钢结构格构柱设计课件(PPT 37页)

1、5 .4轴心受压格构式构件的整体稳定 4.4.1轴心受压格构式构件组成 格构式轴心受压构件肢件缀材缀板、缀条图46 格构式柱l1l0 xy11b)肢件缀板l1xy11a)缀条 肢件.第1页，共37页。肢件：受力件。 由2肢（工字钢或槽钢）、4肢（角钢）、3肢（园管）组成。 图47 格构式柱的截面型式a)xyb)xyc)xyd)xy.第2页，共37页。缀材：把肢件连成整体，并能承担剪力。 缀板：用钢板组成。 缀条：由角钢组成横、斜杆。l1l0 xy11b)肢件缀板l1xy11a)缀条 肢件.第3页，共37页。截面的虚实轴：与肢件腹板相交的主轴为实轴，否则是虚轴，图4-20a、b、c、d。图47

2、格构式柱的截面型式a)xyb)xyc)xyd)xy.第4页，共37页。 4.4.2整体稳定临界力 公式（49）仍然是适用的。 1、绕实轴屈曲 绕实轴屈曲时，与实腹截面一样，可忽略剪切变形的影响，并写成弹性与非弹性通式，得（49）（410） （412）.第5页，共37页。 2、绕虚轴屈曲 绕虚轴屈曲时，不能忽略剪切变形影响，这时，（413）式中 考虑剪力影响后，绕虚轴的换算长细比。（414）.第6页，共37页。（1）缀条式柱 计算1 是考虑剪力影响后，格构式压杆计算长度的放大系数，它决定于体系的单位剪切角1，因而和采用的缀材体系有关。下面按缀条式和缀板式分别讨论：问题归结为计算。.第7页，共37

3、页。 横截面上有剪力V=1时，分配给有关缀条面上的剪力V=1/2。斜杆内力为斜杆伸长：xy图48示出三角式缀条体系，在柱截面单位剪力（ V=1）作用下，体系的单位剪切角为： V=1/2V=1/2l1ld11d图48 剪切变形一根斜杆毛截面面积.第8页，共37页。代入式（441）所以若取=2050，则，sincos2=0.36式中，A两个柱肢的毛截面面积； A1两根斜杆的毛截面面积（ A1=2Ad）。 计算.第9页，共37页。（415） 计算 计算设计时，应先假设（斜）缀条面积，然后，用式（415）算 ，再根据 查x。稳定验算公式同实腹式构件。.第10页，共37页。a)c)yxxy111/21/

4、2l1/2l1/2V/2=1/21/21b)图49 缀板式体系的剪切变形4.7.2缀板式柱一般各缀板等距离布置，刚度相等。缀板内力按缀板与肢件组成的多层框架分析。屈曲时，除发生格构柱整体弯曲外，所有肢件也都发生S形弯曲变形，如图49所示。.第11页，共37页。 计算1 从图49中取出一个节段为分离体。 通常，缀板刚度比肢件大得多，可忽略缀板本身变形，并假定剪力平均分配给两个柱肢（b图）。 V=1时，柱肢 的单位剪切角1为：c)yxxy111/21/2l1/2l1/2V/2=1/21/21b).第12页，共37页。1/2l1/2l1/4M1l1/2M式中 I1单肢对自身截面-轴的惯性矩，可表示为

5、：.第13页，共37页。引入单肢节间段长细比1，且 1= l1 /i1代入式：因为 Ix=Aix2， x= lx /ix ，代入得： 计算.第14页，共37页。 设计时应先假设单肢节段长细比1才能计算换算长细比。用换算长细比查x ，再按实腹式构件相同的公式验算稳定性：最后得二肢缀板柱绕虚轴的换算长细比 计算 计算.第15页，共37页。（416）.第16页，共37页。为了保证单肢不先于构件整体失稳，单肢长细比1= l1 /i1应小于、等于柱子最大长细比的0.7倍。 i1是柱肢对本身1-1轴的回转半径。 5 .7轴心受压格构式构件的局部稳定 .第17页，共37页。 为了保证单肢不先于柱子整体屈曲破

6、坏，规范规定： 25140且 1构件最大长细比的0.5倍 规定单肢节段长细比的意义：在于确定缀板间的距离。.第18页，共37页。缀材计算NcrNcrzymyzLyoxh=2.27ixyy（1）V的取值设：屈曲模态为一个正弦半波。1、轴心受压构件的剪力V.第19页，共37页。按照边缘屈服准则，.第20页，共37页。规范取：（482） （2）V的分布NcrNcrzymyzLyoVmaxVmax实际VV近似 计算缀材时，近似地以剪力V均匀分布计。并且，由承受该剪力的两个缀材面分担，每个缀材平面内的剪力V1为 V1=V/2.第21页，共37页。 2、缀材计算V1V1VV1V1（485）（1）缀条缀条布

