第四章轴心受力构件公式整理
第4章 钢结构轴心受力构件——格构式
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
轴心受力构件的强度和刚度计算
轴心受力构件的强度和刚度计算1．轴心受力构件的强度计算轴心受力构件的强度是以截面的平均应力达到钢材的屈服应力为承载力极限状态。
轴心受力构件的强度计算公式为f A Nn≤=σ （4-1） 式中： N ——构件的轴心拉力或压力设计值；n A ——构件的净截面面积；f ——钢材的抗拉强度设计值。
对于采用高强度螺栓摩擦型连接的构件，验算净截面强度时一部分剪力已由孔前接触面传递。
因此，验算最外列螺栓处危险截面的强度时，应按下式计算：f A N n≤='σ （4-2）'N =)5.01(1nn N - （4-3）式中： n ——连接一侧的高强度螺栓总数；1n ——计算截面（最外列螺栓处）上的高强度螺栓数； 0.5——孔前传力系数。
采用高强度螺栓摩擦型连接的拉杆，除按式（4-2）验算净截面强度外，还应按下式验算毛截面强度f AN≤=σ （4-4）式中： A ——构件的毛截面面积。
2．轴心受力构件的刚度计算为满足结构的正常使用要求，轴心受力构件应具有一定的刚度，以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。
轴心受力构件的刚度是以限制其长细比来保证的，即][λλ≤ （4-5）式中： λ——构件的最大长细比；[λ]——构件的容许长细比。
3. 轴心受压构件的整体稳定计算《规范》对轴心受压构件的整体稳定计算采用下列形式：f AN≤ϕ （4-25）式中：ϕ——轴心受压构件的整体稳定系数，ycrf σϕ=。
整体稳定系数ϕ值应根据构件的截面分类和构件的长细比查表得到。
构件长细比λ应按照下列规定确定： （1）截面为双轴对称或极对称的构件⎭⎬⎫==y y y x x x i l i l //00λλ（4-26）式中：x l 0，y l 0——构件对主轴x 和y 的计算长度；x i ，y i ——构件截面对主轴x 和y 的回转半径。
双轴对称十字形截面构件，x λ或y λ取值不得小于5.07b/t （其中b/t 为悬伸板件宽厚比）。
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。
第四章 轴心受力构件
§4-6 格构式轴心受压柱的截面设计
§4-6 格构式轴心受压柱的截面设计
一、格构式轴心受压柱的组成 分肢
缀板
缀件
缀条
§4-6 格构式轴心受压柱的截面设计
二、格构式轴心受压柱的实轴和虚轴
垂直于分肢腹板平面的主轴--实轴；
垂直于分肢缀件平面的主轴--虚轴；
格构式轴心受压构件的设计应考虑：
§4-3 轴心受压构件的整体稳定
1.0
0.8 d 0.6 c b
a
0.4
0.2
0
50
100
150
200
250
(Q235)
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。
§4-3 轴心受压构件的整体稳定
构件长细比的确定
y x x
截面为双轴对称构件：
§4-2 轴心受力构件的强度和刚度
二、刚度计算（正常使用极限状态） 保证构件在运输、安装、使用时不会产生过大变形。
l0 [ ] i
l0 构件的计算长度；
i
I 截面的回转半径； A
[ ] 构件的容许长细比
§4-3 轴心受压构件的整体稳定
§4-3 轴心受压构件的整体稳定
强度 （承载能力极限状态） 刚度 （正常使用极限状态） 强度 轴心受压构件
轴 心 受 力 构 件
稳定
（承载能力极限状态）
刚度 （正常使用极限状态）
§4-2 轴心受力构件的强度和刚度
§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）
N f An
