第四章__轴心受力构件的受力性能

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第4章钢结构轴心受力构件——格构式

载力的影响。
4.5 格构式轴心受压构件计算
二、格构式轴心受压构件的整体稳定承载力
2. 对虚轴的整体稳定承载力
N f x A
双肢格构式轴心受压构件对虚轴的换算长细比的计算公式是：
2 缀条构件： ox x 27 A A
1x
λx —— 整个构件对虚轴的长细比； A ——各分肢横截面的毛面积之和； A1x ——一个节间内两侧斜缀条的毛截面面积和：
（一）缀条的设计： 1、斜缀条的设计 2、横缀条的设计：（二）缀板的设计
4.5 格构式轴心受压构件计算五、缀件（缀条、缀板）的设计（一）缀条设计： 1 、斜缀条的设计：缀条的布置一般采用单系缀条或交叉缀条。缀条可看做以分肢为弦杆的平行弦桁架的腹杆，与结构力学计算桁架腹杆的方法相同。
4.5 格构式轴心受压构件计算五、缀件（缀条、缀板）的设计（一）缀条设计： 1 、斜缀条的设计：按铰接桁架计算一个斜缀条的内力为： N1=V1/(n cosθ)
缀条一般采用单角钢，与柱单面连接，考虑到
受力时的偏心和受压时的弯扭，当按轴心受力
构件设计时，应将钢材强度设计值乘以下列折
减系数η：
4.5 格构式轴心受压构件计算五、缀件（缀条、缀板）的设计（一）缀条设计： 1、斜缀条的设计：（1）按轴心受压计算构件的稳定性时：（2）按轴心受压计算构件的强度和（与分肢的）连接时：
4.5 格构式轴心受压构件计算二、格构式轴心受压构件的整体稳定承载力 2、对虚轴的整体稳定承载力对格构式构件来说，当绕虚轴失稳时，因肢件之间不连续，只采用缀条或缀板联系，剪切变形较
大，剪力引起的附加影响不能忽略，通常采用换
算长细比λ0x来替代实际长细比λx，以考虑缀材

钢结构上第四章轴心受力构

轴心受力构件的刚度是以他的长细比来衡量的保证构件在运输、安装、使用时不会产生过大变形。
l0
i
式中 l---构件最不利方向的长细比，一般为
两主轴方向长细比的较大值.lx = lox/ ix，ly = loy/ iy
lo-----相应方向的构件计算长度 lo=μl，μ为计算长度系数，
取值如下表
z 扭转屈曲的换算长细比；I t 毛截面抗扭惯性矩；
I 毛截面扇性惯性矩；对T形截面(轧制、双板焊接、
双角钢组合)、十字形截面和角形截面近似取I 0；
l 扭转屈曲的计算长度，对两端铰接端部可自由翘曲
或两端嵌固完全约束的构件，取l
l
0
。
y
26
27
4.4 实腹式轴心受压构件的局部稳定
一、概述
20
四、实际轴心受压构件稳定的实用计算方法
初始弯曲与初始偏心的影响规律相同，按概率理论
两者同时取最大值的几率很小，工程中把初弯曲考虑为
最大（杆长的千分之一）以兼并考虑初弯曲的影响；按
弯曲失稳理论计算，考虑弯扭失稳的影响，同时考虑残
余应力的影响，根据各类影响因素的不同将构件截面类
型分为a、b、c及d四类（详见p81，图4.15及p82，表
钢结构
主讲：陈建锋
1
大纲要求
1、了解“轴心受力构件”的应用和截面形式； 2、掌握轴心受拉构件设计计算； 3、了解“轴心受压构件”稳定理论的基本概念和分析方法； 4、掌握现行规范关于“轴心受压构件”设计计算方法，重点及难点是构件的整体稳定和局部稳定； 5、掌握格构式轴心受压构件设计方法。
2
第四章轴心受力构件
强度（承载能力极限状态）轴心受压构件稳定

