柱左表示作用弯矩与考虑屈曲后强度承载力比值教学文稿
型钢抗弯强度计算优质课件公开课获奖课件省赛课一等奖课件
76.02 152.04 152.04 152.04 76.02
y
－240×14
－800×8
x
x
4×2500=10000
－240×14
1=1.1，当与c 异号时取1=1.2。
第四节 梁旳整体稳定计算
一、基本概念 整体失稳现象：
机理分析：梁受弯变形后，上翼缘受压，因为梁侧向 刚度不够，就会发生梁旳侧向弯曲失稳变形；梁截面从上 至下弯曲量不等，就形成截面旳扭转变形，同步还有弯矩 作用平面内旳弯曲变形，故梁旳整体失稳为弯扭失稳形式， 完整旳说应为：侧向弯曲扭转失稳。
2．H型钢或工字形截面简支梁受压翼缘旳自由长度L1与其 宽度b之比不超出表5.4所要求旳数值时.
表5.4 H型钢或工字形截面简支梁不需计算整体稳定性旳最大L1/b1值
钢号 跨中无侧向支撑点旳 梁
荷载作用在于翼缘 荷载作用于下翼缘
Q235
13.0
20.0
Q345
10.5
16.5
Q390
10.0
15.5
t
fy
三、腹板旳屈曲
1.复合应力作用板件屈曲
仅配置有横向加劲肋旳腹板
( )2 c ( )2 1
cr
ccr
cr
同步配置有横向加劲肋和纵向加劲肋旳腹板
（1）受压翼缘与纵向加劲肋之间
( c )2 ( )2 1
cr1
ccr1
cr1
c ( )2 1
cr 2
ccr 2
cr 2
门式刚架的优化设计
（三）综合优化
确定了门式刚架的材质、截面型式以后，即可根据STS软件显示的计算结果信息，综合调整梁、柱的截面尺寸，进行整体优化。
STS计算钢结构应力比图说明：
柱左：作用弯矩与考虑屈曲后强度抗弯承载力比值；
右上：平面内稳定应力比（对应长细比）；
右下：平面外稳定应力比（对应长细比）；
梁上：作用弯矩与考虑屈曲后强度抗弯承载力比值；
左下：平面内稳定应力比；
右下：平面外稳定应力比。
1．针对梁、柱构件的强度抗弯承载力，应调整杆件的整个截面尺寸，即同时调整梁、柱腹板和翼缘的尺寸，以达到应力比值合适。
2．针对梁、柱平面内的稳定应力比及柱对应的长细比，应主要调整梁、柱腹板的尺寸，辅助调整翼缘板的规格，以达到合适的应力比及长细比。
3．针对梁、柱平面外的稳定应力比及柱对应的长细比，应主要调整梁、柱翼缘板的尺寸，辅助调整腹板的高、厚，以达到合适的应力比及长细比。
总之，在进行门式刚架的综合优化时，不论上述哪一项内容都不能孤立调整，而应当全面考虑，单独改变某一个数据都会对其他数据带来或多或少的影响，改变截面平面内的数据会对平面外的数据产生影响；改变钢柱的数据会对钢梁产生影响等；反之亦然。
因此优化时要配合所有数据的协调变化，以使计算结果最优。
钢结构检测及加固措施_陈昌剑
3、水泥耗量分析从水泥耗量可以看出本试区岩石灌浆的一些特性：①在灌浆中，以浓浆（1:1—0.6:1）结束的，灌注历时长，每段平均纯灌时间约为2—3h，水泥注入量大，平均单位注入量约为140—600kg/m，15段中有7段，约占46.7%，多属遇到架空裂隙。
②灌浆孔中以5：1稀浆结束的，灌注历时短，每段平均纯灌时间近2h，水泥注入量小，平均单位注入量为10.4kg/m。
15段中有5段，占33.3%，经分析认为系属于细小裂隙。
③灌浆孔中以3：1和2：1稀浆结束的较少，约占20%，平均单位注入量为38—60kg/m，属可灌岩层。
由此可反映出，灌浆试区的裂隙，主要是细小裂隙和架空裂隙两种。
4、抬动观测与压力关系经对资料统计分析，在灌第1、2段时，灌浆压力分别升至0.3Mpa和0.5Mpa时，注浆量有很大提升，但抬动表均有不同程度的抬动，抬动值在50um到150um，在灌3、4、5段时，压力提升后，注浆量变化较小，可见1、2段设计灌浆压力偏小，而3、4、5段设计灌浆压力较合适。
5、灌浆前压水试验透水率情况根据钻孔取芯及灌浆前压水试验透水率情况来看，坝基地层0～2m段岩石较破碎，属强风化层，岩层透水率值26.4～67.9Lu，平均47.6Lu，岩芯破碎，裂隙发育。
2～7m岩石透水率为6.24～17.3Lu，属中等透水层，7m以下透水率3.4～15.3Lu，属弱透水层。
五、灌浆效果的检查1、防渗性能的检查①各次序孔灌浆前压水试验检查各次序孔在其灌浆前都逐段做压水试验检查，主要是了解岩层在处理前的原始透水能力，并且通过各次序孔的单位吸水量逐渐减少的现象来分析灌浆帷幕的防渗能力，压水试验压力采用灌浆压力的80%，从资料统计中可看出，透水率没有随着灌浆次序的逐次增加而呈逐次减少的现象，表明孔间距偏大。
②检查孔压水试验检查在试验区SⅠ—1和SⅡ—3号孔之间，钻一个检查孔S—2，从全部5段的压水试验结果来分析，除去表面部位，压水时，因地面冒水，透水率为11.7Lu，占20%，其余的4个段次，透水率皆小于5Lu，说明除第一段外的灌浆效果较好可以满足设计＜5Lu的防渗要求，但从单薄山体灌浆试验的总体情况来看，检查结果只能说明局部灌浆效果较好，如第一段压水试验透水率11.7Lu，说明表层1～5m岩石破碎，裂隙发育，灌浆不易达到设计要求。
单层钢结构厂房计算书
(kN·m)
-109.926.1 0.00.0