其中： N — 轴心拉力或压力设计值； An— 构件的净截面面积； f— 钢材的抗拉强度设计值。 轴心受压构件，当截面无削弱时，强度不必计算。
第四章轴心受力构件-公式整理
钢，如工字钢、H型钢等。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:
h ix ;
1
b iy
2
式
中
：
、
1
2
系 数 ， 常 用 截 面 可 由 下表 查 得 。
（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）构件的截面验算： A、截面有削弱时，进行强度验算； B、整体稳定验算； C、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。 D、刚度验算： 可与整体稳定验算同时进行。
2 z
2
(4 25)
2 z
i
2 0
A
It
25.7 I
l
2
i
2 0
e
2 0
i
2 x
i
2 y
(4 26)
③、单角钢截面和双角钢组合T形截面可采取以下简 化计算公式：
y
A、等边单角钢截面，图（a）
当b t 0.54 l0 y b时：
yz
y
1
0.85b 4
l
2 0y
t
2
当b t 0.54 l0 y b时：
l0 [ ]
i
(4 2)
l0 构件的计算长度；
i I 截面的回转半径； A
[] 构件的容许长细比，其取值详见规范或教材。
应计算最大长细比进行验算，取两主轴方向的较大值。
轴心受压构件的整体稳定
轴心受压构件不发生整体失稳的条件为，截面应 力不大于临界应力，并考虑抗力分项系数γR 后，即为：
钢结构
2014-2015-2
一、强度计算（承载能力极限状态）
第四章-轴心受力构件
2
300
200
有重 级工 作制 吊车 旳
厂房
250
－
受压构件旳允许长细比
项次
构件名称
允许长 细比
柱、桁架和天窗架中旳杆件
1 柱旳缀条、吊车梁或吊车桁架 150 下列旳柱间支撑
支撑（吊车梁或吊车桁架下列
旳柱间支撑除外）
2
200
用以降低受压构件长细比旳杆
件
第二节 轴心受压构件旳整体稳定
3、理想构件旳弹性弯曲失稳
根据右图列平衡方程
d2y EI dx2 Ny 0
解平衡方程：得
欧拉临界力只合用
N cr
π2 EI l02
π2 E λ2
A
于材料为弹性时旳 情况，应力一旦超 出材料旳百分比极
σ cr
N cr A
π2 E λ2
限，则欧拉公式不 再合用。
4、理想构件旳弹塑性弯曲失稳
构件失稳时假如截面应力超出弹性
ix( y)
Ix( y) A
实腹式轴心受压构件旳稳定性应按下式计算:
N ≤f
A
A为杆件毛截面面积
式中 为整体稳定系数，实质是临界应力与屈
服点旳比值。柱旳临界应力与截面形状、力作用方
向等有关，
— 轴心受压构件的整体稳定系数
根据构件截面分类取由λx,λy,λyz
fy 决定的
235
max
（1）规范现对t 40mm旳轴压构件作了专门要求。同步补充了d 类
r
2Er 2
5、实际构件旳整体稳定 实际构件与理想构件间存在着初始缺陷，缺陷主要有：
初始弯曲、残余应力、初始偏心。 ⑴、初始弯曲旳影响
1.一经加载产生 挠度，先慢后快
轴心受力构件部分公式及例题
N c = ϕAf = 0.802 × 8000 × 315 = 2020000 N = 2020 kN
钢结构原理 Principles of Steel Structure
第四章
轴心受力构件
某焊接T形截面轴心受压构件的截面尺寸如右图所示 形截面轴心受压构件的截面尺寸如右图所示， 例4.2 某焊接 形截面轴心受压构件的截面尺寸如右图所示， 承受轴心压力设计值（包括自重） 承受轴心压力设计值（包括自重）N=2000kN，计算长度 ， l0x=l0y=3m，翼缘钢板为火焰切割边，钢材为 ，翼缘钢板为火焰切割边，钢材为Q345， ， f=315N/mm2，截面无削弱，试计算该轴心受压构件的整体 截面无削弱， 稳定性。 稳定性。