钢结构设计原理第四章-轴心受力构件

因此，失稳时杆件的整个截面都处于加载的过程中，应力-应变关系假定遵循同一个切线模量 Et，此时轴心受压杆件的屈曲临界力为：
N cr ,t

2 Et I
2 二、实际的轴心受压构件的受力性能
在钢结构中，实际的轴压杆与理想的直杆受力性能之间差别很大，实际上，轴心受压杆的屈曲性能受许多因素影响，主要的影响因素有：
一、理想轴压构件的受力性能理想轴压构件是指满足下列4个条件： o杆件本身绝对直杆； o材料均质且各向同性； o无荷载偏心且在荷载作用之前无初始应力； o杆端为两端铰接。在轴心压力作用下，理想的压杆可能发生三种形式的屈曲：弯曲屈曲、扭转屈曲、弯扭屈曲——见教科书P97图4–6 轴心受压构件具体以何种形式失稳，主要取决于截面的形式和尺寸、杆的长度以及杆端的支撑条件。
l N 2 EI 对一无残余应力仅存在初弯曲的轴压杆，杆件中点截面边缘开始式中 N l2 NE 屈服的条件为：
0
1
经过简化为：
N N vm v0 v0 fy v m v0 v 1 1 N NE A W N N v0 N E fy A W NE N
An—构件的净截面面积_
N fy r f R An
P94式4-2
（1）当轴力构件采用普通螺栓连接时螺栓为并列布置：
n1 n2 n3
按最危险的截面Ⅰ-Ⅰ 计算，3个截面净截面面积相同，但 Ⅰ-Ⅰ截面受力最大。
N n
Ⅰ-Ⅰ：N Ⅱ-Ⅱ：N-Nn1/n Ⅲ-Ⅲ：N-N(n1+n2)/n
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
2 2
从上面两式我们可以看出，绕不同轴屈曲时，不仅临界力不同，且残余应力对临界应力的影响程度也不同。因为k1，所以残余应力对弱轴的影响比对强轴的影响严重的多。

第4章轴心受力构件的承载力计算

柱的长细比较大，柱的极限承载力将受侧向变形所引起的附加弯矩影响而降低。
第4章轴心受力构件的承载力计算
1. 受力分析及破坏特征 ⑴受压短柱第Ⅰ阶段——弹性阶段轴向压力与截面钢筋和混凝土的应力基本上呈线性关系
第Ⅱ阶段——弹塑性阶段混凝土进入明显的非线性阶段，钢筋的压应力比混凝土的压应力增加得快，出现应力重分布。
Asso
d cor Ass1
s
计算螺旋筋间距s，选螺旋箍筋为
12，Assl=113.1mm2
s
d cor Assl
Asso

3.14 450 113.1 69.4mm 2303
取s=60mm，满足s ≤ 80mm（或1/5dcor）
第4章轴心受力构件的承载力计算
截面验算一
由混凝土压碎所控制，这一阶段是计算轴心受压构件极限强度的依据。
第4章轴心受力构件的承载力计算
⑵受压长柱
初始偏心距
附加弯矩和侧向挠度
加大了原来的初始偏心距
构件承载力降低
破坏时，首先在凹侧出现纵向裂缝，随后混凝土被压碎，纵筋被压屈向外凸出；凸侧混凝土出现垂直于纵轴方向的横向裂缝，侧向挠度急剧增大，柱子破坏。
第4章轴心受力构件的承载力计算
2.配有普通箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算方法
f c A) N 0.9 ( f y As
N－轴向力设计值；
N
－钢筋混凝土构件的稳定系数；
f y－钢筋抗压强度设计值； fc f y A s
A s－全部纵向受压钢筋的截面面积；
f c－混凝土轴心抗压强度设计值； A －构件截面面积，当纵向配筋率大于0.03时， A改为Ac， Ac =A- A s； 0.9 －可靠度调整系数。 h

第4章轴心受力构件1211

轴心受力构件
强度（承载能力极限状态）轴心受拉构件刚度（正常使用极限状态）强度轴心受压构件稳定刚度（正常使用极限状态）
（承载能力极限状态）
设计轴心受拉构件时，应根据结构用途、构件受力大小和材料供应情况选用合理的截面形式，并对所选截面进行强度和刚度计算。设计轴心受压构件时，除使截面满足强度和刚度要求外尚应满足构件整体稳定和局部稳定要求。实际
结构构件，稳定计算比强度计算更为重要。强度问题与稳定问题虽然均属第一极限状态问题，但两者之间概念不同。强度问题关注在结构构件截面上产生的最大内力或最大应力是否达到该截面的承载力或材料的强度，强度问题是应力问题；而稳定问题是要找出作用与结构内部抵抗力之间的不稳定平衡状态，即变形开始急剧增长
的状态，属于变形问题。
N f An ,1 其中：An ,1 b n1 d 0 t ;
f 钢材强度设计值 ; d 0 螺栓孔直径； b 主板宽度；t 主板厚度。
拼接板的危险截面为2-2截面。
考虑孔前传力50%得： 2-2截面的内力为：
2
t1 t b
N
b1
N
0.5n2 N 0.5 N 1 n 2 n2 计算截面上的螺栓数； n 连接一侧的螺栓总数。 N f 其中：An , 2 b1 n2 d 0 t 1 ; An , 2
上，只有长细比很小及有孔洞削弱的轴心受压构件，
才可能发生强度破坏。一般情况下，由整体稳定控制其承载力。轴心受压构件丧失整体稳定常常是突发性的，容易造成严重后果，应予以特别重视。
§4-2 轴心受力构件的强度和刚度
一、强度计算（承载能力极限状态）