7、置尤如桁架腹杆。按桁架腹杆设计。剪力由斜杆承受。设斜杆（缀条）内力为Nt，有 Nt=V1/cos （483）缀条可能受拉、可能受压，一律按受压设计，设计强度应于折减（考虑缀条自身稳定性）折减系数R为： 等边角钢 R=0.6+0.0015 短边相连的不等边角钢 R=0.5+0.0025 长边相连的不等边角钢 R=0.7 中间无联系时，按最小回转半径计算的长细比。.第22页，共37页。且当 20时，取=20 ）。 缀条设计公式为：或（484）At单个缀条截面面积 此外，也可根据缀条查，用公式进行设计。其概念是按轴心受压杆件设计。 横杆一般不受力，采用和斜杆相同的截面。 不论斜杆还是横杆，都应长细比

8、要求， =150.第23页，共37页。 4.7.2缀板 缀板内力按缀板和肢件组成的框架体系进行分析。l1l0 xy11缀板式柱缀板式柱变形图缀板式柱计算简图l1al1l1弯矩图.第24页，共37页。V1/2V1/2V1/2V1/2aV1/2V1/2Ta/2l1分离体分离体由分离体力矩平衡条件，得（489）式中a是两柱肢轴线间的距离。.第25页，共37页。V1/2V1/2Ta/2l1分离体A 缀板在柱肢连接处A的弯矩：（490）可见，缀板一般按受弯构件设计。但因剪力、弯矩较小，可按构造设计。.第26页，共37页。 构造设计要点： 同一截面处缀板（或采用型钢的横杆）线刚度之和不得小于柱肢线刚度的6

9、倍。如果柱截面接近正方形，且x和y方向的长细比又接近相等时，可取x11yab1，且b1 缀板宽度a 肢件间距离（形心轴至形心轴）t 缀板厚度.第27页，共37页。 作用：保证与柱肢刚性连接；对柱肢屈曲起支承作用；使y的计算误差在5%以内。.第28页，共37页。 缀板用角焊缝与肢件连接，搭接长度2030cm。 应设置横隔（联），间距不大于8m且不大于杆件较大宽度的9倍，每个发送单元不少于2个。 作用：保证柱子变形过程中截面几何形状的稳定性；公式=M/W才能使用。截面抗弯模量W才能用材料力学公式计算。.第29页，共37页。缀条隔板隔材肋缀条图4-26 缀材布置 关于横向支撑： 有时，为了减少轴心构

10、件自由长度需要设置横向支撑，此支撑应根据所受剪力按轴心受压.第30页，共37页。构件进行设计。 例 例42 试设计一轴心受压缀条柱，已知 N=1300kN， lx=ly=6m，采用3号钢。 采用二槽钢组成的缀条柱。.第31页，共37页。1、按实轴选截面和回转半径（图42）。xx1yy104b=25028a节点板250图例题42解设计内容： 1、按绕实轴屈曲设计槽钢截面； 2、以对实轴、虚轴的长细比性相同设计槽钢间距； 3、验算槽钢对虚轴的稳定性； 4、验算缀材强度和焊缝。.第32页，共37页。xx1yy104b=25028a节点板250图例题42 设y=80，属b类，查得y=0.688；需要的

11、截面面积和回转半径为：查附录3槽钢规格表，没有同时满足上述要求的截面，说明所设的长细比不合适。可从表中另选一截面，.第33页，共37页。其截面面积稍大于要求值，回转半径稍小于要求值，或者相反。试选228a，查得： p.366 A=240=80cm2；iy=10.9cm。 2、确定两个槽钢间的距离 方法：使绕虚轴和绕实轴的稳定性相等。 使绕虚轴的长细比和绕实轴的长细比相等。为此，则 y=600/10.9=55，查得y=0.833 p.399验算 =1300103/8000=162.5N/mm2 yf=179N/mm2选此截面。验算截面：.第34页，共37页。先假定缀条截面454，A=23.94=7.0cm2。得相应的回转半径：由附录6，二肢间需要的距离： p.405 3、验算绕虚轴稳定性 槽钢惯性矩：I1=218cm4； 格构柱对虚轴的惯性矩： 取25cm。.第35页，共37页。查表，得 x=0.807 xf (可)xx