鋼結(jié)構(gòu)基本原理軸心受力構(gòu)件培訓(xùn)講義PPT

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)基本本原理理軸心受受力構(gòu)構(gòu)件*1第六章章軸軸心受受力構(gòu)構(gòu)件6.1軸心受受力構(gòu)構(gòu)件的的類型型和應(yīng)應(yīng)用6.2軸心受受力構(gòu)構(gòu)件的的強(qiáng)度度和剛剛度6.3軸心受受壓構(gòu)構(gòu)件的的整體體穩(wěn)定定6.4軸心受受壓構(gòu)構(gòu)件的的局部部穩(wěn)定定6.5軸心受受壓柱柱的設(shè)設(shè)計(jì)6.6柱頭和和柱腳腳的構(gòu)構(gòu)造設(shè)設(shè)計(jì)重點(diǎn)重點(diǎn)本講內(nèi)容*2軸心受受壓構(gòu)構(gòu)件的的設(shè)計(jì)計(jì)內(nèi)容容？強(qiáng)度計(jì)算整體穩(wěn)定局部穩(wěn)定剛度計(jì)算上一講講回顧顧格構(gòu)式式軸心心受壓壓構(gòu)件件的設(shè)設(shè)計(jì)與與實(shí)腹腹式區(qū)區(qū)別？？*36.5軸心受受壓柱柱的設(shè)設(shè)計(jì)(6.5.2格構(gòu)式式柱)6.5.2.4綴件的的設(shè)計(jì)計(jì)格構(gòu)式式軸心心受壓壓構(gòu)件件的剪剪力綴條設(shè)設(shè)計(jì)綴條內(nèi)內(nèi)力：：可按鉸鉸接桁桁架進(jìn)進(jìn)行分分析設(shè)計(jì)：：按軸心心受壓壓計(jì)算算，考考慮鋼材強(qiáng)強(qiáng)度值值及連連接焊焊縫強(qiáng)強(qiáng)度的的折減減。*4綴板設(shè)設(shè)計(jì)內(nèi)力：：綴板與與構(gòu)件件兩個(gè)個(gè)分肢肢組成成單跨跨多層層平面面剛架架。設(shè)計(jì)：綴件常常用角角焊縫縫與分分肢相相連。。按構(gòu)構(gòu)件與與焊縫縫連接接設(shè)計(jì)計(jì)。6.5軸心受受壓柱柱的設(shè)設(shè)計(jì)(6.5.2格構(gòu)式式柱)6.5.2.4綴件的的設(shè)計(jì)計(jì)*5橫隔的的設(shè)置置以保證證截面面幾何何形狀狀不變變提高構(gòu)構(gòu)件抗抗扭剛剛度傳遞必必要的的內(nèi)力力位置：：格構(gòu)式式構(gòu)件件在受受有較較大水水平力力處和和每個(gè)個(gè)運(yùn)送送單元元的兩兩端，，應(yīng)設(shè)設(shè)置橫橫隔。。作用：：要求：：橫隔的的間距距不得得大于于構(gòu)件件截面面較大大寬度度的9倍或8m6.5軸心受受壓柱柱的設(shè)設(shè)計(jì)(6.5.2格構(gòu)式式柱)6.5.2.4綴件的的設(shè)計(jì)計(jì)*66.5.2.5截面設(shè)設(shè)計(jì)一、設(shè)設(shè)計(jì)思思路實(shí)腹軸軸心受受壓構(gòu)構(gòu)件的的截面面設(shè)計(jì)計(jì)應(yīng)考考慮的的原則則在格格構(gòu)式式柱截截面設(shè)設(shè)計(jì)中中也是是適用用的。。已知條條件軸心受壓構(gòu)件的壓力設(shè)計(jì)值N、計(jì)算長度和、和截面類型。設(shè)計(jì)思思路按實(shí)軸軸穩(wěn)定定要求求選擇擇截面面兩分分肢的的尺寸寸；按虛軸與與實(shí)軸軸等穩(wěn)穩(wěn)定性性確定分分肢間間距。。6.5軸心受受壓柱柱的設(shè)設(shè)計(jì)(6.5.2格構(gòu)式式柱)*77.7.5截面設(shè)設(shè)計(jì)二、設(shè)設(shè)計(jì)步步驟步驟一一：按按實(shí)軸軸穩(wěn)定定要求求選擇擇截面面兩分分肢的的尺寸寸假定繞實(shí)軸長細(xì)比，一般可先在60～100范圍選取，求所需的截面面積A。求所需繞實(shí)軸回轉(zhuǎn)半徑和分肢截面高度；根據(jù)所需

