钢结构制作与安装（第4版）课件：钢结构构件

钢结构构件课题1轴心受力构件轴心受力构件——构件承受通过截面形心轴线的轴向力作用。图

轴心受力构件在工程中的应用

桁架；(b)塔架；(c)网架1.概述轴心受力构件截面形式分为：实腹式和格构式实腹式截面格构式截面格构式构件由肢件和缀材组成。肢件就是受力件，一般是型钢。缀材是把肢件连成整体，并能承担剪力，分为缀条、缀板。缀条由角钢组成横、斜杆；缀板由钢板组成。

图

柱的组成轴心受力构件的设计内容应满足承载能力与正常使用两种极限状态的要求。

轴心受力构件轴心受拉构件轴心受压构件强度刚度强度刚度稳定f—钢材强度设计值，An—构件净截面面积(a)弹性状态应力；(b)极限状态应力2.1强度计算2.轴心受力构件的强度和刚度

a）构件净截面面积计算An取Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ截面的较小面积计算(a)(b)(c)(d)图

净截面面积计算孔前传力Nb）摩擦型高强螺栓连接的构件n1—计算截面上的螺栓数。n—连接一侧螺栓数；计算截面上的力为：N图

高强度螺栓的孔前传力摩擦型高强螺栓净截面强度：摩擦型高强螺栓还应验算毛截面强度：N′---计算截面上的受到的力保证构件在运输、安装、使用时不会产生过大变形。2.2刚度计算项次构件名称承受静力荷载或间接承受动力荷载的结构直接承受动力荷载的结构一般建筑结构有重级工作制吊车的厂房1桁架的杆件3502502502吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑300200—3其他拉杆、支撑、系杆(张紧的圆钢除外)400350—

表

受拉构件的容许长细比受拉构件的极限承载力一般由强度控制，设计时只考虑强度和刚度。所谓的稳定是指结构或构件受载变形后，所处平衡状态的属性。细长的轴心受压构件受外力作用后，不能保持平衡的稳定性，构件产生变形而丧失承载能力，这种现象称为丧失整体稳定性，或称屈曲。3.1整体稳定3.轴心受压构件的稳定（1）理想的轴心受压杆：理想轴心受压构件的屈曲（2）理想轴心压杆的屈曲形式：

杆件笔直、截面均匀、无初始应力、无初偏心、无初弯曲等缺陷。

弯曲屈曲

扭转屈曲

弯扭屈曲1）弯曲屈曲——截面只绕一个主轴旋转，杆纵轴由直线变为曲线，是双轴对称截面常见的失稳形式。2）扭转失稳——失稳时各截面均绕纵轴扭转，是少数双轴对称截面可能发生的失稳形式。3）弯扭失稳——单轴对称截面绕对称轴屈曲时，杆件发生弯曲变形的同时必然伴随着扭转。理想轴心受压构件的弹性弯曲屈曲两端铰支的理想细长压杆，当Ｎ较小时，杆件保持直线平衡状态。当压力Ｎ增大时，杆件呈微弯曲平衡状态，这种现象称为平衡的“分枝”。当Ｎ超过某一数值时，杆件产生很大的弯曲变形，随即破坏，即“屈曲”。根据平衡方程解得（欧拉临界力）（欧拉临界应力）在弹性范围内适用，即；屈曲临界力与抗弯刚度和构件长度有关。构件失稳时如果截面应力超出弹性极限，则构件进入弹塑性工作阶段，这时应按切线模量理论进行分析。理想轴心受压构件的弹塑性弯曲屈曲

实际的轴心受压构件：杆件有初弯曲、荷载作用有初偏心、截面上有残余应力。实际轴心受压构件的稳定属于第二类稳定问题结构（构件）从受力开始到破坏没有平衡状态分岔，临界状态表现为不能再承受荷载增量。初始缺陷初始缺陷对轴心受压杆件稳定承载力的影响

几何缺陷：初弯曲、初偏心等力学缺陷：残余应力、材料不均匀等

轴心受压构件的柱子曲线压杆失稳时临界应力

cr与长细比之间的关系曲线称为柱子曲线。

a类为残余应力影响较小，c类为残余应力影响较大，并有弯扭失稳影响，a、c类之间为b类，d类厚板工字钢绕弱轴。轴心受压构件的截面分类——轴心受压构件的整体稳定系数，通过构件的长细比

查表得到。

3.2轴心受压构件的整体稳定计算

构件长细比

的确定①截面为双轴对称的构件：xxyy板件的局部稳定问题

组成板件在整体失稳之前不能保持其平面平衡状态而发生波形凸曲，称为局部失稳。3.3局部稳定采用限制板件宽度与厚度之比不要过大，否则临界应力σcr

很低，会过早发生局部屈曲。使构件整体屈曲前其板件不发生局部屈曲，即局部屈曲临界应力大于或等于整体临界应力，称作等稳定性准则。轴心受压构件组成板件的容许宽厚比板件宽厚比限值

