钢结构辅导知识分析doc 7页正式版.docx

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钢结构辅导资料十一

主题：

第四章轴心受力构件

第六节格构式轴心受压构件

第七节柱头和柱脚

学习时间：

2010年12月27日－2011年1月2日

内容：

这周我们将学习本门课的第四章轴心受力构件。

第四章轴心受力构件

第六节格构式轴心受压构件

第七节柱头和柱脚

本章的学习要求及需要掌握的重点内容如下：

1、格构式轴心受压构件的整体稳定、缀材设计；

2、柱头设计。

基本概念：

局部稳定，整体稳定。

知识点：

格构式轴心受压构件绕虚轴的换算长细比及其整体稳定验算，缀条和缀板的受力、设计与计算；柱头设计。

本周内容共包含两大部分：

第一部分是知识点讲解，第二部分是本周练习题，包含了本周学习的知识点，题型以考试题型为主。

第一部分本周主要内容讲解及补充

一、格构式轴心受压构件

1、截面形式

常用的格构式构件截面形式有两个槽钢或工字钢组成的双肢截面，此外，当轴心压力较小但长度大时，还可以采用以钢管、角钢组成的三肢、四肢截面，如下图所示。

2、组成

格构式构件是将肢件用缀材连成一体的一种构件。

缀材分缀条和缀板两种，故格构式构件以分为缀条式和缀板式两种。

缀条常采用单角钢，用斜杆组成，一般斜杆与构件轴线成α（40～70）度夹角。

缀条也可由斜杆和横杆组成。

缀板常采用钢板，必要时也可采用型钢，每隔一定距离在每个缀板平面内设置一个。

在格构式构件截面上，垂直于肢件腹板平面的主轴叫做实轴，图中的x-x轴，垂直于缀材平面的主轴叫做虚轴，图中的y-y轴。

当构件截面尺寸较大。

构件较长时，为了节约钢材，宜采用格构式。

3、格构式构件截面设计的特点

（1）通过调整肢件之间距离较易实现等稳定性。

（2）格构式构件绕实轴的稳定计算与实腹式构件相同，而绕虚轴的稳定性比具有同样长细比的实腹式构件小，因为，格构式构件的肢件是每隔一定距离用缀材联系起来的，当构件绕虚轴屈曲时，引起的变形比实腹式构件大，此变形是由弯曲和剪力两个因素共同引起的。

