(钢结构设计原理)第四章 轴心受力构件

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轴心受力构件的刚度计算
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轴心受力构件的刚度计算
轴心受力构件的刚度通常用长细比来衡量，越大，表示构件刚度
越小；长细比过大，构件在使用过程中容易由于自重产生挠曲，在 动力荷载作用下容易产生振动，在运输和安装过程中容易产生弯曲。 因此设计时应使构件长细比不超过规定的容许长细比
(钢结构设计原理)第四章 轴心受力 构件
轴心受力构件的应用
a)
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）。
+
+
+
+
b)
++
在钢结构中应用广泛，如桁架、网
++
架中的杆件，工业厂房及高层钢结
构的支撑，操作平台和其它结构的
++
支柱等。
max(li0)max[]
（4-8）
max——构件最不利方向的最大长细比； (x ,y)max
l0——计算长度，取决于其两端支承情况；
i——回转半径；
[] ——容许长细比 ，查P85表4-1，表4-2。
i I A
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平衡问题的基本概念
平衡问题的基本概念
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轴心受压构件的平衡状态
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轴心受力构件截面螺栓连接时的强度计算
轴心受力构件的强度计算
轴心受力构件采用螺栓连接时最危险净截面的计算
螺栓并列布置按最危险的正 交截面（Ⅰ－Ⅰ）计算：
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螺栓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，取截 面的较小面积计算：
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1
N
随遇平衡是从稳定平衡过渡到不稳定平衡
的临界状态，发生随遇平衡时的轴心压力
称为临界力Ncr，相应的截面应力称为临界 应力cr。
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轴心受压构件的失稳状态
失稳的基本概念
如轴心压力再稍微增加，则弯曲变形 迅速增大而使构件丧失承载能力，这 种现象称为构件的不稳定平衡或弯曲 失稳。
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轴心受力构件的截面形式
轴心受力构件的截面形式
a）型钢截面； b)实腹式组合截面；c)格构式组合截面
实 腹 式 截 面
格 构 式 截 面
轴心受力构件的截面形式
实腹式构件比格 构式构件构造简 单，制造方便， 整体受力和抗剪 性能好，但截面 尺寸较大时钢材 用量较多；而格 构式构件容易实 现两主轴方向的 等稳定性，刚度 较大，抗扭性能 较好，用料较省。
稳定平衡的基本概念
无缺陷的轴心受压构件在压力较小时， 只有轴向压缩变形，并保持直线平衡状 态。此时如果有干扰力使构件产生微小 弯曲，当干扰力移去后，构件将恢复到 原来的直线平衡状态。（稳定平衡）
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轴心受压构件的随遇平衡的基本概念
随遇平衡的基本概念
随着轴向压力N的增大，当干扰力移去后， 构件仍保持微弯平衡状态而不能恢复到原 来的直线平衡状态。（随遇平衡）
轴心受压构件的平衡状态总结
平衡问题的基本概念
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轴心受压构件的整体失稳状态
轴心受压构件的整体失稳状态
无缺陷的轴心受压构件（双轴对称的工型截面）通常发生弯曲失稳， 构件的变形发生了性质上的变化，即构件由直线形式改变为弯曲形式， 且这种变化带有突然性。
对某些抗扭刚度较差的轴心受压构件（十字形截面），当轴心压力达 到临界值时，稳定平衡状态不再保持而发生微扭转。当轴心力在稍微 增加，则扭转变形迅速增大而使构件丧失承载能力，这种现象称为扭 转失稳。
截面为单轴对称（T形截面）的轴心受压构件绕对称轴失稳时，由于截 面形心和剪切中心不重合，在发生弯曲变形的同时必然伴随有扭转变 形，这种现象称为弯扭失稳。
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轴心受压构件的整体失稳状态
轴心受压构件的整体失稳状态
◎ 弹性阶段－应力分布不均匀； ◎ 极限状态－净截面上的应力为均匀屈服应力。
N
N
N
N
N/A f 0
max =3 0
n
（5fy.2.2）
(a)弹性状态应力
(b)极限状态应力
截面削弱处的应力分布
构件以净截面的平均应力达到屈服强度为强度极限状态。
设计时应满足
σ N f An
（4-1）
An—— 构件的净截面面积
++
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轴心受力构件的应用
轴心受压构件的应用
轴心受力构件的应用
柱头
柱头
缀板
l l
缀条 l =l
柱身 柱身
柱脚
柱脚
x 1 x (虚轴) 1 x (虚轴)
y yy yy y
(实轴) (实轴)
x
1x
1x
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支承屋盖、楼盖或工作平台的竖向 受压构件通常称为柱。柱由柱头、 柱身和柱脚三部分组成。 传力方式： 上部结构－柱头－柱身－柱脚－ 基础 实腹式构件和格构式构件
1. 截面无削弱 构件以全截面平均应力达到屈服强度为强度极限状态。
设计时，作用在轴心受力构件中的外力N应满足：
σN f A
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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。
轴心受力构件截面有削弱时的强度计算
轴心受力构件的强度计算
2. 有孔洞等削弱
实腹式构件具有整体连通的截面。 格构式构件一般由两个或多个分肢 用缀件联系组成。采用较多的是两 分肢格构式构件。
轴心受力构件的应用
轴心受力构件的应用
柱头
柱头
缀板
l l
缀条 l =l
柱身 柱身
柱脚
柱脚
x 1 x (虚轴) 1 x (虚轴)
y yy yy y
(实轴) (实轴)
x
1x
1x
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格构式构件
实轴和虚轴
格构式构件截面中，通过分肢腹板的 主轴叫实轴，通过分肢缀件的主轴叫 虚轴。
缀条和缀板
一般设置在分肢翼缘两侧平面内，其作 用是将各分肢连成整体，使其共同受力， 并承受绕虚轴弯曲时产生的剪力。 缀条用斜杆组成或斜杆与横杆共同组成， 它们与分肢翼缘组成桁架体系；缀板常 用钢板，与分肢翼缘组成刚架体系。
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轴心受力构件的设计内容
轴心受力构件的设计内容
轴 轴心受拉构件 心 受 力 构 轴心受压构件 件
强度 （承载能力极限状态） 刚度 （正常使用极限状态） 强度 （承载能力极限状态） 稳定
刚度 （正常使用极限状态）
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轴心受力构件的强度计算
轴心受力构件的强度计算
轴心受力构件以截面上的平均应力达到钢材的屈服强 度作为强度计算准则。