钢结构第四章轴心受力构件

以极限承载力Nu为依据。规范以初弯曲v0 =l/1000来综合考
虑初弯曲和初偏心的影响，再考虑不同的截面形状和尺寸、不同的加工条件和残余应力分布及大小及不同的屈曲方向后，采
用数值分析方法来计算构件的Nu值。
令 n/( E/ fy) Nu /(Afy)
绘出～λn曲线(算了200多条)，它们形成了相当宽的
三、轴心受力构件的工程应用平面桁架、空间桁架（包括网架和塔架）
结构、工作平台和其它结构的支柱等。四、截面选型的原则
用料经济；形状简单，便于制做；便于与其它构件连接。五、设计要求
满足强度和刚度要求、轴心受压构件还应满足整体稳定和局部稳定要求。
★思考问题：强度破坏和整体失稳有何异同？？
第二节轴心受力构件的强度和刚度计算
h ix /1
b iy /2
根据所需A、h、b 并考虑局部稳定要求和构造要
求(h≥b)，初选截面尺寸A、h、b 、t、tw。通常取h0 和b为10mm的倍数。对初选截面进行验算调整。由
于假定的不一定恰当，一般需多次调整才能获得较
满意的截面尺寸。
三、格构式轴心受压构件设计
1. 格构式轴心受压构件的整体稳定承载力 (1) 绕实轴的整体稳定承载力
h0/tw(2 50.5m)ax 23 /fy 5
式中λmax为两方向长细比的较大值
当构件的承载力有富裕时，板件的宽厚比可适当放宽。
第五节轴心受压构件设计
一、设计原则 1．设计要求应满足强度、刚度、整体稳定和局部稳定要求。 2．截面选择原则 (1)尽量加大截面轮廓尺寸而减小板厚，以获得
也板称的作局局部部稳与定整计体算等，稳《定规准范则》。采用了σcr板σcr整体的设计准则， σcr板—板的临界应力，主要与板件的宽厚比有关。《规范》采用限制板件宽厚比的方法来满足局部稳定。根据设计准则分析并简化后得到的局部稳定计算公式为：

钢结构原理-第4章轴心受力构件

柱子曲线：由于各种缺陷同时
存在，且都是变量，再加上材料的弹塑性，轴压构件属于极值点失稳，其极限承载力Nu很难用解析法计算，只能借助计算机采用数值法求解。
《钢结构原理》第4章轴心受力构件
缺陷通常只考虑影响最大的残余应力和初弯曲（l/1000）。采用数值法可以计算出轴压构件在某个方向（绕 x 或 y 轴）的柱子曲线，如下图，纵坐标为截面平均应力与屈服强度的比值，横坐标为正则化长细比。
《钢结构原理》第4章轴心受力构件
4.1 概述
4.1.1 定义：构件只承受轴心力的作用。承受轴心压力时称为轴心受压构件。承受轴心拉力时称为轴心受拉构件。
N
N
N
N
《钢结构原理》第4章轴心受力构件
4.1.2 轴心受力构件的应用平面及空间桁架（钢屋架、管桁架、塔桅、网架等）；工业及民用建筑结构中的一些柱；支撑系统；等等。
(a) N
(b) N
Hale Waihona Puke (c) NNN
N
《钢结构原理》第4章轴心受力构件
4.4.3 理想轴心受压构件的弯曲屈曲 4.4.3.1 弹性弯曲屈曲
取隔离体，建立平衡微分方程
EyIN y0
用数学方法解得：N 的最小值即分岔屈曲荷载 Ncr，又称为欧拉荷载 NE 。
Ncr2EI/l2
对应的临界应力为：
《钢结构原理》第4章轴心受力构件
4.4 轴心受压构件的整体稳定
概念：在压力作用下，构件的外力必须和内力相平衡。平衡有稳定、不稳定之分。当为不稳定平衡时，轻微的扰动就会使构件产生很大的变形而最后丧失承载能力，这种现象称为丧失稳定性，简称失稳，也称屈曲。特点：与强度破坏不同，构件整体失稳时会导致完全丧失承载能力，甚至整体结构倒塌。失稳属于承载能力极限状态。与混凝土构件相比，钢构件截面尺寸小、构件细长，稳定问题非常突出。只有受压才有稳定问题。

