力偏心的不利影响，引入折减系数，并按下式计算整体稳定。,（6.4.2*）,缀板的尺寸由刚度条件确定，为了保证缀板的刚度，规范规定在同一截面处缀板的线刚度之和不小于柱较大单肢线刚度的6倍。,一般取：,即可满足上述线刚度比、受力和连接等要求。,缀板的设计,缀板所受的剪力Vb1 和端部弯矩Mb1 为：,验算连接强度：,1.截面选择,设计截面时，首先应根据使用要求、受力大小和材料供应情况等选择柱的形式。中、小型柱两种缀材均可，大型柱宜采用缀条柱。然后根据轴力 N 和两个主轴方向的计算长度（l0 x和l0y）初步选定截面尺寸。具体步骤如下：,(1)按实轴整体稳定条件选择截面尺寸。,由x 求出对虚轴所需的回转半径ix，查附录5可求得两分肢间的距离h，一般取截面宽度h为10mm的倍数。（查表时应注意虚实轴的位置）。,可得缀条柱,缀板柱,缀条柱,缀板柱,为了获得等稳定性，应使0 x=y（x为虚轴，y 为实轴）。用换算长细比的计算公式，即可解得格构柱的x对于双肢格构柱则有：,(2)按对虚轴与实轴等稳定原则确定两肢间距。,（1）强度验算 强度验算公式与实腹柱相同。柱的净截面面积 An不应计入缀条或缀板的截面面积。（2）整体稳定验算 分别对实轴和虚轴验算整体稳定性。对实轴作整体稳定验算时与实腹柱相同。对虚轴作整体稳定验算时，轴心受压构件稳定系数 应按换算长细比0 x 查出。（3）刚度验算（4）单肢稳定验算（5）缀条、缀板设计,2.截面验算,为了增强杆件的整体刚度，保证杆件截面的形状不变，杆件除在受有较大的水平力处设置横膈外，尚应在运输单元的端部设置横膈，横膈的间距不得大于柱截面较大宽度的9倍和不得大于8m。横膈可用钢板或角钢做成。,格构式轴心受压构件的横隔和缀件连接构造,概述拉弯、压弯构件实际为轴力构件与受弯的组合正常使用极限状态控制构件的长细比承载能力极限状态强度、整体稳定及局部稳定截面形式实腹式、格构式（一般选用缀条式）拉、压弯构件的强度与刚度理解公式中的号意义与应用注意塑性发展系数的取用（同梁）刚度控制构件的长细比,6 拉弯、压弯构件,拉弯、压弯构件的强度,拉弯、压弯构件的刚度,压弯构件的整体稳定,整体稳定包括两方面：弯矩作用平面内的弯曲失稳 弯矩作用平面外的弯扭失稳。,实腹式压弯构件弯矩作用平面内的整体稳定计算,对于单轴对称截面，尚应满足下式：,边缘屈服准则,部分发展塑性,1）悬臂构件和在内力分析中未考虑二阶效应的无支撑框架和弱支撑框架柱：mx=1.02）框架柱和两端支承的构件 无横向荷载作用时：mx=0.65+0.35M2/M1，M1和M2是构件两端的弯矩。M1M2。当两端弯矩使构件产生同向曲率时，取同号，反之取异号。有端弯矩和横向荷载同时作用时 使构件产生同向曲率：mx=1.0；产生反向曲率：mx=0.85。,有关mx取值，规范规定如下：,无端弯矩有横向荷载作用时：mx=1.0。,压弯构件的整体稳定,所计算段内有端弯矩又有横向力作用产生相同曲率时：tx=1.0；产生反向曲率时：tx=0.85。,1）在弯曲矩作用平面外有支承时，应根据两相邻支承点间构件段内荷载和内力情况确定。,tx取值办法,构件段无横向荷载作用 tx=0.65+0.35M2/M1,构件段内无端弯矩，但有横向力作用 tx=1.02）悬臂构件：tx=1.0,实腹式压弯构件弯矩作用平面外的整体稳定计算,压弯构件的整体稳定,实腹式压弯构件的局部稳定,翼缘的局部稳定，受力简单，同梁按等强原则，用限制板件的宽（厚）比来保证板件的稳定性。,考虑截面部分塑性发展时：,翼缘的宽厚比限值（按梁的规定）,当构件强度和整体稳定计算中取x=1.0时：,箱形截面两腹板中间部分：,1）翼缘的局部稳定,工字形截面自由外伸翼缘,腹板的局部稳定受力复杂，影响因素多，等强原则。腹板局部稳定的主要影响因素:应力梯度：剪、正应力比：长细比（应力发展深度）,2）腹板的局部稳定,实腹式压弯构件的局部稳定,当1.6 o2.0时，,腹板的高厚比限值,当0o1.6时，,工字形截面和H形截面,格构式截面压弯构件的整体稳定,一般宜采用缀条式，当弯矩较小时也可以采用缀板式。一般弯矩绕虚轴作用，特殊情况弯矩也可绕实轴作用。弯矩绕实轴作用时，整体稳定计算同实腹式截面，但平面外稳定计算时，稳定系数应按换算长细比0 x计算，梁弯稳定系数b1.0。,弯矩绕实轴作用时：弯矩作用平面内的整体稳定不考虑塑性发展弯矩作用平面外的整体稳定不需验算，通过单肢的稳定性保证。单肢稳定分肢相同时验算较大分肢；分肢不同时应分别验算两单肢。缀材设计按实际剪力及 中较大值。局部稳定：两肢件应按轴压构件控制局部稳定。,感谢你按时来听课祝愿你考出好成绩,选择题20%、填空题10%、简答题20%、计算题50%。,