钢结构设计原理——轴心受力构件

1、u概述概述u轴心受力构件轴心受力构件 u受弯构件受弯构件 u拉弯和压弯构件拉弯和压弯构件( (自学自学) )u钢结构连接构造与设计钢结构连接构造与设计国家大剧院国家大剧院 由日本森大厦株式会社的全额子由日本森大厦株式会社的全额子公司森海外株式会社及日本具有公司森海外株式会社及日本具有代表性的银行、保险公司、商社代表性的银行、保险公司、商社等等36家企业，偕同政府系统机构家企业，偕同政府系统机构日本海外经济协力基金日本海外经济协力基金(OECF)联联合投资的上海环球金融中心，总合投资的上海环球金融中心，总投资逾投资逾750亿日元。位于陆家嘴亿日元。位于陆家嘴金融贸易区，建筑总面积金融贸易区，建筑

2、总面积335,420平方米，地下平方米，地下3层，地上层，地上94层。层。建成后的高度达建成后的高度达460米米 。总用钢。总用钢量量26000t，钢筋混凝土核心筒，钢筋混凝土核心筒，外框钢骨混凝土及钢柱。外框钢骨混凝土及钢柱。陕西铜川天然气公司陕西铜川天然气公司1000立方米天然气球罐立方米天然气球罐大连西太平洋石化有限公司大连西太平洋石化有限公司1500立方米立方米CF-62钢球罐钢球罐u钢结构的特点钢结构的特点l优点优点 强度高，重量轻，塑性好，可焊性好，强度高，重量轻，塑性好，可焊性好， 工业工业 化高，面积利用系数，基础费用，抗震，工期化高，面积利用系数，基础费用，抗震，工期 等综合

3、效益较好；等综合效益较好；l缺点缺点 耐火性差，耐腐蚀性差；高层中，用钢量大，耐火性差，耐腐蚀性差；高层中，用钢量大， 造价较高，设计施工技术较复杂，防火差造价较高，设计施工技术较复杂，防火差u钢结构的破坏形式钢结构的破坏形式图：整体失稳破坏图：整体失稳破坏1图：整体失稳破坏图：整体失稳破坏2u概述概述u轴心受力构件轴心受力构件 u受弯构件受弯构件 u拉弯和压弯构件拉弯和压弯构件u钢结构连接构造与设计钢结构连接构造与设计u应用应用 桁架、塔架、网架、支柱等桁架、塔架、网架、支柱等l 热轧型钢截面热轧型钢截面l 冷弯薄壁型钢截面冷弯薄壁型钢截面l 型钢和钢板连接而成实腹式组合截面型钢和钢板连接而

4、成实腹式组合截面l 格构式组合截面格构式组合截面fANn4040404040404060+50=1104050404060406010验算图所示双角钢截面的轴心拉杆强度。轴心拉力设计值验算图所示双角钢截面的轴心拉杆强度。轴心拉力设计值N=650kN。钢材为。钢材为Q235钢，角钢截面为钢，角钢截面为L100100mm，角钢两肢上各有一排交错排列的螺栓孔，角钢两肢上各有一排交错排列的螺栓孔，孔径孔径d=21.5mm。解：解：先将其中的一个角先将其中的一个角钢截面展开，并比较截钢截面展开，并比较截面面-和和-哪个危哪个危险截面，两截面厚度均险截面，两截面厚度均为为10mm。- 净截面宽度净截面宽度

5、 040 1104021.5168.5mml；2204011040402 21.5154mml - 净截面宽度净截面宽度 由于由于 00ll因此因此-截面为危险截面。于是截面为危险截面。于是 22n650000211N/mm215N/mm2 154 10NfA因此，轴心拉杆因此，轴心拉杆满足满足强度要求强度要求。 iloIiAfANnfAN验算下图（验算下图（P85）所示结构中两端铰接的轴心受压柱）所示结构中两端铰接的轴心受压柱AB的整体稳定。该柱所承受的整体稳定。该柱所承受的压力设计值的压力设计值N=1000kN，柱计算长度，柱计算长度lx=4.2m，ly=2.1m，柱截面为焊接工字形，柱截