对实腹式构件，由剪力产生的变形很小，一般可忽略不计，但对格构式构件绕虚轴屈曲时，就必须考虑剪力所产生的变形及其对临界力的影响。

设计计算时，采用加大的换算长细比来代替整个构件对虚轴的实际长细比，这样就相当于降低了虚轴方向的临界力，以达到等稳定性要求。

（3）格构式构件在整体失稳前存在着单肢失稳的可能，因此，应进行单肢稳定计算。

4、格构式轴心受压构件截面设计的步骤

截面选择

（1）按实轴的稳定条件选出肢件截面，并对实轴验算。

具体方法与步骤和实腹式压杆相同，但由假定的

查

值时，均按b类截面查得。

（2）按虚轴与实轴等稳定原则，确定两分肢间距并验算（对虚轴）。

对双肢格构式柱，根据等到稳定条件

，代入换算长细比的计算公式，可求得格构式构件所需要的

的最大值。

缀条式：

缀板式：

缀材设计

（1）缀材的剪力

构件轴心受压屈曲时将产生横向剪力，对格构式构件，缀材需要承担这个剪力，通常先估算出受压件挠曲时产生的剪力然后计算由此剪力引起的缀材内力。

根据理论推导，钢结构规范规定按下式计算最大剪力：

（2）缀条设计

①缀条的布置形式

一般采用单斜式；对受力很大的压杆，可采用双斜式；当两肢件的间距较大时，也可在单斜式条之间设置横缀条来减小单肢的计算的计算长度。

②缀条的计算

计算简图：

平行弦桁架。

一侧缀条受力：

斜缀条受力：

（受拉或受压）

斜缀条不应小于

45×4或

56×36×4，按轴心受压构件进行验算：

a.刚度：

b.整体稳定：

c.计算强度和连接时，设计强度应乘以折减系数0.85，以考虑偏心的影响。

横缀条主要用来减少分肢的计算长度，其截面尺寸通常取与斜缀条相同规格。

③缀条与分肢的连接形式

缀条的轴线通常应与肢件轴线交于一点。

斜缀条一般与肢件搭接，为了减小搭救接长度和增强受动力荷载的性能，宜采用三面围焊。

当肢件翼缘较窄时，缀条与肢件连接有两种方法：

横缀条搭接在与肢件翼缘边对接焊的小节点板；缀条全部搭接在节点板上。

由于构造原因，也允许缀条的轴线与槽钢的外边缘汇交。

为使构件表面平整体，缀条也可放在构件内侧，但内侧焊接比较困难。

（3）缀板的设计

①缀板的尺寸与间距

缀板的尺寸

缀板间距

②缀板计算

计算简图：

多层刚架，并近似取反弯点在各段分肢和缀板中点。

③缀板与分肢的连接形式

缀板与肢搭接长度一般为20～30mm可以采用三面围焊，或只用缀板端部纵向焊缝。

（4）构造要求：

为了保证格式构件在运输和安装过程中具有必要的截面刚度，避免截面歪扭，规定格构式构件的横隔间距不得大于截面较大宽度的9倍，且不大于8m，在受有较大水平力或运输单元的端部均设置横隔，横隔可用钢板或交叉角钢组成。

二、柱头和柱脚

柱头：

1、柱头的定义及作用

柱头是指柱的顶部与梁（或桁架）连接的部分。

其作用是将梁等上部结构的荷载传到柱身。

2、柱头的连接方式

按梁安放在柱头的位置不同，柱头有两种连接方式，一种是将梁直接放在柱顶上的顶面连接，另一种是将梁连于柱侧面的侧面连接。

轴心受压柱与梁的连接主要采用铰接。

3、连接构造设计的原则

传力明确、可靠、简捷,便于制造和安装，经济合理。

4、顶面连接

典型的实腹式柱的柱头构造

（1）构造

首先应在柱顶设一块柱顶板来安放梁。

梁端支承加劲肋采用突缘板形式，其底部刨平（或铣平），与柱顶板直接顶紧，梁的全部压力通过突缘板压在柱顶板的中部，即使相邻两梁的支座反力不相等，对柱所引起的偏心也很小，柱仍接近轴心受压状态。

柱顶板厚度一般采用16～25mm，平面尺寸一般向柱四周外伸20～30mm，以便与柱焊接。

其次，当梁支座反力较大时，为了提高顶板的抗弯刚度，可在顶板上面加焊一块垫板，在顶板的下面设加劲肋。

这样，柱顶板本身不需要太厚，一般≥14mm即可。

为了便于制造和安装，两相邻梁相接处预留10～20mm间隙，待安装就位后，在靠近梁下翼缘处的梁支座加劲肋间填以钢板，并用螺栓连接。

这样即可使梁相互连接，又可避免梁弯曲时由于弹性约束面产生支座弯矩。

（2）计算

假设梁传来的全部压力为N，则其传力途径为：

N

垫板

顶板

加劲肋

腹板。

其中垫板与顶板、顶板与柱身均采用构造焊缝连接。

典型的格构式柱的柱头构造

简单的柱头构造

5、侧面连接

梁与实腹式柱和格构式柱的连接构造

首先，在柱翼缘板上焊以承托，承托可用厚钢板或厚角钢做成，承托板厚度应比梁端支座加劲肋厚度大5～10mm，一般为25～40mm。

承托板的顶面应刨平。

其次，将相邻梁端支座加劲肋的突缘部分刨平（或铣平），安放在焊于柱翼缘板的承托上，并与之顶紧。

最后，固定梁的位置。

梁端支座加劲肋可直接用c级螺栓与柱翼缘相连（螺栓数目按构造要求布置），也可在梁端支座加劲肋与柱翼缘间留5～10mm的空隙，安装时放填板并设置构螺栓，以固定梁的位置。