21.7 -39.9 -21.7 39.9
99.9 -87.9
-233.3 242.9
25.4 -45.7 -25.4 45.7
85.5 30.3
21.7 -17.4 -21.7 17.4 69.0 -191.9
-69.1091.9 0.00.0
-1111-2222 12-33
(kN)
-12745 133-40
-6220 67-16
-12.217.4 13.-327.4
-12.140.9
12.-410.9
图十 剪力包络图
-7.74.4
7.-47.4
剪力包络图
59.9 26.1
26.1
-39.2 -39.2
-64.6 63.6
38.1 38.1
-9.8 9.8
9.5 -9.5
17.5 17.5 -9.5 9.5
9.8 -9.8 17.9 18.6 -10.5 10.5
8.8 -8.8 16.9
0.0
力图(kN)
-0.4
0.4
-7.2
7.2
94.1 17.2 0.0 0.
-17.2 94.1
-12.2 12.2
-42.8
0.0 0.
-26.4 26.4
-16.1
-16.3
-117.0 112.8
67.0 71.8
-22.5 22.5
图十四 活载弯矩 活载弯矩包络图
0.67 0.65 0.64
0.90 0.85 0.83
0.93 0.83 0.85
0.56
0.58(115) 0.92(148)
材料力学第四章轴力、剪力与弯矩
x
所以, 又可得到剪力与弯矩图的如下规律: 1) 梁上某段无分布载荷时, 该段剪力图为水平线, 弯矩图为斜线. V>0, M图递 增, V<0, M 图递减. 2) 某段有向下分布载荷时, 该段剪力图递减, 弯矩图为凹向下曲线(concave down); 反之, 则凹向上(concave up). (Vice verse) 3) 在V=0处, M=Mmax or M=Mmin 弯矩取极值. 此外, 弯矩极值也可能发生在 集中力或集中力偶作用处. 此时, 相应的曲线会有突变, 突变值等于集中力 或集中力偶. 利用以上规律可以比较方便的作出剪力图与弯矩图, 并校核其正确性.
4-2 Direct approach: axial force, shear, bending moment
要求得梁上某处的内力, 依然可用截面法. 梁平衡, 局部也平衡. 1. Axial force in beams From ∑Fx= 0 one can get the axial force P
M(x)
3. Draw the P, V, M diagrams
Example 4-2 Plot shear and a bending-moment diagrams for a simple beam with a uniformly distributed load; see Fig.. Solution: 1 Calculate the reactions 2 Calculate V(x), M(x). Study the left segment
Example 4-1 Construct axial-force, shear, and bending-moment diagrams for the cantilever loaded with an inclined force at the end; see the figure. Solution: 1. Calculate reactions 2. Calculate P, V, M. Study left segment: ∑Fx=0 P(x)=P ∑Fy=0 V(x)=P ∑MCz=0, PL-Px+M(x)=0 M(x)=-PL+Px
第6章 压弯构件
第六章压弯构件教学提示：压弯构件的设计包括强度、整体稳定、局部稳定和刚度四个方面。
对于截面有较多削弱或构件端部弯矩大于跨间弯矩的压弯构件需要进行强度计算。
而在通常情况下压弯构件的承载力由整体稳定性决定。
其中单向压弯构件的整体稳定包括弯矩作用平面内的弯曲失稳和弯矩作用平面外的弯矩失稳；而双向压弯构件则为双向弯矩变形并伴随有扭转变的失稳。
局部稳定和刚度的计算与轴心受压构件相仿。
教学要求：掌握压弯构件的基本概念、作用性能和破坏形式，了解压弯构件的应用情况；掌握压弯构件强度验算方法；理解压弯构件整体稳定的原理和设计准则，了解压弯构件弯矩作用平面内、平面外整体稳定验算公式的形成过程，掌握压弯构件整体稳定的验算方法；理解压弯构件局部稳定的概念和原理，掌握压弯构件局部稳定的验算方法。
6.1 压弯构件的可能破坏形式和影响因素同时承受轴向压力和弯矩的构件称为压弯构件。
弯矩可能由偏心轴向力，端弯矩或横向荷载作用产生，如图6.1所示。
当弯矩作用在构件截面的一个主轴平面内时称为单向压弯构件，弯矩作用在构件的两个主轴平面时称为双向压弯构件。
图6.1压弯构件结构中压弯构件的应用十分广泛，如有节间荷载作用的桁架上弦杆、天窗架的侧钢立柱、厂房框架柱及多层和高层建筑的框架柱等。
压弯构件通常采用双轴对称或单轴对称的实腹式、格构式截面。