工字形截面：

翼缘为三边简支、一边自由的均匀受压板腹板为四边支承板说明：b'—翼缘自由外伸宽度；

λ—构件两方向长细比的较大值。当λ＜30时，取λ=30；当λ＞100时，取λ=100。圆管截面：箱形截面：

轴压构件的局部稳定不满足时的解决措施1、增加板件厚度；2、当腹板高厚比不满足以上规定，在计算构件的强度和稳定性时，腹板截面取有效截面，即取腹板计算高度范围内两侧各为，但计算构件的稳定系数时仍取全截面；3、也可采用设置纵向加劲肋的方法予以加强，以缩减腹板计算高度，纵向加劲肋宜在腹板两侧成对配置，其一侧外伸宽度不应小于10tw。(1)实腹式轴心压柱的截面形式热轧型钢组合截面4.轴心受压柱的设计截面的选取原则2.尽量满足两主轴方向的等稳定要求，即： ，以达到经济要求；1.截面积的分布尽量展开，增加惯性矩和回转半径，提高整体稳定性和刚度；3.便于连接，构造简单，易加工制作，易取材。(2)截面的设计步骤1.截面面积A的确定： 假定λ=50～100，当压力大而杆长小时取小值，反之取大值。2.求两主轴方向的回转半径：(3).根据A和ix、iy，优先选用轧制型钢。型钢截面不满足时，选用组合截面，组合截面的尺寸可由回转半径确定:(4).由求得的A、h、b，综合考虑构造、局部稳定、钢材规格等，确定截面尺寸。

(5)截面验算：

截面有削弱时，进行强度验算；整体稳定验算；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。刚度验算；构造要求。课题2受弯构件实腹式受弯构件格构式受弯构件(1)实腹式受弯构件—梁按制作方法梁的分为：型钢梁、组合梁当跨度和荷载较小时，采用热轧型钢梁和冷弯薄壁型钢梁；当型钢梁不满足要求时，采用组合梁，组合梁用钢板焊接、铆接或螺栓连接而成。如工字型梁、箱行梁。1.受弯构件的形式和应用实腹式受弯构件格构式受弯构件实腹式受弯构件格构式受弯构件

(2)格构式受弯构件—桁架主要承受横向荷载的受弯构件称为桁架。梁式桁架的形式强度刚度

梁受弯时各阶段正应力的分布情况

b.弹性阶段c.弹塑性阶段d.塑性阶段2.受弯构件的强度和刚度

（1）梁的强度

1）梁的抗弯强度强度刚度Mx、My---绕x轴和y轴的弯矩Wnx、Wny---对x轴和y轴的净截面模量时，工字截面γx=1.0

当抗弯强度不足,用增大梁高h的方法解决。在Mx作用下在Mx和My作用下γx、γy---截面塑性发展系数,工字截面γx=1.05,γy=1.2

动力荷载作用γx=γy=1.0强度刚度截面塑性发展系数γx、γy值强度刚度截面塑性发展系数γx、γy值续表强度刚度I—毛截面惯性矩；S—中和轴以上毛截面对中和轴的面积矩；tw—腹板厚度；fv—钢材的抗剪强度设计值。V—计算截面沿腹板平面作用的剪力；maxbτtwmaxτhtbhV=1.5maxτho腹板剪应力

2）梁的抗剪强度抗剪强度不足,用增大腹板厚度tw的方法解决。强度刚度

lz–腹板的假定压力分布长度

F–集中荷载(动荷考虑动力系数)；ψ–系数,重级工作制吊车轮压1.35,其他1.0；A–支承长度吊车轮压取50mm

梁中部lz=a+5hy+2hR

梁端

lz=a+2.5hy+a1

hR–轨道高度

hy–自梁顶面至腹板计算高度上边缘的距离梁的局部受压3）梁的局部承压强度强度刚度局部压应力(a)梁端

lz=a+2.5hy+a1强度刚度梁中部lz=a+5hy+2hR

(b)(c)局部压应力强度刚度组合梁腹板计算高度边缘处,可能同时受较大的正应力、剪应力和局部压应力σ、σc

、τ—腹板根部同一点处同时产生的应力，

σ、σc拉为正，压为负β1：σ、σc同号取1.1，异号取1.2t1b复杂应力4）梁在复杂应力作用下的强度计算强度刚度（2）

梁的刚度v≦[v]V

--由荷载标准值产生的最大挠度[v]--梁的容许挠度或l

–梁的跨度整体稳定的概念整体稳定的保证3.梁整体稳定的概念强度---弯曲失稳—弯曲+扭转MyzMxMzM(b)(a)梁的整体失稳整体稳定的概念整体稳定的保证

临界弯矩：梁维持稳定平衡状态所承担的最大弯矩荷载作用位置有关。式和横向荷载类型、梁端支承方梁的侧扭屈曲系数,与—模量；钢材的弹性模量和剪变—、之间的距离）；（受压翼缘侧向支承点梁受压翼缘的自由长度—梁毛截面扭转惯性矩；—性矩；轴（弱轴）的毛截面惯梁对—bGElIyIty1<荷载种类.1荷载作用位置.2