轴心受力构件

4
k
I

2z

2y
2z
2
4 1 a02
/ i02
2y2z
1/
2
通常Nyz恒比Ny和Nw小，因此a0/i0越大， Nyz越小，但可能大
于N
，因此对称截面的承载力决定于
Ex
N
Ex
和Nyz中的较小者。
第四章轴心受力构件
§4.3.2 初始缺陷对轴心压杆的整体稳定承载力影响
前面介绍的是理想压杆的临界力，实际构件与理想状态有很大的差别，构件总有初弯曲、初偏心、残余应力存在。理想的轴心压杆是不存在的。其中初弯曲、初偏心及残余应力的影响为不利影响，而边界条件的影响往往是有利的（悬臂杆除外）。
4.3.1 理想轴心压杆的临界力
轴心受力构件由于截面形式不同，可能有三种不同的屈曲形式而丧失稳定。
弯曲屈曲对称平面内失稳
扭转屈曲十字截面
弯扭屈曲非对称平面内失稳
4.3 轴心压杆的整体稳定
第四章轴心受力构件
4.3.1 理想轴心压杆的临界力
4.3 轴心压杆的整体稳定
第四章轴心受力构件
4.3.1 理想轴心压杆的临界力
β为与截面形状有关的系数。
d2y dx2
N EI
y
N
GA
d2y dx2
y(1 N ) N y 0
GA EI
k
2

N E I (1
N
)
GA
y k 2 y 0
代入边界条件x＝0和x＝l时，y=0，满足上式的最小k值
k2

N E I (1
N
)

2
l2

84-第4章轴心受力构件

轴心受力构件的强度计算是以构件的净截面达到屈服应力为限
根据概率极限状态设计法，取设计值（标准值乘以荷载分项系数），也去设计值（除以抗力分项系数）即，钢材设计强度见附表1.1，P313。表达式为
（4.1）
为轴心受力构件的净截面面积。在螺栓连接轴心受力构件中，需要特别注意。
(3) 必须考虑结构和构件的初始缺陷。几何缺陷（杆件的切始弯曲、初始偏心、结构形体的偏差以及板件的初始不平整度）和力学缺陷（初始应力和力学参数（如弹性模量、强度极限等）的不均匀性）。
稳定性分析方法
稳定性分析方法
平衡法、能量法、动力法
稳定性近似分析方法
能量守恒原理（Timoshenko能量法）：
(d)
代入第一个边界条件（x=0时y=0），得B=0，且
(e)
将第二个边界条件（x=l时y=0）代入上式，得
(f)
4.4.2.2初始缺陷对轴心压杆稳定的影响
实际轴压杆件都是存在各种缺陷的，包括力学缺陷（残余应力、材料不均匀等）和几何缺陷（初弯曲、荷载初偏心等）。对压杆弯曲失稳影响最大的缺陷有：残余应力（纵向）、初弯曲、荷载初偏心。
(1) 残余应力的影响
> 残余应力的类型有四种：焊接、热轧、火焰切割、冷加工。
第二种为考虑大位移但转角仍在小变形范围。钢框架既考虑构件又考虑结构整体失稳的稳定分析时可采用这一方法。
第三种为考虑大位移和大转角的非线性分析。网壳结构的稳定、板件考虑屈曲后强度的稳定以及构件考虑整体与局部相关稳定时的分析应采用这一方法。
稳定分析就是二阶分析，但二阶分析并非仅限于稳定分析。在结构的变形对内力的影响不可忽视时（如大多数的悬索结构），都必须采用二阶分析。
轴心受力构件的截面形式有三种：第一种是热轧型钢截面，如图4-1(a)中的工字钢、H型钢、槽钢、角钢、T型钢、圆钢、圆管、方管等；第二种是冷弯薄壁型钢截面，如图4-1(b)中冷弯角钢、槽钢和冷弯方管等；第三种是用型钢和钢板或钢板和钢板连接而成的组合截面，如图4-1(c)所示的实腹式组合截面和图4-1(d) 所示的格构式组合截面。