当承受的弯矩较小或正负弯矩绝对值大致相等时，一般采用双轴对称截面，而当弯矩较大或正负弯矩相差较大时，一般采用把截面受力较大一侧适当加大的单轴对称截面，如T形、加一个翼缘的Ⅰ字形或其它实腹式和格构式单轴对称截面。
图6-2 压弯构件截面形式压弯构件的破坏形式有强度破坏、整体失稳破坏和局部失稳破坏。
压弯构件在轴向压力、弯矩作用下，截面上应力的发展过程与受弯构件相似。
当截面的最大应力（边缘屈服准则），截面的一部分应力（有限塑性发展的强度准则）或全截面的应力（全截面屈服准则）达到甚至超过钢材的屈服点作为构件强度极限状态。
第3章 承载能力分析 (教案)
第3章承载能力分析1.学习目的与要求（1）掌握轴力的计算方法及轴力图的绘制；（2）掌握轴向拉伸（压缩）时的应力分布规律及计算；（3）了解轴向拉伸或压缩时的变形胡克定律的两种形式；（4）掌握剪切.挤压的实用计算公式及应用；（5）了解其它材料在拉伸时的力学性能及其参数；（6) 掌握轴向拉伸（压缩）时的强度条件及其应用；（7）掌握圆轴扭转时的横截面上的应力计算和变形计算。
2.教学重点和难点重点：轴力图的绘制应力计算胡克定律计算形变量。
难点：梁的弯曲强度条件公式及应用轴力的符号问题线应变ε。
3.教学手段与方法多媒体4.讲授学时18学时3.1 承载能力分析基本知识3.1.1 材料力学的任务1．足够的强度在材料力学中，构件抵抗破坏的能力称为强度。
在载荷作用下构件应不致于破坏，即具有足够的强度。
2．足够的刚度构件抵抗变形的能力称为刚度。
在载荷作用下构件所产生的变形应在工程允许的范围以内，即具有足够的刚度。
3．足够的稳定性某些细长杆件（或薄壁构件）在轴向压力达到一定的数值时，会失去原来的平衡形态而丧失工作能力，这种现象称为失稳。
所谓稳定性是指构件维持原有形态平衡的能力。
3.1.2外力的形式1．分布力或分布载荷作用于构件的外力又可称为载荷，是一个物体对另一物体的作用力。
按外力作用方式可以分为体积力和表面力。
作用在杆件内部各个质点上的力称为体积力，例如重力，电磁力，惯性力等都是体积力。
体积力的单位是牛顿/米3，记为N/m3。
表面力是作用于物体表面上的力，又可分为分布力和集中力。
沿某一面积连续作用于结构上的外力，称为分布力或分布载荷，用q来表示，单位用牛顿/米2或兆牛/米2，分别记为N/m2，和MN/m2。
2．集中力或集中载荷若外力分布的面积远小于受力物体的整体尺寸，或沿长度的分布长度远小于轴线的长度，则这样的外力可以看成是作用于一点的集中力。
集中力的单位是牛顿或千牛，分别记为N，kN。
3．集中力偶载荷以力偶的形式施加在杆件上，如图3.1所示。
第6章-轴向受力构件承载力
式中 N—轴向力设计值；
As/—全部纵向受压钢筋的截面面积； A—构件截面面积，当纵向受压钢筋的
配筋率大于3%时，A应该用（A-As/）代替； —钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系
A
数，表6-1；
s
f
c
f y As
b
为保持与偏心受压构件承载力计算公
h
式具有相近的可靠度，乘以系数0.9。
6.2.2 配有普通箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算
纵向受力钢筋的接头宜设置在受力较小处。钢筋接头 宜优先采用机械连接接头，也可以采用焊接接头和搭接接 头。对于直径大于28mm的受拉钢筋和直径大于32mm的受 压钢筋，不宜采用绑扎的搭接接头。
6.2.1 柱的构造要求
箍筋的构造要求
为了增大钢筋骨架的刚度，防止纵筋压曲，柱中箍筋应 做成封闭式。箍筋间距不应大于400mm，且不应大于构件横 截面的短边尺寸；在绑扎骨架中，间距不应大于15d，在焊 接骨架中不应大于20d（d为纵向钢筋最小直径）。
图 复杂截面的箍筋形式
6.2.2 配有普通箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算
纵筋的作用：协助混凝土承担轴向压力；防止构件突然 破坏的脆性性质；承受构件失稳破坏时凸出面出现的拉力以 及由于荷载的初偏心或其它偶然因素引起的附加弯矩在构件 中产生的拉力；减少混凝土的徐变变形。
箍筋的作用：普通箍筋与纵 筋形成骨架，承受剪力，防止 纵筋在混凝土压碎前向外压屈 （凸出），保证纵筋与混凝土 共同受力，直到构件破坏；约 束核心混凝土，并与纵向钢筋 一起在一定程度上改善构件的 脆性破坏性质，提高极限压应 变。见图。
6.2.2 配有普通箍筋的轴心受压构件正截面承载力计算
(2) 轴心受压长柱的破坏形态
试验表明，长柱的承载力<短柱的承载力（相同材料、截 面和配筋），长细比越大，承载力降低越多。其原因在于， 长柱受轴力和弯矩（二次弯矩）的共同作用。当长细比超过 一定数值后，轴心受压构件可能转材料破坏为“失稳破坏”， 设计中应避免（细长柱，矩形截面，l0/b>35）。
干货！门式刚架结构设计实例
干货！门式刚架结构设计实例工程概况（一）设计资料某客户需要建设66X75m的仓库，根据客户要求，宽度方向为66m，设3跨，跨度分别为24m、18m、24m，柱距取7.5m，檐口高度为6m。
