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第九章轴心受力构件设计

概述

轴心受力构件包括轴心受拉构件和轴心受压构件。在房屋建筑结构中，轴心受压柱、屋架、托架、网架、塔架等均属于轴心受力构件。

轴心受力构件按其截面形式可分为实腹式和格构式两种。实腹式构件构造简单，制造方便，整体受力和抗剪性能好，但截面尺寸大时用钢量大，见P141图5-2(a)。格构式构件那么由两个或多个分肢用缀板或缀条连接而成，见P141图5-2(b)、(c)。缀条常采用单角钢，缀板常采用钢板。

轴心受力构件的强度和刚度

轴心受力构件的设计必须满足承载力极限状态和正常使用极限状态，包括强度、刚度，轴心受压构件还必须满足整体稳定性和局部稳定性。本节回忆一下轴心受力构件的强度和刚度。

一、强度计算

有孔洞削弱的轴心受拉和轴心受压构件，要求满足下面的计算公式：

其中N为构件轴力设计值；An为构件的毛截面积；f为钢材强度设计值。

无孔洞削弱的轴心受拉和轴心受压构件，要求满足下面的计算公式：

其中A为构件的毛截面积。

对摩擦型高强度螺栓连接的构件，计算净截面强度时应考虑孔前传力系数对轴力的折减及螺栓孔的削弱，计算公式应为：

其中：n1为第一列螺栓数；n为构件节点上或接头一边的螺栓总数；An为第一净截面积。

注意单面连接的单角钢轴心受力构件在计算强度时，钢材的强度设计值应乘以0.85。这是因为连接偏心会引起弯矩，使角钢受附加应力，平安度降低。

二、刚度计算

长细比是构件的计算长度与截面回转半径的比值，即，越大，构件刚度越大，反之那么刚度越小。

验算构件的刚度时，应对两个主轴方向的长系比均进行计算：

其中：、为x轴长细比和y轴长细比；、、ix、iy分别为x轴和y轴的计算长度和回转半径。

轴心受压构件的整体稳定

我国标准规定：轴心受压构件考虑剩余应力、/1000的初弯曲等因素，采用极限承载力理论，给出了三组曲线，这样轴心受压构件的整体稳定必须满足：

其中：-轴心受压杆件的整体稳定系数，可根据截面形式〔分别属于a、b、c三类〕及长细比、钢材查P496开始的附表5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6。

轴心受压构件的局部稳定

我国规定轴压构件的局部稳定通过限制板间宽〔高〕厚比来保证。

确定板件宽厚比或高厚比的原那么是：局部屈曲临界力大于或等于整体临界应力得等稳定原那么，我国标准规定：

工字形轴心受压构件的板件宽厚比限值：

翼缘：

腹板：

其中：-构件的长细比；当时取；当时取；

T形轴心受压构件的板件宽厚比限值：

翼缘：

腹板：

箱形轴心受压构件的板件宽厚比限值：

；

圆管截面轴心受压构件的板件宽厚比限值：

；

注意：热轧型钢不必验算局部稳定！

实腹式轴心受压构件的截面设计和构造要求

一、设计原那么

1．截面应尽量开展；

2．两个主轴方向尽量等稳定，即；

二、截面设计思路：构件采用的钢材、截面形式、轴压力设计值以及计算长度l0x、l0y，要求确定截面尺寸。做的时候首先假定一个比拟合理的长细比，利用P495附录四-各种截面回转半径的近似值反推截面的高、宽。

三、截面设计步骤：

1．假定构件的长细比，一般可取40～100。根据钢材类别、截面类别和，查得，得：

2．求两个主轴方向的回转半径：

根据附录四，得到

3．根据所需的A、h、b，并考虑局部稳定和构造要求，初选截面尺寸

4．根据初选的截面尺寸，计算出截面的各种特性，如截面积、回转半径、长细比等，验算构件的强度、刚度、整体稳定、局部稳定。如果不满足，重新调整长细比或截面尺寸，重新验算直到满足为止。

四、实腹式轴心受压构件的构造要求

1．翼缘与腹板间的连接焊缝一般取：hf=4～8mm。

2．当腹板的h0/tw80时，应设置横向加劲肋，其间距≤3h0，横向加劲肋的尺寸满足：外伸宽度bs≥(h0/30)+40mm，厚度ts≥bs/15

3．构件较长时应设置横隔，横隔的间距≤构件截面较大宽度的9倍或8m。

仔细研究P177例题5-2。

格构式轴心受压构件的截面设计和构造要求

格构式构件分为缀条式和缀板式两种，分肢可以是双肢、三肢、四肢。格构式轴心受压构件的整体失稳主要是绕两个主轴的弯曲失稳，截面类别为b类。

一、格构式轴心受压构件的换算长细比

双肢缀条式格构构件的换算长细比

一般角在400～700之间，采用；

当不在此范围内，那么采用。

其中：-绕截面虚轴〔即x轴〕的长细比，=l0x/ix

构件截面积；

A1x-前后两个平面内缀条截面积总和

比方缀条采用L45×5，A1x=2×429=858mm2

实轴即y轴不用换算。

双肢缀板式格构构件的换算长细比

其中：-分肢长细比，=l01/i1;

注意：一般双肢格构构件分肢的x1轴往往与整个截面的虚轴(x轴)垂直。

四肢格构式构件的换算长细比

缀条式：

其中：A1x、A1y分别是构件截面中垂直于x或y轴的各斜缀条毛截面面