(整理)第4章_轴心受力构件的性能_思考题参考答案

第4章思考题参考答案【4-1】为什么轴心受拉构件开裂后，当裂缝增至一定数量时，不再出现新的裂缝？在裂缝处的混凝土不再承受拉力，所有拉力均由钢筋来承担，钢筋通过粘结力将拉力再传给混凝土。

随着荷载的增加，裂缝不断增加，裂缝处混凝土不断退出工作，钢筋不断通过粘结力将拉力传给相邻的混凝土。

当相邻裂缝之间距离不足以使混凝土开裂的拉力传递给混凝土时，构件中不再出现新裂缝。

【4-2】如何确定受拉构件的开裂荷载和极限荷载？（1）当0t t εε=时，混凝土开裂，这时构件达到的开裂荷载为：000(1)tcr c t c E t N E A E A εαρε==+（2）钢筋达到屈服强度时，构件即进入第Ⅲ阶段，荷载基本维持不变，但变形急剧增加，这时构件达到其极限承载力为：tu y s N f A =【4-3】在轴心受压短柱荷载试验中，随着荷载的增加，钢筋的应力增长速度和混凝土的应力增长速度哪个快？为什么？（1）第Ⅰ阶段，开始加载到钢筋屈服。

钢筋增长速度较快。

此时若忽略混凝土材料应力与应变关系之间的非线性关系，则钢筋与混凝土的应力分别为s E ε和c E ε，由于s c E E >，因此钢筋增长的速度较快，若考虑混凝土非线性的影响，此时混凝土应力与荷载关系呈一条上凸的曲线，则钢筋增长的速度相对混凝土更快。

（2）第Ⅱ阶段，钢筋屈服到混凝土被压碎。

混凝土增长速度较快。

当达到钢筋屈服后，此时钢筋的应力保持不变，增加的荷载全部由混凝土承担，混凝土的应力加速增加，应力与荷载关系由原来的上凸变成上凹。

（图4-9）【4-4】如何确定轴心受压短柱的极限承载力？为什么在轴压构件中不宜采用高强钢筋？（1）当00.002εε==时，混凝土压碎，短柱达到极限承载力cu c y s N f A f A ''=+（2）由于当轴压构件达到极限承载力时00.002sεεε'===，相应的纵筋应力值为：32200100.002400/s s s E N mm σε''=≈⨯⨯=由此可知，当钢筋的强度超过2400/N mm 时，其强度得不到充分发挥，因此不宜采用高强钢筋。

第4章轴受力构件

N
N
N
N
s0
s max=3s 0
(a)弹性状态应力
fy
(b)极限状态应力
图4.2.1 有孔洞拉杆的截面应力分布
普通螺栓连接时：（1）并列布置——最危险截面为正交截面（Ｉ－Ｉ）
I
N
钢结构
设计原理
I
第四章轴心受力构件
（2）错列布置——可能沿正交截面（Ｉ－Ｉ）破坏，也
可能沿齿状截面（Ⅱ－ Ⅱ）破坏，An取二者较小面积计算。
第四章轴心受力构件
理想轴心受压杆件随N的增加，整个工作状态如下：
N
N
Ncr
Ncr
稳定平衡F 状态
随遇平衡F 状态
临界F 状态
l
钢结构
设计原理
N
N
Ncr
第四章轴心受力构件
l
下面按随遇平衡法推导临界力Ncr
Ncr
y y1 y2
Ncr M=Ncr·y
x
钢结构
设计原理
Ncr Ncr
l0[]
i
(44)
钢结构
设计原理
max——构件的最大长细比
l0——构件计算长度，取决于其两端支承情况 i——截面回转半径
[]——容许长细比
第四章轴心受力构件
轴心受力构件对刚度提出限值要求的原因当构件的长细比太大时，会产生下列不利影响：
（1）在运输和安装过程中产生弯曲或过大的变形；（2）使用过程中因自重而发生挠曲变形；（3）在动力荷载作用下发生较大的振动；（4）压杆的长细比过大时，除具有前述各种不利因素外，还使得构件极限承载力显著降低，同时初弯曲和自重产生的挠度也将对构件的整体稳定带来不利影响。