(
)
λz =
=
Iω
2 Ai0 2 lω + I t 25.7
y
-250×8 ×
80 × 180.7 = 45.2 2 536500 300 + 28.7 25.7
x
x
λz < λ y，λx
故该构件由弯曲屈曲控制设计。 故该构件由弯曲屈曲控制设计。
钢结构原理 Principles of Steel Structure
-250×8 ×
x
x
y -250×12 ×
钢结构原理 Principles of Steel Structure
第四章 1、截面及构件几何性质计算 、
截面面积 惯性矩： 惯性矩：
轴心受力构件
A = 250 × 12 × 2 + 250 × 8 = 8000mm 2 1 I x = ( 250 × 2743 − 242 × 2503 ) = 1.1345 × 108 mm 4 12 1 I y = (12 × 2503 × 2 + 250 × 83 ) = 3.126 × 107 mm 4 y 12
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
轴心受力构件
轴心受力构件设计轴心受拉构件时需进行强度和刚度的验算，设计轴心受压构件时需进行强度、整体稳定、局部稳定和刚度的验算。
一、轴心受力构件的强度和刚度1．轴心受力构件的强度计算轴心受力构件的强度是以截面的平均应力达到钢材的屈服点为承载力极限状态f A N n ≤=σ (1) 式中 N ——构件的轴心拉力或压力设计值；n A ——构件的净截面面积；f ——钢材的抗拉强度设计值。
采用高强度螺栓摩擦型连接的构件，验算最外列螺栓处危险截面的强度时，按下式计算：f A N n≤='σ (2) 'N =)5.01(1n n N - (3)式中 n ——连接一侧的高强度螺栓总数；1n ——计算截面(最外列螺栓处)上的高强度螺栓数；0.5——孔前传力系数。
采用高强度螺栓摩擦型连接的拉杆，除按式(2)验算净截面强度外，还应按下式验算毛截面强度f A N ≤=σ (4)2．轴心受力构件的刚度计算轴心受力构件的刚度是以限制其长细比保证][λλ≤ (5) 式中 λ——构件的最大长细比；[λ]——构件的容许长细比。
二、 轴心受压构件的整体稳定1．理想轴心受压构件的屈曲形式理想轴心受压构件可能以三种屈曲形式丧失稳定：①弯曲屈曲 双轴对称截面构件最常见的屈曲形式。
②扭转屈曲 长度较小的十字形截面构件可能发生的扭转屈曲。
③弯扭屈曲 单轴对称截面杆件绕对称轴屈曲时发生弯扭屈曲。
2．理想轴心受压构件的弯曲屈曲临界力若只考虑弯曲变形，临界力公式即为著名的欧拉临界力公式，表达式为N E =22l EI π=22λπEA (6) 3．初始缺陷对轴心受压构件承载力的影响实际工程中的构件不可避免地存在初弯曲、荷载初偏心和残余应力等初始缺陷，这些缺陷会降低轴心受压构件的稳定承载力。
1）残余应力的影响当轴心受压构件截面的平均应力p f >σ时，杆件截面内将出现部分塑性区和部分弹性区。
由于截面塑性区应力不可能再增加，能够产生抵抗力矩的只是截面的弹性区，此时的临界力和临界应力应为：N cr =22l EI e π=22lEI π·I I e (7) cr σ=22λπE ·I I e (8) 式中 I e ——弹性区的截面惯性矩(或有效惯性矩)；I ——全截面的惯性矩。
轴心受力构件部分公式及例题
x
y -250×12
钢结构原理 Principles of Steel Structure
第四章 轴心受力构件
1、截面及构件几何性质计算
截面面积 惯性矩：
A 2 5 0 1 2 2 2 5 0 8 8 0 0 0 m m 2
Ix 1 1 22 5 0 2 7 4 3 2 4 2 2 5 0 3 1 .1 3 4 5 1 0 8 m m 4 Iy 1 1 21 2 2 5 0 3 2 2 5 0 8 3 3 .1 2 6 y1 0 7 m m 4
