钢结构格构柱.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,4,6,格构式柱,l,1,l,0,x,y,1,1,b),肢件,缀板,l,1,x,y,1,1,a),缀条,肢件,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,4,7,格构式柱的截面型式,a),x,y,b),x,y,c),x,y,d),x,y,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。,l,1,l,0,x,y,1,1,b),肢件,缀板,l,1,x,y,1,1,a),缀条,肢件,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,4,7,格构式柱的截面型式,a),x,y,b),x,y,c),x,y,d),x,y,4.4.2,整体稳定临界力,公式（,4,9,）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,（,4,9,）,（,4,10,）,（,4,12,）,2,、绕虚轴屈曲,绕虚轴屈曲时，不能忽略剪切变形影响，这时，,（,4,13,）,式中,考虑剪力影响后，绕虚轴的换算长细比。,（,4,14,）,（,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。,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：,x,y,图,4,8,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=1/2,V=1/2,l,1,l,d,1,1,d,图,4,8,剪切变形,一根斜杆,毛截面面积,代入式（,4,41,）,所以,若取,=20,50,，则，,sincos,2,=0.36,式中，,A,两个柱肢的毛截面面积；,A,1,两根斜杆的毛截面面积（,A,1,=2A,d,）。,计算,（,4,15,）,计算,计算,设计时，应先假设（斜）缀条面积，然后，用式（,4,15,）算 ，再根据 查,x,。,稳定验算公式同实腹式构件。,a),c),y,x,x,y,1,1,1/2,1/2,l,1,/2,l,1,/2,V/2=1/2,1/2,1,b),图,4,9,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,4,9,所示。,计算,1,从图,4,9,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),y,x,x,y,1,1,1/2,1/2,l,1,/2,l,1,/2,V/2=1/2,1/2,1,b),1/2,l,1,/2,l,1,/4,M,1,l,1,/2,M,式中,I,1,单肢对自身截面,-,轴的惯性矩，可表示为：,引入单肢节间段长细比,1,，且,1,=,l,1,/,i,1,代入式：,因为,I,x,=A,i,x,2,，,x,=,l,x,/,i,x,，,代入得：,计算,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,（,4,16,）,为了保证单肢不先于构件整体失稳，单肢长细比,1,=,l,1,/,i,1,应小于、等于柱子最大长细比的,0.7,倍。,i,1,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,为了保证单肢不先于柱子整体屈曲破坏，,规范规定：,25,1,40,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。,缀材计算,N,cr,N,cr,z,y,m,y,z,L,y,o,x,h=2.27i,x,y,y,（,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,按照边缘屈服准则，,规范取：,（,4,82,）,（,2,）,V,的分布,N,cr,N,cr,z,y,m,y,z,L,y,o,V,max,V,max,实际,V,V,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,V,1,为,V,1,=V/2,2,、缀材计算,V,1,V,1,V,V,1,V,1,（,4,85,）,（,1,）缀条,缀条布置尤如桁架腹杆。按桁,架腹杆设计。剪力由斜杆承受。,设斜杆（缀条）内力为,N,t,，,有,N,t,=V,1,/cos,（,4,83,）,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。,且当,20,时，取,=20,）。,缀条设计公式为：,或,（,4,84,）,A,t,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，都应长细比要求，,=150,4.7.2,缀板,缀板内力按缀板和肢件组成的框架体系进行分析。,l,1,l,0,x,y,1,1,缀板式柱,缀板式柱变形图,缀板式柱计算简图,l,1,a,l,1,l,1,弯矩图,V,1,/2,V,1,/2,V,1,/2,V,1,/2,a,V,1,/2,V,1,/2,T,a,/2,l,1,分离体,分离体,由分离体,力矩平衡条件，得,（,4,89,）,式中,a,是两柱肢轴线间的距离。,V,1,/2,V,1,/2,T,a,/2,l,1,分离体,A,缀板在柱肢连接处,A,的弯矩：,（,4,90,）,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。,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,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,x,1,1,y,a,b,1,，,且,b,1,缀板宽度,a,肢件间距离（形心轴至形心轴）,t,缀板厚度,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。,缀板用角焊缝与肢件连接，搭接长度,20,30cm,。,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。,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,构件进行设计。,例,例,4,2,试设计一轴心受压缀条柱，已知,N=1300kN,，,l,x,=,l,y,=6m,，,采用,3,号钢。,采用二槽钢组成的缀条柱。,1,、按实轴选截面和回转半径（图,4,2,）。,x,x,1,y,y,104,b=250,28a,节点板,250,图例题,4,2,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。,x,x,1,y,y,104,b=250,28a,节点板,250,图例题,4,2,设,y,=80,，属,b,类，查得,y,=0.688,；,需要的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，,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,2,28a,，,查得：,p.366,A=240=80cm,2,；,i,y,=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,=130010,3,/8000=162.5N/mm,2,y,f,=179N/mm,2,选此截面。,验算截面：,先假定缀条截面,454,，,A=23.94=7.0cm,2,。,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：,I,1,=218cm,4,；,格构柱对虚轴的惯性矩：,取,25cm,。,查表，得,x,=0.807,x,f,(,可,),x,x,1,y,y,104,b=250,28a,4,、计算缀条,缀条按,=45,布置,454,，,A,1,=3.5cm,2,，,i,min,=0.89cm,，,l,1,=,b/cos,=25/0.707=35cm,，,=,l,1,/,i,min,=35/0.89=39,=0.903,按规范用折减系数进行验算,=0.6+0.0015=0.6+0.001539=0.695,等边角钢,