、（或

、

）初選分肢型鋼規(guī)格（或截面尺寸），并進(jìn)行實(shí)軸整體穩(wěn)定和剛度驗(yàn)算。6.5軸心受受壓柱柱的設(shè)設(shè)計(jì)(6.5.2格構(gòu)式式柱)*87.7.5截面設(shè)設(shè)計(jì)二、設(shè)設(shè)計(jì)步步驟步驟二二：按按虛軸軸（設(shè)設(shè)為x軸）與與實(shí)軸軸等穩(wěn)穩(wěn)定原原則確確定兩分肢肢間距距c及截面面高度度h根據(jù)換算長細(xì)比，則可得所需要的最大值綴條式式構(gòu)件件綴板式式構(gòu)件件根據(jù)求所需根據(jù)和求兩分肢軸線間距c和h

6.5軸心受受壓柱柱的設(shè)設(shè)計(jì)(6.5.2格構(gòu)式式柱)*97.7.5截面設(shè)設(shè)計(jì)二、設(shè)設(shè)計(jì)步步驟步驟三三：截截面驗(yàn)驗(yàn)算強(qiáng)度整體穩(wěn)穩(wěn)定單肢穩(wěn)穩(wěn)定（（局部部穩(wěn)定定）剛度綴件（（綴板板、綴綴條））焊縫6.5軸心受受壓柱柱的設(shè)設(shè)計(jì)(6.5.2格構(gòu)式式柱)*10例題1一兩端端鉸接接的軸軸心受受壓柱柱，柱柱高9m,在兩個(gè)個(gè)三分分點(diǎn)處處均有有側(cè)向向支撐撐（x方向),承受軸軸心壓壓力設(shè)設(shè)計(jì)值值N=400kN，鋼材材為Q235。試為為該柱柱選擇擇熱軋軋工字字鋼截截面。。300030003000*11例題1一兩端鉸接的的軸心受壓柱柱，柱高9m,在兩個(gè)三分點(diǎn)處均有有側(cè)向支撐（（x方向),承受軸心壓力力設(shè)計(jì)值N=400kN，鋼材為Q235。試為該柱選選擇熱軋工字字鋼截面。解：1、初選截面：3000假定λ＝130，3000查得：φx=0.434(a類）3000φy=0.387(b類）A=N/(φf)＝400×103/(0.387×215）＝4807mm2ix=lox/λ=900/130=6.92cmiy=loy/λ=300/130=2.3cm*12查工字鋼表，，初選25a:A=48.54cm2,ix=10.18cm,iy=2.4cm,h=250mm,b=116mm2、驗(yàn)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類），φy=0.411(b類）N/(φA)=400×103/(0.411×4854）＝200.5N/mm2＜f=215N/mm2由于截面無削削弱，不必驗(yàn)驗(yàn)算強(qiáng)度。型型鋼截面局部部穩(wěn)定也不需驗(yàn)驗(yàn)算。所以，，所選截面滿滿足要求。*13例題2試設(shè)計(jì)一兩端端鉸接的焊接工字形組合截面柱。柱高4.8m,鋼材Q235,手工焊，E43型焊條，翼緣緣為軋制邊，板板厚小于40mm。承受軸心壓壓力設(shè)計(jì)值N=800kN。解：1、初選截面：：假定λ＝80，查得φx=0.688(b類),φy=0.578(c類)A=N/(φf)=800××103/(0.578×215)=6438mm2ix=lox/λ=480/80=6cmiy=loy/λ=480/80=6cm由近似關(guān)系：：h=ix/0.43=60/0.43=140mmb=iy/0.24=60/0.24=250mm*14試取b=250mm,t=10mm;h=260mm,tw=6mm2、截面驗(yàn)算：（1）截面幾何特特性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)剛度驗(yàn)算：λx=lox/ix=480/11.5=41.7λy=loy/iy=480/6.4=75＜[λ]＝150*15（3）整體穩(wěn)定性性驗(yàn)算由λx=41.7查得φx=0.893(b類)由λy=75查得φy=0.610(c類)N/(φA）＝800×103/(0.610×6440）＝203.6N/mm2＜f=215N/mm2（4）板件局部穩(wěn)穩(wěn)定性驗(yàn)算翼緣：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所選截面滿足足要求。