第四章 轴心受力构件
例4.1 某焊接组合工字形截面轴心受压构件的截面尺寸如图 所示，承受轴心压力设计值（包括自重）N=2000kN，计算 长度l0x=6m ，l0y=3m，翼缘钢板为火焰切割边，钢材为Q345， f=315N/mm2，截面无削弱，试计算该轴心受压构件的整体稳 定性。
y
-250×8
x
由于热轧H 型钢可以选用宽翼缘的形式，截面宽度较大，因 而长细比的假设值可适当减小，假设=60，对宽翼缘H型钢因 b/h>0.8，所以不论对x轴或y轴均属类b截面。
fy 60
235
需要的截面几何量为
查附表得
0.8 0 7
A N f 0.810 62 7 01 1 0 3 0 1 52 09.2cm 2
惯性矩：
Ix11 22502432502434.25211 282503
2508(12522.25)23.886107m m 4
Iy 1 1 22 4 2 5 0 3 2 5 0 8 3 3 .1 2 6 1 0 7 m m 4
钢结构原理 Principles of Steel Structure
《钢结构原理》第4章轴心受力构件
2tb3
3 12 12
2E k3 y2
crx
2E Iex x2 Ix
2E 2t kb h2
x2
2tbh2 4
4
2E
k
x2
2021/8/30
26
《钢结构原理》 第4章 轴心受力构件
4.4.4.2 初弯曲的影响
假设构件变形 为正弦曲线：
y0
v0
sin
x
l
v0为初始挠度
2021/8/30
x
l0x ix
,
y
l0 y iy
l0x，l0y —— 构件的计算长度； ix，iy —— 截面回转半径； [] —— 容许长细比。
2021/8/30
9
《钢结构原理》 第4章 轴心受力构件
2021/8/30
10
《钢结构原理》 第4章 轴心受力构件
【例题】 某钢屋架下弦采用L125×12双角钢做成，钢材为 Q235，截面无削弱，计算长度为12.2m，承受静力荷载设计值 为900kN，要求验算此拉杆的强度和刚度。
后存在加压和减压区）
2021/8/30
21
《钢结构原理》 第4章 轴心受力构件
4.4.4 影响轴心受压构件整体稳定承载力的因素
理想等直杆是不存在的，实际工程中的轴心受压 构件有很多几何缺陷和力学缺陷，其中影响稳定承载 力的主要因素有：
截面的纵向残余应力 构件的初始弯曲 荷载作用点的初偏心 构件端部的约束条件
N A
Nv0
W 1 N
NE
fy
假设 v0= l / 1000，则上式整理可得：
N A
1
1000
i
1
1 N
N
第四章 轴心受力构件
第四章轴心受力构件§4-1 概述1、工程实例（假设节点为铰接，无节间荷载作用时，构件只受轴心力作用）（1）桁架（2）塔架（3）网架、网壳2、分类⑴按受力来分：①轴心受拉构件②轴心受压构件到某临界值时，理想轴心受压构件可能以三种屈曲形式丧失稳定。
(1) 弯曲屈曲构件的截面只绕一个主轴旋转，构件的纵轴由直线变为曲线，这是双轴对称截面构件最常见的屈曲形式。
如图4-2 (a)就是两端铰接工字形截面构件发生的绕弱轴的弯曲屈曲。
(2) 扭转屈曲失稳时构件除支承端外的各截面均绕纵轴扭转，图4-2 (b)为长度较小的十字形截面构件可能发生的扭转屈曲。
(3) 弯扭屈曲单轴对称截面构件绕对称轴屈曲时，在发生弯曲变形的同时必然伴随着扭转。
图4-2 (c)即T 形截面构件发生的弯扭屈曲。
图4-2 轴心受压构件的三种屈曲形式欧拉临界力和欧拉临界应力临界应力其中：——单位剪力时的轴线转角，；通常剪切变形的影响较小，忽略其对临界力或临界应力的影响。
E N E σ1222211γλπλπσ⋅⋅+⋅⋅==EAEAN cr cr1γ)(1GA βγ=这样，※上述推导基于材料处于弹性阶段，即，或。