屋面为0.5mm压型钢板+75mm 厚保温棉（容重14kg/m3）＋0.4mm内衬板，材质采用Q345。
（二）方案选取1．跨度：考虑到特殊的使用要求（中间18m兼做交通走道），客户指定了上述的跨度要求。
为使读者理解如何寻找最经济的结构方案，笔者又研究了21m＋24m＋21m或18m+30m+18m的跨度方案，三种方案的每榀框架的用钢量对比如下：24m+18m+24m，每榀框架用钢量 4.9吨；21m+24m+21m，每榀框架用钢量 4.2吨；18m+30m+18m.，每榀框架用钢量 4.6吨；通常来说，如可能尽量将框架设计成对称结构，各跨跨度基本相同，中间跨跨度度略大于边跨将是一种比较经济的方案。
本项目由于客户需要将中间跨(18m)设置为走道，故笔者没有建议他们改为较为经济的跨度方案（21m＋24m＋21m）。
2．柱距选择：鉴于本工程总长度为75m，故取柱距为7.5m，即10@7.5。
读者也可以比较7.75+*****+7.75的柱距方案。
后者也是一种比较经济的株距方案。
3．屋面梁拼接节点设置节点设置需要考虑下列因素：(1) 拼接点尽可能靠近反弯点，一般反弯点位置在1/4~1/6跨度处，按照此原则，对于24m跨，拼接点设在离柱24*(1/4~1/6)=4~6m处比较合适。
对于18m跨，则应该设在18*(1/4~1/6)=3~4.5m比较合适；(2) 单元长度不要超过可运输最大长度，一般不宜超过12.5 m；(3) 尽量减少拼接数量，因为拼接节点需要端板及高强螺栓，同样会增加项目造价；(4) 拼接节点应避开抗风柱及屋面系杆的连接位置，以避免出现连接上的不便；综合多种因素，我们将屋面梁做了分段，见图3-26。
A节点为边柱与梁拼接节点，D为中柱与梁拼接，通常此处屋面梁不断，这是考虑此处弯矩较大，对于屋脊节点 F，通常我们也不建议此处屋面梁断开，原因是此处通常会有抗风柱及屋面系杆，若设置屋面系杆，将引起连接上的不便。
轴结构设计和强度校核
一、轴的分类按承受的载荷不同, 轴可分为：转轴——工作时既承受弯矩又承受扭矩的轴。
如减速器中的轴。
虚拟现实。
心轴——工作时仅承受弯矩的轴。
按工作时轴是否转动，心轴又可分为：转动心轴——工作时轴承受弯矩，且轴转动。
如火车轮轴。
固定心轴——工作时轴承受弯矩，且轴固定。
如自行车轴。
虚拟现实。
传动轴——工作时仅承受扭矩的轴。
如汽车变速箱至后桥的传动轴。
固定心轴转动心轴转轴传动轴二、轴的材料轴的材料主要是碳钢和合金钢。
钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。
由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造尤为广泛，其中最常用的是45号钢。
合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。
因此，在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。
必须指出：在一般工作温度下（低于200℃），各种碳钢和合金钢的弹性模量均相差不多，因此在选择钢的种类和决定钢的热处理方法时，所根据的是强度与耐磨性，而不是轴的弯曲或扭转刚度。
但也应当注意，在既定条件下，有时也可以选择强度较低的钢材，而用适当增大轴的截面面积的办法来提高轴的刚度。
各种热处理（如高频淬火、渗碳、氮化、氰化等）以及表面强化处理（如喷丸、滚压等），对提高轴的抗疲劳强度都有着显著的效果。
高强度铸铁和球墨铸铁容易作成复杂的形状，且具有价廉，良好的吸振性和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低等优点，可用于制造外形复杂的轴。
轴的常用材料及其主要力学性能见表。
三、轴的结构设计轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。
轴的结构主要取决于以下因素：轴在机器中的安装位置及形式；轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以及和轴联接的方法；载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺等。
由于影响轴的结构的因素较多，且其结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结构形式。
波纹腹板H 型钢在建筑的中应用
(3)波纹腹板钢抗扭刚度比较低。
2案例分析
某项目拟采用门式刚架结构形式，跨度分别为25m和30m，通过分别选用腹板H型钢和波浪腹板H钢P K P M模型对比，分析受力性能及总用钢量差异。
模型为单跨双坡门式刚架，柱距6m，檐口高度6m，坡度1:10，25米跨选用Q235B，30米跨选用钢材型号Q355B,恒荷载0.4k N/ m2，活荷载0.5k N/m2，基本风压0.5k N/m2，无吊车。
二者计算结果见表1所列。
34|CHINA HOUSING FACILITIES
[J]. 建筑钢结构进展，2008 (6)： 41-46.