钢结构设计原理4轴心受力构件

轧制普通工字钢，腹板较薄，热轧后首先冷却；翼缘在
冷却收缩过程中受到腹板的约束，因此翼缘中产生纵向
残余拉应力，而腹板中部受到压缩作用产生纵向压应力
。轧制H型钢，由于翼缘较宽，其端部先冷却，因此具
有残余压应力，其值为＝0.3
f
左右，残余应力在翼缘宽
y
度上的分布，常假设为抛物线或取为直线。翼缘是轧制
边或剪切边的焊接工字形截面，其残余应力分布情况与
Ncrx
2EIx 2
x
I ex Ix
2EIx 2
x
2t(kb)h2 / 4 2tbh2 / 4
2EIx 2
x
k
N cry
2EI y 2
y
I ey Iy
2EI y 2
y
2t(kb)3 /12 2tb3 /12
2EI y 2
y
k3
由于k＜l.0，故知残余应力对弱轴的影响比对强轴的影响要大得多。
N f
An
采用高强度螺栓摩擦型连接的构件，验算净截面强度时应考虑一部分剪力已由孔前接触面传递，验算最外列螺栓处危险截面的强度时，应按下式计算
N' f
An
N ' N (1 0.5 n1 ) n
摩擦型连接的拉杆，除验算净截面强度外，还应验算毛截面强度
N f
A
4.2.2轴心受力构件的刚度计算为满足正常使用要求，构件应具有一定的刚度，保证构件不会在运输和安装过程中产生弯曲或过大的变形，以及使用期间因自重产生明显下挠，还有在动力荷载作用下发生较大的振动。
GIt
1 i02
2E 2z
A
z
I
/ l2
Ai02 GIt

华南理工大学继续教育2020年钢结构作业答案

一、思考题1、简述你对这门课程的认识（300字以内）答：①与混凝土结构相比较，钢结构工程有着较高的抗震能力，再加上钢构件的自重较轻，因此大幅度降低基底反力。

②钢结构工程的安装速度比较快，并且其构成的零件和构件等早已实现了大批量生产，其电焊焊接、打孔等施工作业的质量控制措施和技术措施比较成熟，因此可在一定程度上大幅度缩短施工周期。

③钢材属于抗压强度较为高的材料，这就决定了钢结构工程的基本建设成本较低，并且能够反复使用，合理有效的避免建筑材料的铺张浪费，属于环保型材料，其能在全周期时间内非常好的满足绿色建筑的规定。

因此从各这方面能够看出，钢结构工程在设计上将会有一个全新的、更加辽阔的发展空间。

2、列出你的自学计划（以时间和章节为主线）。

答：抽取一个月的时间学习完这门课程，并分成四周完成。

第一周：前两天了解及学习第一章节（绪论），后五天学习及掌握第二章节（钢结构的材料）；第二周：前三天学习及掌握第三章节（钢结构的连接），后四天学习及掌握第四章节（轴心受力构件）；第三周：前三天学习及掌握第五章节（受弯构件），后四天学习及掌握第六章节（拉弯和压弯构件）；第四周：前三天学习及掌握第七章节（屋盖结构），后四天本门课程《随堂练习》及《平时作业》。

二、问答题1、简述钢结构的特点。

答：钢结构由钢材通过连接而成的能承担预定功能的结构体系，钢结构是由钢板、热轧型钢和冷加工成型的薄壁型钢制造而成。

钢结构的优点为：1、钢材强度高，韧性、塑性好，适用于建造大跨、高耸、高层、荷载大的、反复荷载作用的结构；2、质量轻，强重比大，可降低基础造价，方便施工吊装，对抗震有利，适用于建造大跨、抗震结构；3、材质均匀，符合力学假定，计算结果比较可靠，安全可靠度高，适用于重要结构、对抗震要求较高的结构；4、制造简单，工厂化生产，工业化程度高，施工速度快，施工周期短，适用于加固、改建、可拆卸结构；5、钢结构密闭性好，连接的水密性和气密性好，适用于高压容器、油库、气罐、管道等；6、钢材为可持续发展的材料。

4钢筋混凝土轴心受力构件

N 0 ( G N gk Q C Nqk ) 1.1 (1.351851.4 0.7 70) 350.2kN

N 35210 2 As 1173 mm fy 300
3

【解】（3）满足构造要求的配筋
As min 0.4% A 0.4% 200 250 200m m2 As min
在截面尺寸、配筋、强度相同的条件下，长柱的承载力低于短柱，(采用降低系数来考虑)
三、轴心受压构件的受力分析
1. 短柱
钢筋屈服
混凝土压碎
h
N
As
N
b
Hale Waihona Puke ANol
混凝土压碎
钢筋凸出
第一阶段：加载至钢筋屈服第二阶段：钢筋屈服至混凝土压碎
三、轴心受压短柱的受力分析
1. 短柱
平衡方程变形协调方程

