轴心受压构件的整体稳定

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4.2 轴心受力构件的强度和刚度
轴 心
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）
受 力
强度 （承载能力极限状态）
构 轴心受压构件 稳定
件
刚度 （正常使用极限状态）
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4.2 轴心受力构件的强度和刚度
4.2.1 轴心受力构件的强度
对截面无削弱的构件 ，其承载力的极限状态应控制其 毛截面的平均应力不超过材料屈服强，即：
式中：
max

l0 i

i I 截面的回转半径； A
λmax——构件最不利方向的计算长细比；
l0——构件相应方向的计算长度； i ——构件截面相应方向的回转半径；
[λ]——受拉构件或受压构件的容许长细比，按规定取值。
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4.3 轴心受压构件的整体稳定
4.3.1 稳定问题概述 在材料力学中，我们已初步建立了稳定破坏的概念。 钢结构中的轴心受压构件、受弯构件、压弯构件等都会产生 失稳破坏，属于构件整体失稳。 还有框架失稳、拱的失稳、薄壳失稳等属于结构整体失稳。
型钢截面：其安装制作量少，省时省工，能有效地节约制作 成本。因此，在受力较小的轴心受力构件中得到较多应用。
实腹式组合截面和格构式组合截面的形状、几何尺寸几乎不 受限制，可根据受力性质、大小选用合适的截面，使得构件截 面有较大的回转半径，从而增大截面的惯性矩，提高构件刚度， 节约钢材。但由于组合截面制作费时费工，其总的成本并不一 定很低，目前只在荷载较大或构件较高时使用。
N fy f A R
对截面有局部削弱的构件，应控制构件净截面上的平均应 力不超过材料抗拉强度。根据《钢结构设计规范》（50017
－2003）规定，抗力分项系数 uR 1.25 R
N fu R fu fy 0.8 fu f
An uR uR fy R
（a）
（b）
（c）
(a)型钢截面 (b)实腹式组合截面 (c)格构式组合截面
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4.1 轴心受力构件的应用及截面形式
组合截面又分为 实腹式组合截面 和 格构式组合截面 。
（a）
（b）
（c）
(a)型钢截面 (b)实腹式组合截面 (c)格构式组合截面
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实腹式轴压柱与格构式轴压柱
动画：平台结构_主次梁
• 前苏联在1951～1977年间共发生59起重大钢结构事故，有17 起属稳定问题。
+
+
+
+
++ ++ ++ ++
轴心受压构件的应用

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:
1.桁架
2.网架
3.塔架
4
4.1 轴心受力构件的应用及截面形式
4. 脚手架
5. 桥梁
5
6. 工业厂房
6
4.1 轴心受力构件的应用及截面形式
4.1.2 截面形式 轴心受力构件的截面形式很多，按其生产制作情况分为 型钢截面(a) 和 组合截面(b、c) 两种。
柱头
柱头
l01 l1 l01=l1
柱身 柱脚
缀 板
缀 条
柱身
柱脚
x
y
y
x
x （虚轴）
x （虚轴）
y
y
y
y
（实轴）
x
（实轴）
x
(a) 实腹式柱
(b) 格构式柱
(c) 格构式柱
（缀板式）
（缀条式）
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4.1 轴心受力构件的应用及截面形式
缀板柱
缀条柱
格构式柱实例
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4.1 轴心受力构件的应用及截面形式
截面特点：
4.4 实腹式轴心受压构件的局部稳定
4.4.1 单向均匀受压矩形板的稳定 4.4.2 自由外伸翼缘宽厚比的限值 4.4.3 腹板高厚比的限制 4.4.4 轴心受压钢管截面尺寸限值
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本章内容：
4.6 格构式轴心受压构件设计
4.6.1 格构式轴心受压构件的组成 4.6.2 格构式轴心受压构件的整体稳定 4.6.3 分肢肢件的整体稳定性 4.6.4 缀件的计算 4.6.5 格构式轴心受压柱的设计
4.7 轴心受压柱柱头和柱脚的构造与计算
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4.1 轴心受力构件的应用及截面形式
4.1.1 轴心受力构件的应用
轴心受力构件分轴心受拉及受压 两种情况。钢结构中桁架、屋架、 网架、井塔等，均由轴心受力杆件 连接而成。 作为一种受力构件，需满足承载 能力与正常使用两种极限状态的要 求。 正常使用极限状态的要求用构件 的长细比来控制； 承载能力极限状态包括强度、整 体稳定、局部稳定三方面的要求。
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4.2 轴心受力构件的强度和刚度
4.2.2 轴心受拉构件和轴心受压构件的刚度（正常使用极限状态）
正常使用极限状态要求轴心受拉构件和轴心受压构件应具 有一定的刚度，以保证构件在运输和安装过程中，不会产生 过大的挠曲变形或在动荷载作用下产生晃动。为此，通过限 制构件的长细比来保证其具有足够的刚度，限制条件是：
本章内容：
4.1 轴心受力构件的应用及截面形式 4.2 轴心受力构件的强度和刚度 4.3 轴心受压构件的整体稳定
4.3.1 稳定问题概述 4.3.2 理想轴心受压构件及其失稳形式 4.3.3 轴心受压构件整体稳定临界力 4.3.4 初始缺陷对轴心压杆稳定性的影响 4.3.5 实际轴心受压构件整体稳定计算
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4.3 轴心受压构件的整体稳定
轴心压杆失稳是最基本的稳定问题。也是本章的重点。 但影响轴心压杆稳定性的因素很多，如初始应力、初偏 心、初弯曲等缺陷的影响及相互影响，其稳定计算也较复 杂。
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4.3 轴心受压构件的整体稳定
钢结构失稳破坏的例子 • 1907年，加拿大跨越魁北克(Quebec)河三跨伸臂桥 • 工程概况：两边跨各长152.4m，中间跨长548.6m(包括由
两个边跨各悬挑出的171.4m)。 • 破坏原因：格构式下弦压杆的角钢缀条过于柔弱、失稳，
其总面积只占弦杆截面面积的1％。下弦是重型格构式压 杆，当时对这种构件还没有正确的设计方法，缀条用得过 小是出现事故的主要原因。 • 直接损失：架桥工程中9000t钢桥坠入河中，75员工遇难。
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4.3 轴心受压构件的整体稳定
fy
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4.2 轴心受力构件的强度和刚度
为简化计算，方便使用，按偏安全的原则，《钢结构设计 规范》（50017－2003）统一取屈强比为0.8。因此对轴心受 力构件，强度计算式统一为：
N f
An
式中 N——轴向力设计值； An——构件净截面面积； f——钢材抗拉或抗压强度设计值。
详见《钢结构设计规范》（50017－2003） 5.1.2条。