影响临界弯矩的因素整体稳定的概念整体稳定的保证梁的支承情况受压翼缘侧向支承点间距抗扭刚度侧向抗弯刚度.6.5.4.31lGIEIty整体稳定的概念整体稳定的保证整体稳定的概念整体稳定的保证

1）梁整体稳定的保证当符合下列情况之一时，梁的整体稳定可得到保证：1、有刚性铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固连接，能阻止梁受压翼缘的侧移和扭转时。2、工字形截面简支梁受压翼缘的自由长度与其宽度之比

l1/b1不超过下表所规定的数值时；工字形截面简支梁不需计算整体稳定性的最大l1/b1值跨中无侧向支承，荷载作用在跨中有侧向支承，不论荷载作用于何处上翼缘下翼缘

整体稳定的概念整体稳定的保证Mx—绕强轴作用的最大弯矩；Wx—毛截面模量；φb—梁的整体稳定系数。

当不满足前述不必计算整体稳定条件时，应对当梁的整体稳定进行计算：2）

梁的整体稳定计算方法整体稳定的概念整体稳定的保证

梁的整体稳定系数的计算

1、焊接工字形等截面简支梁和H型钢简支梁yb21yx2ybb235])4.4(1[4320fhtWAh++=hllbφ()()轴的惯性矩。翼缘对分别是受拉翼缘和受压和，加强受拉翼缘：：加强受压翼缘：对单轴对称工字型截面对双轴对称截面，截面不对称影响系数，—yIIIIIbbbbbbb21211/12128.00+=-=-==aahahhh整体稳定的概念整体稳定的保证2、轧制普通工字钢简支梁4、双轴对称工字形等截面（含H型钢）悬臂梁3、轧制槽钢简支梁（2）

梁的局部稳定

梁在强度破坏和丧失整体稳定之前，梁的组成板件会偏离原来的平面位置而发生波形鼓曲，这种现象称为梁丧失局部稳定。热轧型钢梁，满足局部稳定的尺寸要求，不必验算。钢板连成的组合梁，需验算局部稳定。翼缘腹板

梁局部失稳腹板的局部稳定翼缘的局部稳定腹板的局部稳定横向加劲肋：防止由剪应力和局部压应力引起的腹板失稳；提高梁腹板局部稳定可采取以下措施：①加大腹板厚度—不经济②设置加劲肋—经济有效腹板的局部稳定翼缘的局部稳定纵向加劲肋：防止由弯曲压应力引起的腹板失稳，通常布置在受压区；短加劲肋：防止局部压应力引起的失稳，布置在受压区。同时设有横向和纵向加劲肋时，断纵不断横。腹板的局部稳定◆《规范》对梁腹板加劲肋布置的规定如下：yftw当ho23580/£(1)可不设,有局部压应力按构造设置横肋yftw当ho23580/>(2)应设置横肋，并满足构造要求和计算要求局部压应力很大的梁，尚宜在受压区配置短横向加劲肋。支座及上翼缘有较大集中荷载处设支承加劲肋(3)(5)(4)yftw

ho235250/任何情况下，≤课题3拉弯和压弯构件1.概述

压弯(拉弯)构件：同时承受轴向力和弯矩的结构称为压弯(或拉弯)构件。拉压弯构件

产生原因：偏心荷载、横向荷载、弯距作用

拉弯构件的承载能力由强度条件控制压弯构件就要同时考虑强度和稳定性两方面的要求。

1．单向拉弯、压弯构件按下式计算截面强度：

2．双向拉弯、压弯构件计算截面强度：

2.拉弯和压弯构件的强度3.拉弯和压弯构件的刚度拉弯和压弯构件的允许长细比同轴心受力构件计算公式相同。

拉弯和压弯构件的允许长细比[λ]同轴心受力构件

4.压弯构件的整体稳定性

(1)弯矩作用平面内的稳定计算式：弯矩作用平面内的稳定—

平面内轴心受压构件的稳定系数；—

压弯构件的最大弯距设计值；—

参数；—

等效弯距系数；—

平面内对较大受压纤维的毛截面抵抗矩NNM1M2各种情况的等效弯矩系数，规范具体规定如下：（1）悬臂构件，（2）框架柱和两端有支撑的构件①无横向荷载M1和M2为端弯矩，使构件件产生同向曲率取同号，使构件产生反向曲率时取异号NNM1M2使构件产生同向曲率时，使构件产生