轴心受力构件 (a) 轴心受拉； (b) 轴心受压；
工程实例
压压拉压
拉
多层房屋的内柱
第一节、轴心受拉构件的受力特点
1. 受拉构件的配筋形式
纵筋
h
箍筋
b
纵筋
第一节、轴心受拉构件的受力特点
2. 试验研究
N N
Ncr
箍筋
Ncr
Nc
Nc
第一节、轴心受拉构件的受力特点
2. 试验研究
先选用直径较小的钢筋。
第二节、轴心受拉构件的承载力计算
3. 例题

【例4.1】某钢筋混凝土屋架下弦，其截面尺寸为b×h=140mm×140mm，混凝土强度等级为 C30，钢筋为HRB335级，承受轴向拉力设计值为N=200kN，试求纵向钢筋截面面积As。【解】由式(4-11)得 As=N/fy=666.67mm2 配置4Φ16(As=806mm2)

钢结构-轴心受力构件_图文

掌握受弯构件的性能及强度、刚度、整体稳定、局部稳定计算方法。
掌握拉弯和压弯构件的性能和强度的计算方法，掌握压弯构件平面内弯曲屈曲、平面外弯扭屈曲和局部稳定的计算方法。
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
第四章轴心受力构件
§4.1 轴心受力构件的应用及截面形式
轴心受力构件的应用
N 轴心受力构件是指承受通过截面形心轴线的轴向力作用的构件。包括轴心受拉构件（轴心拉杆）和轴心受压构件（轴心压杆）。
N
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
第四章轴心受力构件
在钢结构中应用广泛，主要用于承重结构，如桁架、
限状态。设计时，作用在轴心受力构件中的外力N
应满足：
σN f A
钢材屈服的抗力分项系数
f fy /R
N —— 轴心力设计值； A—— 构件的毛截面面积； f —— 钢材抗拉或抗压强度设计值。
轴心受压构件，当截面无削弱时，一般不需进行强度计算，除长细比特小的短而粗构件。
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
实腹式构件截面形式
第四章轴心受力构件
(c)双角钢
(d)冷弯薄壁型钢图4.3 轴心受力实腹式构件的截面形式
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
第四章轴心受力构件
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure

钢结构设计原理复习题-答案

钢结构设计原理复习题第1章绪论一、选择题1、在结构设计中，失效概率P f 与可靠指标β的关系为（ B ）。

A 、P f 越大，β越大，结构可靠性越差B 、P f 越大，β越小，结构可靠性越差C 、P f 越大，β越小，结构越可靠D 、P f 越大，β越大，结构越可靠2、钢结构的主要缺点是（ C ）。

A 、结构的重量大B 、造价高C 、易腐蚀、不耐火D 、施工困难多3、大跨度结构常采用钢结构的主要原因是钢结构（ B ）A.密封性好B.自重轻C.制造工厂化D.便于拆装4、当结构所受荷载的标准值为：永久荷载k G q ，且只有一个可变荷载k Q q ，则荷载的设计值为（ D ）。

A ．k G q ＋k Q qB ．1.2（k G q ＋k Q q ）C ．1.4（k G q ＋k Q q ）D ．1.2k G q ＋1.4k Q q二、填空题1、结构的可靠度是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。

三、简答题1、两种极限状态指的是什么？其内容有哪些？答：两种极限状态指的是承载能力极限状态和正常使用极限状态。

承载能力极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或是出现不适于继续承载的变形，包括倾覆、强度破坏、疲劳破坏、丧失稳定、结构变为机动体系或出现过度的塑性变形等。

正常使用极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值，包括出现影响正常使用或影响外观的变形，出现影响正常使用或耐久性能的局部损坏以及影响正常使用的振动等。