波浪腹板门式刚架轻型房屋钢结构设计理论及应用
[3]黄炳生，蒋萌，庄晖．波纹腹板钢梁研究与应用进展[J]. 南京工业大学学报，2010 (5)： 100-105
[4]毛红华. 波浪腹板H型钢在门式刚架房屋中的应用[J].城市道路与防洪，2013(10)：162-164.
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作者简介
李鹏飞（1986~），男，河北邯郸人，工程师，从事建筑结构设计与研究。
35
2020.09 |。
板件的稳定和屈曲后强度的利用
构造要求：腹板两侧成对布置，也可以用凸缘式加劲 肋,其凸缘长度不得大于其厚度的2倍（图4-71b） 。
计算： 应按承受梁支座反力或固定集中荷载的轴心受压构件
计算其在腹板平面外的稳定性。 支承加劲肋的端部一般刨平顶紧于梁翼缘或支座,应按
腹板的局部稳定
控制有两种考虑方法： 考虑腹板屈曲后强度：仅对承受静力荷载和间接承受
动力荷载的组合梁，计算其腹板的抗弯和抗剪承载力。
若用此法，其计算及构造要求应满足4.6.4节内容。
不考虑腹板屈曲后强度：仅对直接承受动力荷载的组 合梁及不考虑腹板屈曲后强度组合梁，其腹板的稳定 是通过设置加劲肋来保证的。由于梁截面腹板高度很
的整体稳定性，然后验算局部稳定。当翼缘不满足要 求时，应重新选择截面尺寸；当腹板不满足要求时， 可设置纵向加劲肋。
受弯构件的局部稳定
这里的翼缘是指受压翼缘的稳定。 采用薄板弹塑性屈曲的临界应力（式4-108） 使其不小于0.95f y可推导出式4-118（弹性设 计）、119（塑性设计）、120（弹塑性设计）。 （0.95为受压翼缘截面的平均应力）
另一种是允许板件先屈曲。虽然板件屈曲会降低 构件的承载能力，但由于构件的截面较宽，整体 刚度好，从节省钢材来说反而合算，《冷弯薄壁 型钢结构技术规范》（GB 50018）就有这方面 的条款。有时对于一般钢结构的部分板件，如大 尺寸的焊接组合工字形截面的腹板，也允许其先 有局部屈曲。
轴心受压构件的局部稳定：
高，当采用腹板高厚比限值时，腹板厚度将很厚，浪 费材料。将梁腹板做的高而薄，通过设置加劲肋来保 证其稳定性是很经济的。
加劲肋的分类
如何设置腹板加劲肋？
砌体受弯轴拉受剪构件承载力计算上课用
• 4.1.1 受压构件 • 4.1.2 局部受压 • 4.1.3 受弯、轴拉与受剪构件
砌体强度设计值-轴心抗拉
4.1.3 轴拉、受弯和受剪构件
砌体强度设计值-弯曲抗拉
4.1.3 轴拉、受弯和受剪构件
砌体强度设计值-抗剪
4.1.3 轴拉、受弯和受剪构件
砌体强度设计值的调整
例题2：
二、受弯构件
适用范围：砖砌过梁、挡土墙
4.1.3 轴拉、受弯和受剪构件
砖砌体受弯构件的破坏形态： ① 沿齿缝、沿砖块和竖向灰缝弯曲受拉破坏 ② 沿通缝截面弯曲受拉破坏 ③ 支座处受剪破坏
受 弯 构 件
4.1.3 轴拉、受弯和受剪构件
二、受弯构件（例：过梁、挡土墙 ）
1、受弯承载力验算公式 规范
4.1.3 轴拉、受弯砖砌圆形水池和筒仓 轴心受拉构件承载力计算公式： 规范
4.1.3 轴拉、受弯和受剪构件
圆形水池
4.1.3 轴拉、受弯和受剪构件
一、轴心受拉构件（例：圆形水池、筒仓 ）
例题1：
93100 93.1
4.1.3 轴拉、受弯和受剪构件
一、轴心受拉构件（例：圆形水池、筒仓 ）
三、受剪构件
规范
4.1.3 轴拉、受弯和受剪构件
修正系数 剪压复合受力影响系数
三、受剪构件
例题4：
4.1.3 轴拉、受弯和受剪构件
三、受剪构件
4.1.3 轴拉、受弯和受剪构件
三、受剪构件
例题5：
4.1.3 轴拉、受弯和受剪构件
三、受剪构件
4.1.3 轴拉、受弯和受剪构件
2、受剪承载力验算公式
规范
4.1.3 轴拉、受弯和受剪构件
轴弯矩扭矩强度计算方法.ppt
危险截面？
直径小当量弯矩大的截面
例题：
1 .作计算简图，求轮齿上的作用力 c Ft=2T/d=2×1.83×106/348=10500N
Fr Fttgn / cos
10500 tg 20o / cos12o15 3900N
Fa Fttg 10500 tg12o15 2280 N 2 .求作支反力及弯矩图 H面：
r =－1
⑴ 按弯扭合成强度计算 当量弯矩Ｍca：
Mca M 2 (T )2
┌ r = -1 α= 1
τT │ r = 0 α= 0.6 └ r = +1 α= 0.3
α－根据转矩性质而定的折合系数→将扭转切应 力转换成与弯曲应力变化特性相同的扭转切应力。
