华中科技大学：《钢结构设计原理》课程电子教案（PPT教学课件）第六章 轴心受力构件

第六章轴心受力构件 1、轴心受力构件的应用和截面形式 2、轴心受力构件的强度和刚度 3、轴心受压构件的整体稳定 4、实际轴心受压构件整体稳定的计算 5、轴心受压构件的局部稳定 6、实腹式轴心受压构件的截面设计 7、格构式轴心受压构件 钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure

第六章 轴心受力构件 钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 1、轴心受力构件的应用和截面形式 2、轴心受力构件的强度和刚度 3、轴心受压构件的整体稳定 4、实际轴心受压构件整体稳定的计算 5、轴心受压构件的局部稳定 6、实腹式轴心受压构件的截面设计 7、格构式轴心受压构件

第六章轴心受力构件 §61轴心受力构件的应用及截面形式 611轴心受力构件的应用 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)。 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。 图611轴心受压构件的应用 钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure

钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第六章 轴心受力构件 6.1.1 轴心受力构件的应用 §6.1 轴心受力构件的应用及截面形式 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）。 a) + + + + + + + + + + + + b) 图6.1.1 轴心受压构件的应用 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

第六章轴心受力构件 柱头 柱头 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。 缀板 传力方式: 上部结构柱头一柱身一柱脚一基础 实腹式构件和格构式构件 柱身 柱 实腹式构件具有整体连通的截面。 柱脚 柱脚 格构式构件一般由两个或多个分肢 「星A用缀件联系组成。采用较多的是两 (虚轴) 分肢格构式构件 (虚轴) y 实轴) 实轴)图612柱的形式 钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure

钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第六章 轴心受力构件 柱脚 y y x x 1 x 1 柱脚 (实轴) x x y 1 y (虚轴) (虚轴) y 1 x (实轴) y 柱头 柱身 柱身 l l 缀板 l = l 缀条 柱头 图6.1.2 柱的形式 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 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

第六章轴心受力构件 柱头 柱头 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 缀板 主轴叫实轴,通过分肢缀件的主轴叫 虚轴。 扣缀条和缀板 般设置在分肢翼缘两侧平面内,其作 柱身 柱 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。 柱脚 柱脚 A准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 (虚轴) (虚轴) 用钢板,与分肢翼缘组成刚架体系 y 实轴) 实轴)图612柱的形式 钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure

钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第六章 轴心受力构件 柱脚 y y x x 1 x 1 柱脚 (实轴) x x y 1 y (虚轴) (虚轴) y 1 x (实轴) y 柱头 柱身 柱身 l l 缀板 l = l 缀条 柱头 图6.1.2 柱的形式 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

第六章轴心受力构件 612轴心受力构件的截面形式 n)型钢截面:b)实腹式组合截面:0格构式组合截面实腹式构件比格 ○口L[] 构式构件构造简 单,制造方便, 实腹式截面格构式截面 (a) 整体受力和抗剪 工+上工 性能好,但截面 尺寸较大时钢材 (k) 用量较多;而格 构式构件容易实 □I口A 现两主轴方向的 等稳定性,刚度 较大,抗扭性能 图61,3轴心受力构件的截面形式 较好,用料较省。 钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure

钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第六章 轴心受力构件 6.1.2 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 图6.1.3 轴心受力构件的截面形式 实 腹 式 截 面 格 构 式 截 面 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

第六章轴心受力构件 轴心受力构件的设计 强度(承载能力极限状态) 轴(轴心受拉构件刚度(正常使用极限状态) 力 「强度1(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) 钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure

钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第六章 轴心受力构件 轴 心 受 力 构 件 轴心受拉构件 轴心受压构件 强度 （承载能力极限状态） 刚度 （正常使用极限状态） 强度 刚度 （正常使用极限状态） 稳定 （承载能力极限状态） 轴心受力构件的设计

第六章轴心受力构件 §6.2轴心受力构件的强度和刚度 621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。 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: f(6.) 轴心力设计值 A构件的毛截面面积; ∫—钢材抗拉或抗压强度设计值 钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure

钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第六章 轴心受力构件 §6.2 轴心受力构件的强度和刚度 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。 N σ f A =  （6.2.1） 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。 6.2.1 轴心受力构件的强度计算 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：

第六章轴心受力构件 2.有孔洞等削弱 ◎弹性阶段一应力分布不均匀; ◎极限状态一净截面上的应力为均匀屈服应力。 Omax =3 ao (a)弹性状态应力 (b)极限状态应力 图621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 < (6.22) 构件的净截面面积 钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure

钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第六章 轴心受力构件 2. 有孔洞等削弱 ◎ 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 A f / （5.2.2） 图6.2.1 截面削弱处的应力分布 N N N N 0  max =3  0 fy (a)弹性状态应力 (b)极限状态应力 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 n N σ f A =  （6.2.2） An—— 构件的净截面面积

第六章轴心受力构件 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一I)计算: h1=(b-n1:a) 螺栓错列布置可能沿正交截面 Ⅱ (-|)破坏,也可能沿齿 状截面(Ⅱ一Ⅱ)破坏,取截N 面的较小面积计算: A.=2c4+ , +C-n n2 钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure

钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第六章 轴心受力构件 A b n d t n1 1 0 = −   ( ) 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： 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： ( ) 2 2 n 4 2 1 2 2 0 A c n c c n d t 2 1 ;   = + − + −     N N b t t1 b1 1 1 N N t t1 b c2 c3 c 4 c 1 1 1 Ⅱ Ⅱ

第六章轴心受力构件 对于高强螺栓的摩擦型连接,可以认为连接传力所依靠的摩擦力 均匀分布于螺孔四周,故在孔前接触面已传递一半的力,因此最 外列螺栓处危险截面的净截面强度应按下式计算 N′ ≤f其中:A21=(b-n1d)t ∫-钢材强度设计值;d-螺栓孔直径; b-主板宽度;t-主板厚度。 N′=N1 0.5n 图62.3摩擦型高强螺栓孔前传力 计算截面上的螺栓数;对于高强度螺栓摩擦型连接的构件, n-连接一侧的螺栓总数。除按上式验算净截面强度外,还应 0.5为孔前传力系数 按式(621验算毛截面强度。 钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure

钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure 第六章 轴心受力构件 对于高强螺栓的摩擦型连接，可以认为连接传力所依靠的摩擦力 均匀分布于螺孔四周，故在孔前接触面已传递一半的力，因此最 外列螺栓处危险截面的净截面强度应按下式计算： 图6.2.3 摩擦型高强螺栓孔前传力 ,1 1 0 ( ) ,1 0 ; ; n n N f A b n d t A f d b t   =  = −   − − − − 其中： 钢材强度设计值 螺栓孔直径； 主板宽度； 主板厚度。 1 1 0.5 1 n N N n n n    = −     − − 计算截面上的螺栓数； 连接一侧的螺栓总数。 0.5为孔前传力系数 对于高强度螺栓摩擦型连接的构件， 除按上式验算净截面强度外，还应 按式(6.2.1)验算毛截面强度