第2章钢结构材料一、选择题1、钢材应力应变关系的理想弹塑性模型是（ A ）。

2、在构件发生断裂破坏前，有明显先兆的情况是（ B ）的典型特征。

(A)脆性破坏 (B)塑性破坏 (C)强度破坏 (D)失稳破坏3、钢材的设计强度是根据（ C ）确定的。

(A)比例极限 (B)弹性极限 (C)屈服点 (D)极限强度4、结构工程中使用钢材的塑性指标，目前最主要用（ D ）表示。

钢结构第四章

14.1轴心受力构件的截面形式4.2轴心受力构件的强度和刚度计算4.2.1 轴心受力构件的强度计算4.2.2 轴心受力构件的刚度计算4.3 轴心受压构件的整体稳定4.3.1 轴心受压构件的弹性弯曲屈曲4.3.2 轴心受压构件的弹塑性弯曲屈曲4.3.3初始缺陷对压杆稳定承载力的影响4.3.4 轴心受压构件的整体稳定计算24.4 实腹式轴心受压构件的局部稳定4.4.1 薄板屈曲(1) 薄板的弹性屈曲(2) 薄板的弹塑性屈曲4.4.2 受压构件局部稳定计算4.4.2.1 确定板件宽厚比(高厚比)限值的准则4.4.2.2 板件宽厚比(高厚比)限值4.4.2.3受压构件的腹板不满足高厚比限值时的处理例题－格构柱例题－轴压柱，截面削弱34.5.2 格构式轴压构件的整体稳定计算(1) 格构式构件绕实轴的整体稳定计算(2) 格构式构件绕虚轴的整体稳定计算①换算长细比②格构式构件绕虚轴的整体稳定计算4.5.3 格构式轴心受压构件分肢的稳定(1) 缀条柱(2) 缀板柱4.5.1 格构式轴心受压构件的截面形式与组成4.5 格构式轴压构件44.5.4 格构式轴心受压构件缀材计算(1) 缀材面承担的剪力①单缀条强度设计值的调整②斜缀条承受的轴向力(2) 缀条设计(3) 缀板设计③斜缀条整体稳定计算④缀条与分肢连接焊缝计算⑤缀条与分肢连接形式(4) 横隔设置①缀板受力②缀板与分肢连接③缀板线刚度54.6 轴心受压构件截面设计4.6.1 实腹式轴心受压构件截面设计4.6.2 格构式轴心受压构件截面设计(3) 截面验算(1) 确定截面所需的面积、回转半径、截面高度、截面宽度等(2) 确定型钢号或组合截面各板件尺寸(1) 根据绕实轴的稳定性确定分肢截面尺寸(2) 根据虚轴和实轴的等稳性确定分肢的间距(3) 截面验算(4)缀材设计7轴心受力构件：承受通过构件截面形心轴线的轴向力作用的构件。

(轴心受拉构件和轴心受压构件)截面形式型钢截面组合截面热轧型钢截面冷弯薄壁型钢截面实腹式组合截面格构式组合截面4.1轴心受力构件的截面形式应用：屋架、托架、塔架和网架、工作平台和其它结构的支柱等8实腹式构件：格构式构件：优点：构造简单、制造方便，整体受力和抗剪性能好缺点：截面尺寸大时钢材用量较多。

钢筋混凝土第四章轴心受压构件的截面承载力计算

一、轴心受拉构件的受力性能
N N
轴心受拉构件受力特点
由于混凝土抗拉强度很低，轴向拉力还很小时，构件即已裂通，所有外力全部由钢筋承担。最后，因受拉钢筋屈服而导致构件破坏。
三个受力阶段：
第Ⅰ阶段为从加载到混凝土受拉开裂前；第Ⅱ阶段为混凝土开裂后至钢筋即将屈服；第Ⅲ阶段为受拉钢筋开始屈服到全部受拉钢筋达到屈服。
◆ 另一方面，考虑到施工布筋不致过多影响混凝土的浇筑质
量，全部纵筋配筋率不宜超过5%。
◆ 全部纵向钢筋的配筋率按ρ =(A's+As)/A计算，一侧受压钢筋
的配筋率按ρ '=A's/A计算，其中A为构件全截面面积。
配筋构造：
◆ 柱中纵向受力钢筋的的直径d不宜小于12mm，且选配钢筋时宜
根数少而粗，但对矩形截面根数不得少于4根，圆形截面根数不宜少于8根，且应沿周边均匀布置。
第一节
思考题
1.轴心受压普通箍筋短柱与长柱的破坏形态有何不同? 2.轴心受压长柱的稳定系数ϕ如何确定? 3.轴心受压普通箍筋柱与螺旋箍筋柱的正截面受压承载力计算有何不同? 作业题： 6.1、6.2
第二节轴心受拉构件的承载力计算
轴心受拉构件
钢筋混凝土桁架或拱拉杆、受内压力作用的环形截面管壁及圆形贮液池的筒壁等，通常按轴心受拉构件计算。矩形水池的池壁、矩形剖面料仓或煤斗的壁板、受地震作用的框架边柱，属于偏心受拉构件。受拉构件除轴向拉力外，还同时受弯矩和剪力作用。
承载力计算
N ≤ f y As
N为轴向拉力的设计值； fy为钢筋抗拉强度设计值； As为全部受拉钢筋的截面面积，应满足As≥(0.9ft/fy)A，A为构件截面面积。
小结