危险截面计算应力：
ca
M ca WLeabharlann M 2 (T )20.1d 3
1
Mpa
危险截面所需直径：
d
3
M ca
0.1 1
3
M 2 (T )2
0.1 1
mm
［σ-1］－许用弯曲应力，按材料查表(15-1) ★ 危险截面的确定：
综合轴上弯扭矩和轴直径选择一两个截面
⑵ 按疲劳强度条件精确校核计算
Ⅰ计算危险截面弯曲、扭转应力 危险截面：
M
W
T
WT
载荷大直径小 有应力集中处
M1ca M1 (T )2 M1 7.173105 Nmm
Ⅱ BⅠ
M Bca (T )2 T 1.098106 Nmm
5 .求轴的直径：Ⅰ-Ⅰ; Ⅱ-Ⅱ
危险截面？
Ⅰ-Ⅰ截面： d1 3 M1ca /(0.1 1) 65.93mm Ⅱ-Ⅱ截面: d2 3 M Bca /(0.1 1) 61.16mm
浅谈门式刚架轻型房屋钢结构结构设计
浅谈门式刚架轻型房屋钢结构结构设计苏刊;班明霞【摘要】门式刚架轻钢结构是根据构件受力大小而采用的变截面的工字形梁、柱组合成框架在平面内受力,框架在平面外以支撑,檩条和墙檩等相连接受力的结构系统.在门式钢架结构设计中,结构布置是否合理,荷载的取值是否准确,檩条及墙檩计算方法是否合理,基础的选型是否正确,这些都关系到门式刚架结构的安全性和经济的合理性.【期刊名称】《四川建材》【年(卷),期】2016(042)008【总页数】3页(P62-63,68)【关键词】门式刚架;结构设计;基础设计【作者】苏刊;班明霞【作者单位】四川省煤炭设计研究院,四川成都 610091;西华大学建筑与土木学院,四川成都 611930【正文语种】中文【中图分类】TU393门式刚架轻钢结构是根据构件受力大小而采用的变截面的工字形梁、柱组合成框架在平面内受力，框架在平面外以支撑，檩条和墙檩等相连接受力的结构系统。
因其能够有效利用材料，构件尺寸小，重力轻，工艺化程度高，可以在工厂批量生产而保证质量，工地采用高强螺栓连接而简便迅速，土建施工量小，施工周期短，施工质量易于控制，自从GB51022-2015《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》(以下简称《门钢规范》)1998颁布以后，该结构形式被广泛应用在一般工业与民用建筑中，如各行各业中各种类型的厂房、仓库、超市、批发市场、商店建筑、小型体育馆、训练馆、健身房、体育建筑、展览馆、展示馆等文化建筑。
1.1 结构的形式在门式刚架轻型房屋钢结构体系中，屋盖宜采用压型钢板屋面板和冷弯壁型钢檩条，对于没有带吊车的门式刚架，主刚架可采用变截面刚架，即梁柱均可采用变截面，这样既经济又安全；对于带有吊车的门式刚架，不应采用牛腿下面的柱子作变截面，应采用柱子为等截面，但钢梁可以采用变截面，这样既安全又经济。
1.2 结构布置门式刚架的跨度宜取12～48 m。
门式刚架分为单跨、双跨、多跨刚架、带挑檐的和带毗屋的刚架结构形式。
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柱左表示作用弯矩与考虑屈曲后强度承载力比值，主要表现的是钢柱的强度能否满足，数值不能超过1，越接近1证明材料利用率越高。
柱右上表示平面内稳定应力比及对应长细比，主要表现是稳定能否满足，括号内的长细比如果超出范围，结构就容易失稳，通常通过通过增加截面参数修改，钢柱增大翼缘面积可达到。
（长细比是指杆件的计算长度与杆件截面的回转半径之比）柱右下表示平面外稳定应力比及对应长细比，主要表现是稳定能否满足，在前期输入计算长度时要注意外边的围护砖墙之类，如果有，计算长度就要减去围护高度。
柱右下的比值出现红色时通过怎么调整才能达到稳定性一般都是通过加大截面的，也可以选择加柱间支撑或系杆改变计算长度。
挠度大就加高截面，应力大可以加厚翼缘和加大高度咯，这样省钢。
应力大则说明截面惯性矩I小了，则有效的办法是加大截面高度，要比加大翼缘宽度效果明显。
挠度的也说明截面惯性矩I小，解决办法是一样的。
应力大和挠度大，说明截面惯性距小了。
效果明显且省钢的做法是加大截面高度，而不是加大翼缘宽度。
1.调整结构的截面尺寸2.调整结构翼板及腹板的厚度3.建模时还要考虑结构的平面外及平面内的计算长度的问题首先要说明的是，强度、挠度、稳定性、柱顶位移，在设计中这些都要满足，都要考虑。
根据结构不同，它们对结构的影响也不一样。
如果有的结构是由挠度控制的，则可能截面很大，远远大于强度设计值，为了节省用钢，要调节截面尺寸，但是一定要保证挠度满足规范要求。