为加强柱头的刚度，实腹式柱和柱头一段变成实腹式的格构式柱应设置柱顶板（起横隔作用），必要时还应该加劲肋和缀板。

柱脚

1、柱脚的定义及作用

柱下端与基础相连的部分称为柱脚。

柱脚的作用是将柱身所受的力传递和分布到基础，并将柱固定于基础。

基础一般由混凝土或钢筋混凝土做成，其强度远低于钢材的，所以必须将柱身的底端扩大以增加与基础接触的面积，使接触面积上承压力小于或等于基础的抗压强度设计值。

这就要求柱脚有一定的宽度和长度，也应有一定的刚度和强度，使柱身压力比较均匀地传到基础。

2、柱脚设计的原则

传力明确，可靠、简捷、构造简单、节约材料、施工方便，并符合计算简图。

3、柱脚型式和构造

轴心受压柱的柱脚常设计成铰接，铰接柱脚常采用平板式柱脚。

实际工程中很少采用真正自由转动的球形、轴形、弧形、等型式的铰。

仅有底板的柱脚。

对轴力很小的柱，可将柱身底端切割平齐，直接与底板焊接。

柱身所受的力通过焊缝传给底板，由底板分布到基础。

底板厚度一般为20～40mm，用两个锚栓固定在基础上，锚栓位置放在柱中轴线上，一般在短轴线底板两侧。

锚栓直径按构造采用20～30mm，预埋于混凝土基础内。

这种柱脚构造最简单；但只适用于轴力很小的柱，否则底板和焊缝都将太厚，因为底板在各方向均为悬臂。

有靴梁的柱脚。

靴梁是联系柱身和底板的横向分布结构，可用竖板或槽钢做成，在柱的两侧沿柱脚的较长方向各设置一个。

柱身轴力先通过与靴梁连接的竖向焊缝传给靴梁，再从靴梁通过其与底板连接的水平焊缝传给底板，然后从底板传到基础。

连接柱身与底板的水平焊缝由于质量不易保证（因板间位置不准，常有一定空隙），计算时通常不考虑其受力。

靴梁实际上是一个下边受有向上均布荷载的单跨双伸臂梁。

有靴梁带隔板的柱脚。

当靴梁外伸较长时，除靴梁外可加设隔板，将底板的区格划小，使底板承受的弯矩减小，厚度不致过大。

隔板同时可提高靴梁的侧向刚度。

有靴梁和肋板的柱脚。

这种柱脚采用双向分布结构，使柱身轴力向四个方向扩散，基础压力分布得更均匀。

这种柱脚底板可做成正方形或接近正方形。

通常情况是在柱的一个方向采用靴梁，另一个方向设肋板。

当轴心力较小时也可在两个方向都采用肋板而不设靴梁，肋板的受力如同受均布荷载的倒悬臂梁，弯矩和剪力在支承焊缝处最大，向边端衰减较快，所以肋板外形常做成接近三角形。

这种柱脚的锚栓布置和前面一样。

第二部分本周练习题

单选题

1、格构式轴心受压柱缀材的计算内力随（）的变化而变化。

A．缀材的横截面积

B．缀材的种类

C．柱的横截面面积

D．柱的计算长度

答案：

C

2、规定缀条的单肢长细比

（

是柱两主轴方向最大长细比），是为了（）。

A．使两单肢能共同工作

B．构造要求

C．保证整个柱的稳定

D．避免单肢先于整个柱失稳

答案：

D

3、轴心受压构件柱脚底板的面积主要取决于（）。

A．底板的抗弯刚度

B．柱子的截面积

C．基础材料的强度等级

D．底板的厚度

答案：

C

简答题

轴心受压柱的柱头一般采用什么形式？

柱头的构造应满足什么原则？

答：

柱头（梁与柱的交接点），可分为铰接与刚接两种形式。

轴心受压柱与梁的连接应采用铰接，因为如采用刚接将对柱产生弯矩，使柱成为压弯构件。

柱头构造的原则是：

传力可靠并符合柱身计算简图所作的假定，构造简单，便于安装做到设计可靠，省料和省工。