（二）初始缺陷对轴心受压构件稳定承载力的影响 1. 残余应力的影响残余压应力对压杆弯曲失稳的影响： 对弱轴的影响比对强轴的影响要大的多。
稳定应力上限，弱轴：强轴：其中：，0＜＜1.0。
2．初弯曲的影响图4-3 考虑初弯曲的压力—挠度曲线图示压力—挠度曲线有如下特点：1有初弯曲时，挠度v 不是随着N 按比例增加；N 较小时，挠度增加较慢，N 趋于时，挠度增加较快，并趋向于无限大；2相同压力N 的作用下，压杆的初挠度值越大，杆件的挠度也越大；Ecr N EAlEI N =⋅=⋅=2222λππEcr cr E AN σλπσ=⋅==22pcr f E≤⋅=22λπσpp f E λπλ=≥322kEx crx ⋅⋅=λπσkEycry⋅⋅=22λπσ翼缘宽度翼缘弹性区宽度=k k E N3由于有的存在，轴心压杆的承载力总是低于，因此是弹性压杆承载力的上限。
第四章轴心受力构件公式整理
第四章轴心受力构件公式整理1.应变公式：轴心受力构件的应变公式描述了受力构件在轴向受力作用下的变形情况。
应变公式主要有以下两种形式：(1)需要计算伸长形变的情况下：在受力过程中，轴心受力构件发生的伸长形变与受力大小和材料的弹性模量有关。
应变公式可表示为：ε=ΔL/L其中，ε表示轴向应变；ΔL表示受力构件发生的伸长形变；L表示受力构件的初始长度。
(2)不需要考虑伸长形变的情况下：在一些情况下，受力构件的长度相对较短，可以忽略伸长形变的影响。
此时，应变公式可以表示为：ε=δ/h其中，ε表示轴向应变；δ表示构件上其中一截面上的位移；h表示受力构件的高度。
2.应力公式：轴心受力构件的应力公式描述了受力构件在轴向受力作用下的应力分布情况。
应力公式主要有以下两种形式：(1)线性弹性应力公式：在弹性阶段，应力与应变成正比，最常用的应力公式是线性弹性应力公式：σ=E*ε其中，σ表示轴向应力；E表示受力构件材料的弹性模量；ε表示轴向应变。
(2)线性弹塑性应力公式：在考虑弹塑性情况下，应力与应变的关系不再是线性的。
此时，应力公式可以表示为：σ=σe+σp其中，σ表示轴向应力；σe表示弹性应力；σp表示塑性应力。
3.弯矩公式：轴心受力构件在受到弯矩作用时，会引起构件的弯曲变形。
弯矩公式描述了轴心受力构件在弯矩作用下的变形情况。
弯矩公式主要有以下几种形式：(1)切线法公式：根据切线法，弯曲截面上的任意一点都受到一个弯矩的作用。
弯矩公式可以表示为：M=σ*S其中，M表示弯矩；σ表示轴向应力；S表示截面的静矩。
(2)一阶弹性理论公式：在一阶弹性理论中，构件的截面仍然平面，但允许在截面平面上有变形。
弯矩公式可以表示为：M=σ*I/y其中，M表示弯矩；σ表示轴向应力；I表示截面的惯性矩；y表示截面上任一点到中性轴的距离。
(3)符合木尔斯定理的公式：木尔斯定理适用于构件截面受平面弯矩时产生的应力。
弯矩公式可以表示为：M=W*y/I其中，M表示弯矩；W表示截面上的轴向力；y表示截面上任一点到中性轴的距离；I表示截面的惯性矩。
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
轴心受力构件知识点总结
轴心受力构件知识点总结一、概念轴心受力构件是指受力对象的截面积负重心和受力方向一致的构件，在受力作用下，截面上各点受到的应力主要是轴向拉力或轴向压力，受力构件一般用材料强度和截面形状进行受力设计。
轴心受力构件的主要特点是受力为单轴应力，只产生轴向应力，不产生剪切应力。
轴心受力构件一般用钢、木、混凝土、玻璃等材料制作。
二、受力情况1. 轴向拉力当受力构件受到拉力作用时，构件内部各点受到的应力都是轴向拉力。
这时构件上每一个截面都受到一般的拉力，截面上的应力为均匀的拉应力。
2. 轴向压力当受力构件受到压力作用时，构件内部各点受到的应力都是轴向压力。
这时构件上每一个截面都受到一般的压力，截面上的应力也为均匀的压应力。
三、受力工作原理受力构件在受力作用下，内部各点受到的应力都是轴向拉力或轴向压力，主要受力方式包括：拉伸、压缩、弯曲、扭转等。