如果结构是由强度控制，则可能截面满足，但是挠度很小。
所以有时候不可能每个方面都正好满足规范要求，但是每个方面都要满足规范要PKPM2005年版，06年总结。
门式刚架快速建模：●门式刚架网线输入：柱高——建筑高度+300（mm）5%坡度——2.86°；10%坡度——5.71°平面外计算长度——隅撑及附跨的间距●定义铰接构件及支座情况：不带行车一般柱底是铰接的，带行车的钢柱一般是钢接的；砼柱钢梁的屋面，一般梁是铰接的。
●荷载输入：【恒荷】：a单板保温棉：0.15~0.2（kN/m*m）；b双板保温棉：0.25；c吊顶板：0.15；d女儿墙（看作柱顶集中荷载）；e其他吊挂设施【活荷】：a面积大于60平米取0.3，小等于取0.5 ；b雪荷载、积灰荷载中取大值，但不小于0.35（保守值）；c其他附加荷载【风荷】：a自动布置：1.3*1.05*风压*柱距*高度；b女儿墙风荷（柱顶附加弯矩）【吊车荷载】：吊车跨度——总跨度-1.5m工作制——中级（A4 A5）最小轮压——2*（吊车总重+起重量）/轮数-Dmax小车重——轮数*（Dmax-Dmin）-起重量#吊车参数查询：Dmax、小车重量、吊车宽度、轮距#部分吊车参数：LDA5t 轻级跨度22.5m ：Dmax——72.2 Dmin——21.5 Tmax——4.8 WT——65.5=========================吊车梁：台数——2；连接轨道孔径——22；孔距——105；材质——Q345；一般无制动梁●参数输入：【结构类型参数】：设计规范：门式刚架轻型房屋钢结构——执行《门规》。
受压长细比——180受拉长细比——300柱顶位移——1/60；有行车：1/180钢梁挠度——1/200（无吊顶）；1/240（有吊顶）门式刚架梁按压弯构件验算平面内稳定性——坡度大于1：2.5时勾选【总信息参数】：净毛截面比值——0.85~0.9钢柱计算方法——门刚有侧移，桁架无侧移恒荷下柱轴向变形应考虑【地震计算参数】：根据《抗规》5.1.1－4：8、9度时的大跨度和长悬臂结构以及9度时的高层建筑，应计算竖向地震作用。
根据《抗规》相关规定，单层结构阻尼比取0.05；多层低于12层取0.035；高于12层取0.02 。
●连续檩条设计：5跨及以上 Q235 压型钢板 5%坡度——2.86°；10%坡度——5.71° 0.92设两道拉条作用：约束上翼缘（双层拉条约束上下翼缘）檩条间距：1.5m 搭接长度：A——10%；B——10%；C——5% X 屋面板能阻止上翼缘失稳屋面自重——单板保温棉0.2 屋面活荷——0.5常用Z型钢：Z140X60/70X20XD (D：厚度)Z160X60/70X20XDZ180X60/70X20XDZ200X60/70X20XDZ220X60/70X20XDZ250X60/70X20XD●抗风柱设计：柱顶恒荷——0 柱顶活荷——0平面内长度系数——1 平面外长度系数——实长（或支撑间距）铰接净截面系数——0.9 挠度——l/v = 400●墙梁设计：常用C型钢：1.C300X80X202.C250X75X203.C250X70X204.C220X70X205.C200X70X206.C180X70X207.C180X60X208.C160X60X209.C140X50X20钢结构设计之厂房基础设计的思路和步骤2009-09-16 8:54针对钢结构厂房结构，采用此法可以使边柱和角柱的基础短柱尺寸不至于太大（特别是刚接柱脚）对于优质地基不至于使混凝土短柱（尺寸过大）和基础尺寸比例过于夸张。
1、画好轴网和轴标。
这是一切地下结构计算和施工的参考坐标系。
2、按实际柱脚尺寸画好柱底板，做成块置于轴网。
特别注意对于一榀框架可能存在不同的翼缘宽度，对于柱翼边压轴线的边框架注意使各柱中心在同一直线上，偏离轴线相同尺寸。
3、定义墙裙（砖墙）位置，使墙裙外皮不小于“墙梁高+5毫米安装间隙+墙板波幅”；确定墙裙宽度（如：标准砖240；85砖200；加气混凝土砌块190）。
注意当墙梁截面较大时，墙裙内皮不一定贴钢柱内皮。
4、确定地梁尺寸和位置。
地梁高H=(1/10~1/15)L（柱距）；宽B=250或者300。
要求地梁中心和墙裙中心重合。
在CAD图中画出，并标出内外皮和轴线位置关系。
5、按“A.钢柱底板到混凝土短柱外皮不下于100毫米”和“B.混凝土短柱外皮平齐”；“C.混凝土短柱尺寸为50的倍数”的思路定义混凝土短柱尺寸并作图。
（为了减小边角柱尺寸和便于支模）6、在图中量取“Ewall:地梁中心到混凝土柱中心的偏心”和“Ec:钢柱到混凝土柱中心的偏心”。