6、面为焊接工字形，具有轧制边翼缘，其截面尺寸：翼缘具有轧制边翼缘，其截面尺寸：翼缘2-10220，腹板为，腹板为1-6200，由，由Q235A钢制钢制作。作。已知，已知， N=1000kN，抗压强度设计值，抗压强度设计值f=215N/mm2.解：解：（1）计算截面几何特征）计算截面几何特征毛截面面积毛截面面积 22 22 120 0.656 cmA 2 -1 02 2 0 xxyy1 -62 0 0截面惯性矩截面惯性矩 3240.6 202 22 10.55251 cm12xI 34121 221175 cm12yI 截面回转半径截面回转半径 252519.68 cm56xxIiA217755.

7、63 cm56yyIiA（2）压杆的长细比及稳定系数）压杆的长细比及稳定系数 42043.41509.68xxxli 21037.31505.63yyyli根据柱截面的组成条件，由表根据柱截面的组成条件，由表4-2（P84）可知，该截面对强轴属于）可知，该截面对强轴属于b类，由附类，由附表表3-2查得，查得， x=0.885；对弱轴属于；对弱轴属于c类，由附表类，由附表3-3查得查得 y=0.856.（3）整体稳定性验算）整体稳定性验算32221000 10208.6 N/mm215N/mm0.856 56 10NfA满足要求满足要求 1maxy235100.1btfywfth2355 . 0

8、25max0yftb235400ywfth235400yf235100tD xoxxil yoyyil选用选用Q235钢的热轧普通工字钢，作为上下两端均为铰接的支撑钢的热轧普通工字钢，作为上下两端均为铰接的支撑结构的支柱。支柱长度为结构的支柱。支柱长度为12m，在两个三分点处有侧向支撑，以，在两个三分点处有侧向支撑，以阻止支柱在弱轴方向过早失稳。见图阻止支柱在弱轴方向过早失稳。见图4-18（P91）。支柱承受最）。支柱承受最大的压力设计值大的压力设计值N=150kN，其容许长细比，其容许长细比 =200，试按截面面，试按截面面积积An=A进行此轴心压杆的截面设计。进行此轴心压杆的截面设计。已知

9、：已知：l0 x=12m，loy=4m，N=150kN，f=215N/mm2。（1）假定取柱的长细比）假定取柱的长细比 =150，由附表，由附表3-1和附表和附表3-2分别查得对分别查得对截面强轴的和弱轴的稳定系数截面强轴的和弱轴的稳定系数 x=0.339， y=0.308。（2）按长细比）按长细比 =150计算为所需的截面面积和回转半径计算为所需的截面面积和回转半径221500002265 mm22.65cm0.308 215NAf012008cm150 xxli04002.67cm150yyli（3）确定工字钢型号）确定工字钢型号初选初选I20a，且，且b/h=100/200=0.50.8

10、，截面类别：对，截面类别：对x轴为轴为a类；类；对对y轴为轴为b类。查表得类。查表得A=35.5cm2，ix=8.15cm，iy=2.12cm。（4）验算支柱的整体稳定性和刚度）验算支柱的整体稳定性和刚度 1200147.22008.15400188.72002.12xy查附表查附表3-1和和3-2分布查得：分布查得： x=0.35， y=0.207，取较小值，取较小值 =0.207，进行整体稳定计算，进行整体稳定计算22150000204.1 N/mm215N/mm0.207 35.5 100NA满足要求满足要求 （5）局部稳定性）局部稳定性因轧制型钢的翼缘和腹板一般都较厚，能满足局部稳定要求。因轧制型钢的翼缘和腹板一般都较厚，能满足局部稳定要求。,nnNNAAfAA（6）强度）强度强度满足要求强度满足要求 。综上所述选用综上所述选用I20a合适。合适。已知某焊接已知某焊接字钢平台柱，截面见下图。翼缘为大焰切边，字钢平台柱，截面见下图。翼缘为大焰