*163、構(gòu)造要求：：對(duì)于實(shí)腹式柱柱，當(dāng)腹板的的高厚比h0/tw>80時(shí)，為提高柱柱的抗扭剛度度，防止腹板板在運(yùn)輸和施施工中發(fā)生過過大的變形，，應(yīng)設(shè)橫向加加勁肋，要求求如下：橫向加勁肋間間距≤3h0；橫向加勁肋的的外伸寬度bs≥h0/30+40mm；橫向加勁肋的的厚度ts≥bs/15。對(duì)于組合截面面，其翼緣與與腹板間的焊縫受力較較小，可不于于計(jì)算，按構(gòu)構(gòu)造選定焊腳尺尺寸即可。bs橫向加勁肋≤3h0h0ts*17例題3試設(shè)計(jì)一兩端端鉸接的軸心心受壓格構(gòu)式式柱。已知軸心壓力力設(shè)計(jì)值N=1350kN,此柱在x方向的計(jì)算長度lox=6m,在y方向的計(jì)算長長度loy=3m。鋼材為Q345,焊條為E50型。設(shè)計(jì)成綴條式式格構(gòu)柱；解：（1）綴條式格構(gòu)構(gòu)柱設(shè)計(jì)a、按柱對(duì)實(shí)軸軸y的穩(wěn)定性確定定兩個(gè)單肢截截面選取截面形式式為雙槽鋼截面。假定λy＝60，則λy√fy/235=60√345/235=72.7查得φy=0.734(b類)*18則A=N/(φyf)=1350×103/(0.734×315）＝5839mm2iy=loy/λy=300/60=5cm由A、iy查槽鋼表,初選槽鋼型號(hào)220a:A=2×28.84＝57.68cm2,1xiy=7.86cm,zo=2.01cm,I1=128cm4,i1=2.11cm。yy截面驗(yàn)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類)N/(φyA)=1350××103/(0.873×5768)＝268.1N/mm2＜f=315N/mm2知所選槽鋼鋼滿足要求求。*19b、按柱對(duì)虛虛軸x的穩(wěn)定性確確定兩個(gè)單單肢間距設(shè)綴條布置置為單斜式。試選用最小角鋼45×4作為柱的斜綴條，查角鋼表知知：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由回轉(zhuǎn)半徑徑與截面寬寬度的近似似關(guān)系，得得截面總寬度b=ix/0.44＝17.1/0.44=38.9cm，取b=35cm。*20截面驗(yàn)算：：兩單肢軸線線間距：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滿足剛度要求。由λox√fy/235=41.2√345/235=49.9,查得φx=0.857(b類)N/(φxA)=1350××103/（0.857×5768）=273.1N/mm2＜f=315N/mm2滿足對(duì)虛軸x的穩(wěn)定性要求。*21C、綴條計(jì)算算：斜綴條傾角角取為45o。柱的橫向剪剪力V=Af/85√fy/235=5768×315√345/235/85=12950N斜綴條內(nèi)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類)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。滿足要求求。*22d、柱單肢肢的穩(wěn)定定性驗(yàn)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，單肢穩(wěn)定定性滿足足要求。。*23e、綴條與與柱肢的的連接焊焊縫計(jì)算算采用兩邊側(cè)面面角焊縫縫連接，取hf=4mm.則肢背焊縫縫所需計(jì)算算長度lw1≥k1Nt/(0.7hf*γr*ffw)=0.7×18317/(0.7×4××0.85×200）＝26.9mm實(shí)際長度度l1≥lw1+2hf=26.9+2×4＝34.9mm肢尖焊縫縫所需計(jì)算算長度lw2≥k2Nt/(0.7hf*γr*ffw)=0.3×18317/(0.7×4××0.85×200）＝11.5mm實(shí)際長度度l2≥lw2+2hf=11.5+2×4＝19.5mm肢背、肢肢尖焊縫縫的計(jì)算長度度均小于于40mm,將肢背、肢肢尖焊縫縫的實(shí)際際長度均均取為50mm。*24一、鋼柱柱的組成成6.6柱頭和柱柱腳的構(gòu)