因为设计目的要求混凝土柱中心和基础中心重合（不一定和钢柱中心重合），减少基础类别和绘图尺寸计算困难。
7、计算基础计算需要的内力。
注意采用设计值可以减少计算量（基础大小用：设计值/1.35）。
Fwall=[5.24*Hwall+25*B(地梁宽)*H（地梁高）]*1.2 N=Nc （钢柱轴力）+Fwall； Mx=Nc*Ec.x+Fwall*Ewall.x;My=Nc*Ewall.y+Fwall*Ewall.y; Vx Vy 和混凝土短柱计算高度H0＝min(短柱高，500)计算基础大小（除以1.35）和配筋。
（可以利用Tssd了，注意Vy的方向定义和STS,PK定义的方向有所不同）如果手算，需要把Vx*H0计入My；把Vy*H0计入Mx，对浅基础，按一般基础计算方法计算基础大小和配筋（当有刚性地坪对混凝土短柱有效侧向约束时，可以忽略剪力带来的弯矩）。
注意各矢量的方向，取代数和。
8、对浅基础验算软弱下卧层，注意不考虑弯矩影响。
9、在基础平面图中标出：1.基础和短柱和轴线位置关系；2.地梁和轴线位置关系。
10、以基础大小、混凝土短柱大小和板厚以及配筋定义基础类别并做表（减少绘图量）。
11、画地梁截面详图和基础施工说明。
钢构设计之平面厂房结构柱间支撑设计的思路和步骤2009-09-11 16:24针对厂房结构，总结此法适用于6-8度抗震设防的1～3层厂房结构（可以含吊车）。
计算理论核心思想：1、忽略（钢、混凝土）刚接柱脚在框架平面外的抗侧移刚度（视同铰接）。
忽略外围墙体或者填充墙对抗侧移刚度的贡献。
2、计算地震周期。
对建筑物部件（视为恒载和活载）对应其位置按“地震周期相等”原则进行折减（乘以不同系数系数）。
可见施岚青《一注》第页。
3、计算Ge按“水平位移相等”原则折减（乘以不同系数）。
可见施岚青《一注》第页。
4、当框架有填充墙或者外围墙时，此轴线平面外抗侧移刚度大，地震周期小，导致地震力加大，需要加强柱间支撑；如无强大墙体，中柱轴线承载面积大，需要加强柱间支撑。
计算思路和步骤：1、计算风荷载：风荷载传递路线：由山墙墙板—墙梁—抗风柱（边框架柱也起抗风柱作用）--向下传给平台梁或者基础，向上传给屋面梁或者平台梁。
传给屋面梁的集中力由屋面梁和水平撑组成的桁架（常常是几个桁架的叠和）分解后传递给柱头支座（柱头有刚性系杆，其它系杆只是桁架直腹杆或者兼任叠合桁架的传递集中力的传力构件），然后由柱间支撑导向基础。
传给平台梁的集中力由楼板平面（相当抗风桁架）传给框架柱以及平台柱（当平台柱也有柱间支撑时），然后由柱间支撑传向基础。
Fwi=(s1+s2)*zi*zi,*W0k*Aw。
2、吊车荷载的计算。
对于小于10T吊车：T=0.12(Q+g)；对10-50T软构:T=0.1(Q+g)；大于50T吊车：T=0.08(Q+g)；对于硬钩：T=0.2(Q+g)。
对于重级硬钩横向摆力：P=0.1*(Q+g),并且不和其它水平力组合。
3、地震力计算。
先求周期再计算加速度和重力代表值，然后求各支点地震力，并且分担到各柱间支撑。
4、做计算模型简图，然后进行荷载组合，并求出控制组合。
对产生水平荷载的地震力、风荷载、吊车水平刹车力、重级硬钩吊车满载吊重的水平摇摆力….的组合方法，注意组合系数。
5、按抗震规范定义柱间支撑设计类别：刚性设计（拉压柱撑，长细比要求不同）；半刚性设计（考虑压杆对拉杆的影响，长细比要求不同）；柔性设计（单拉杆，长细比要求不同）6、在计算简图中标明柱距、高度和截面面积以及支撑长度（长细比、稳定性）。
7、计算基支撑内力。
验算强度、稳定性和长细比（不同部件不同设防等级不同支撑类别要求不同）。
8、对减小柱平面外计算长度的刚性系杆，分别有内力和长细比计算或者验算。
钢结构设计培训手稿***一、门式刚架设计部分1、平面刚架设计：1.1、截面的分类和定义：注意定义截面类型，是轧制边还是焰切边。
1.2、抗风柱可以兼做摇摆柱输入；可以在框架输入时输入抗风柱，并考虑抗风柱平面外的风荷载（但不能考虑墙面荷载偏心带来的平面外弯矩）。
抗风柱和框架可以兼做摇摆柱或者仅做抗风柱（内力图不一样），可以修改抗风柱平面外（在框架平面）计算长度（加系杆或者隅撑）并生产施工图和相应节点图。
1.3、框架恒载输入必须输入吊车梁系统给柱带来的偏心力。
1.4、吊车参数：偏心指吊车梁中心相对钢柱中心的距离；加载高度为“吊车梁高+轨道高+垫板等厚度”。
注意：采用框架优化计算并读入时，要查看钢柱截面高度是否变大，因为可能导致荷载偏心值的变化。