受力构件的受力工作原理主要包括静力平衡条件和应力平衡条件。
1. 静力平衡条件轴心受力构件在受力作用下，整个构件的外力和内力要达到平衡，即受力构件所受外力和内力的合力和合力矩为零。
2. 应力平衡条件轴心受力构件在受力作用下，截面上各个微元受到的应力要达到平衡，即受力构件所受应力和强度平衡，截面上各点的应力和应变满足静力平衡和变形条件。
四、受力公式1. 拉力公式受力构件受到拉力作用时，其拉力公式为N = A * σN为拉力，A为受力构件的截面积，σ为截面受力构件所受的应力。
2. 压力公式受力构件受到压力作用时，其压力公式为N = A * σN为压力，A为受力构件的截面积，σ为截面受力构件所受的应力。
3. 应变公式受力构件在受力情况下，其应变公式为ε = δ / Lε为应变，δ为受力构件的变形量，L为受力构件的长度。
五、受力计算1. 根据静力平衡和应力平衡条件，可以计算受力构件所受的拉力和压力大小，受力构件的承载能力等。
2. 在计算受力构件的承载能力时，需要考虑受力构件的截面形状、材料强度、受力方式等因素。
第4章轴心受拉构件介绍
轴心受拉构件
Chapter 4 Axial Tension Member
钢结构基本原理
Basic Principles of Steel Structure
主要内容
4.1 轴心受力构件的截面形式
4.2 轴心受拉构件的强度 4.3 轴心受拉构件的刚度 4.4 轴心受拉构件的运用类型 4.5 索的力学性能和计算方法
由 X 0 dH dx 0 dx
d 2z q q 2 两次积分： 2 z x C1 x C2 dx H 2H
将边界条件代入上式：x 0; z 0
x l; z c
q c z xl x x 2H l c 设索中点的挠度为 f，中点坐标 zc f ，代入上式 2 4 fxl x c z x 2 l l 4 fxl x 抛物线 如果c 0，则： z l2
y
dA
y
x
xdA
A
A
x x
S y xdA
A
y
ydA
A
A
S x ydA
A
（2）非紧密连接方式
净截面有效系数 130
a
22.5 1.4 22.5 1.4 0.9 1 . 4 15 1.4 0.7 2 22.5 1.4 0.9 15 1.4
4.2 轴心受拉构件的强度
1、承载极限
截面平均应力达到fu，但缺少安全储备。 毛截面平均应力达fy，结构变形过大。
2、计算准则：
毛截面平均应力不超过fy。
3、设计准则
净截面平均应力不超过钢材 的抗拉强度设计值。
钢材的应力应变关系
4.2 轴心受拉构件的强度
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2 2 l b1 0yt 3 .7 1 t 52.7b14
( 4 30a )
yz
( 4 30b )
④、单轴对称的轴心受压构件在绕非对称轴以外的任意轴失稳时 ，应按弯扭屈曲计算其稳定性。
当计算等边角钢构件绕平行轴（u轴)稳 定时，可按下式计算换算长细比，并按b类 截面确定 值：
钢结构
2014-2015-2
一、强度计算（承载能力极限状态）
N f An
N—轴心拉力或压力设计值； An—构件的净截面面积； f—钢材的抗拉强度设计值。
( 4 1)
适用于fy/fu≤0.8的情况；轴心受压构件，当截面无削 弱时，强度不必计算。
二、刚度计算（正常使用极限状态）
保证构件在运输、安装、使用时不会产生过大变形。
( 4 41)
式中： 构件两方向长细比较大 值，当 30时 , 取 30；当 100时，取 100。
B、箱形截面翼缘板
b 235 13 t fy b0 235 40 t fy
( 4 42 ) ( 4 43)
b0 t
( 4 27b )
B、等边双角钢截面，图（b）
b
y
b
当 b t 0.58 l 0 y b时：
4 0 . 475 b yz y 1 2 2 l0 y t 当 b t 0.58 l 0 y b时：
y
（b）
( 4 28a )
yz
y
（C）
( 4 29a )
yz
b2 5 .1 t
2 2 l0 t 1 y 4 17 . 4 b 2
( 4 29b )
b1
D、短肢相并的不等边角钢截面， 图（D）
b1
y
b1 b2
y
当 b1 t 0.56 l 0 y b1 时，近似取：
（D）
yz y
A、等边单角钢截面，图（a）
当 b t 0.54 l 0 y b时：
4 0 . 85 b yz y 1 2 2 l0 y t 当 b t 0.54 l 0 y b时：
y
（a）
( 4 27a )
yz
2 2 l0 b yt 4.78 1 4 t 13 . 5 b
即：
N f ( 4 24) A 稳定系数，可按截面分 类和构件长细比查 表得到。
公式使用说明：
（1）截面分类：见教材；
（2）构件长细比的确定 ①、截面为双轴对称或极对称构件：
y x y x
x l ox i x
y l oy i y
对于双轴对称十字形截面，为了防 止扭转屈曲，尚应满足：
l0 [ ] i
l 0 构件的计算长度；
i
(4 2)
I 截面的回转半径； A
[ ] 构件的容许长细比，其 取值详见规范或教材。
应计算最大长细比进行验算，取两主轴方向的较大值。
轴心受压构件的整体稳定
轴心受压构件不发生整体失稳的条件为，截面应 力不大于临界应力，并考虑抗力分项系数γR 后，即为： N cr cr f y f A R fy R
（3）其他注意事项：
1、无任何对称轴且又非极对称的截面（单面连接的 不等边角钢除外）不宜用作轴心受压构件；
2、单面连接的单角钢轴心受压构件，考虑强度折减 系数后，可不考虑弯扭效应的影响； 3、格构式截面中的槽形截面分肢，计算其绕对称轴 （y轴）的稳定性时，不考虑扭转效应，直接用λy 查稳定系数 。 y实
2 y
2 z
2
4 1 e 02 i 02 2y 2 z
1 2
( 4 25 )
2 2 2 i A I 25 . 7 I l z 0 t 2 2 2 i 02 e 0 ix iy
( 4 26 )
③、单角钢截面和双角钢组合T形截面可采取以下简 化计算公式： y
3、对中间无联系的单角钢压杆，
0.70；
y0 x x y0
按最小回转半径计算λ，当
λ< 20时，取λ=20。
轴心受压构件的局部稳定
由上式，即可确定局部失稳不早于整体失稳时，板件的宽厚比限值：
1、翼缘板： A、工字形、T形、H形截面翼缘板
b t b t b t b t
b 235 10 0.1 t fy
y x
t
y
b
x
x 或 y 5 .07 b t
b t 悬伸板件宽厚比。
②、截面为单轴对称构件：
绕 非 对 称 轴x 轴 ：算长细 比λyz代替λy ，计算公式如下：
yz
1 2 2 y z 2
x
y x y
u b
u
当 b t 0.69 l 0 u b时： 0.25b 4 uz u 1 2 2 l 0u t 当 b t 0.69 l 0 u b时：
( 4 31a )
uz 5.4
b t
( 4 31b )
式中： u l 0 u i 0 u ，构件对u轴的长细比。
2 2 l0 b yt 3 .9 1 4 t 18 . 6 b
( 4 28b )
C、长肢相并的不等边角钢截面， 图（C）
b2
y
b2
当 b2 t 0.48 l 0 y b2 时：
4 1 . 09 b yz y 1 2 22 l t 0 y 当 b2 t 0.48 l 0 y b 2 时：
轴 x x 虚 轴
y
单角钢的单面连接时强度设计值的折减系数：
1、按轴心受力计算强度和连接乘以系数 0.85；
2、按轴心受压计算稳定性：
等边角钢乘以系数0.6+0.0015λ，且不大于1.0； 短边相连的不等边角钢乘以系数 0.5+0.0025λ ，且不 大于1.0； 长边相连的不等边角钢乘以系数