格构式柱柱梁连接文档格式.docx

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斜缀条长，则：

斜缀条的轴向变形为：

A1——斜缀条总面积

假设变形和剪切角是有限的微小值，则由引起的水平变位为：

故剪切角为：

（5.26）

这里，为斜缀条与柱轴线间的夹角，代入式（5.25）中得：

（5.27）

一般斜缀条与柱轴线间的夹角在400～700范围内，在此常用范围，的值变化不大（图5.17），我国规范加以简化取为常数27，由此得双肢缀条柱的换算长细比为：

（5.28）

式中——整个柱对虚轴的长细比（不计缀材）；

A——整个柱肢的毛截面面积；

A1——一个节间内两侧斜缀条毛截面面积之和。

需要注意的是，当斜缀条与柱轴线间的夹角不在400～700范围内时，值将大27很多，式（5．28）是偏于不安全的，此时应按式（5.27）计算换算长细比。

（2）双肢缀板柱

双肢缀板柱中缀板与肢件的连接可视为刚接，因而分肢和缀板组成一个多层框架，假定变形时反弯点在各节点的中点[图5.18（a）]。

若只考虑分肢和缀板在横向剪力作用下的弯曲变形，取分离体如图5．18（b）所示，A为分肢横截面积之和；

l1分肢节间高度；

a分肢轴间距；

I1分肢绕弱轴的惯性矩；

Ib缀板的惯性矩；

可得单位剪力作用下缀板弯曲变形引起的分肢变位为：

5．4．2．3缀材设计

（1）轴心受压格构柱的横向剪力

格构柱绕虚轴失稳发生弯曲时，缀材要承受横向剪力的作用。

因此，需要首先计算出横向剪力的数值后才能进行缀材的设计。

图5．19所示一两端铰支轴心受压柱，绕虚轴弯曲时，假定最终的挠曲线为正弦曲线，跨中最大挠度为：

则沿杆长任一点的挠度为：

式中——按虚轴换算长细比确定的整体稳定系数。

令N＝，即得《钢结构设计规范》规定的最大剪力的计算式：

（5.33）

在设计中，将剪力V沿柱长度方向取为定值，相当于简化为图5．19（c）的分布图形。

（2）缀条的设计

缀条的布置一般采用单系缀条图5．20（a），也可采用交叉缀条[图5．20（b）]。

缀条可视为以柱肢为弦杆的平行弦桁架的腹杆，内力与桁架腹杆的计算方法相同。

在横向剪力作用下，一个斜缀条的轴心力为（图5.20）：

（5.34）

式中V1——分配到一个缀材面上的剪力；

n——承受剪力V1的斜缀条数。

单系缀条时，n＝1；

交叉缀条时，n＝2；

——缀条的倾角（图5.20）。

由于剪力的方向不定，斜缀条可能受拉也可能受压，应按轴心压杆选择截面。

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考虑扭转效应）时，应按钢材强度设计值乘以下列折减系数；

①按轴心受力计算构件的强度和连接时，＝0.85。

②按轴心受压计算构件的稳定性时

等边角钢＝0．6十0．00l5A，但不大于1．0

短边相连的不等边角钢＝0．5十0．0025，但不大于1.0

长边相连的不等边角钢＝0．70

为缀条的长细比，对中间无联系的单角钢压杆、按最小回转半径计算，当＜20时，取＝20。

交叉缀条体系[图5．20（b）]的横缀条按受压力N＝Vl计算。

为了减小分肢的计算长度，单系缀条[图5.20（a）]也可加横缀条，其截面尺寸一般与斜缀条相同，也可按容许长细比（[]=150）确定。

（3）缀板的设计

缀板柱可视为一多层框架（肢件视为框架立柱，缀板视为横梁）。

当它整体挠曲时，假定各层分肢中点和缀板中点为反弯点[图5．18（a）]。

从柱中取出如图5．2l（b）所示脱离体，可得缀板内力为：

剪力：

（5.35）

弯矩（与肢件连接处）：

（5.36）

式中——缀板中心线间的距离；

a——肢件轴线间的距离。

缀板与肢体间用角焊缝相连，角焊缝承受剪力和扭矩的共同作用。

由于角焊缝的强度设计值小于钢材的强度设计值，故只需用上述M和T验算缀板与肢件间的连接焊缝。

缀板应有一定的刚度。

规范规定，同一截面处两侧缀板线刚度之和不得小于一个分肢线刚度的6倍。

一般取宽度d≥2a／3[图5．21（b）]，厚度t≥a／40，并不小于6mm。

5．4．2．4格构柱的设计步骤

格构柱的设计需首先选择柱肢截面和缀材的形式，按下列步骤进行设计：

（1）按对实轴（y—y轴）的整体稳定选择柱的截面，方法与实腹柱的计算相同。

（2）按对虚轴（x—x轴）的整体稳定确定两分肢的距离。

为了获得等稳定性，应使两方向的长细比相等，即使。

缀条柱（双肢）：

即：

（5.37）

缀板柱（双肢）：

（5.38）

对缀条柱应预先确定斜缀条的截面A1；

对缀板柱应先假定分肢长细比。

按式（5．37）或式（5．38）计算得出后，即可得到对虚轴的回转半径：

根据表5．6，可得柱在缀材方向的宽度，亦可由已知截面的几何量直接算出柱的宽度b。

（3）验算对虚轴的整体稳定性，不合适时应修改柱宽b再进行验算。

（4）设计缀条或缀板（包括它们与分肢的连接）。

进行以上计算时应注意：

（1）柱对实轴的长细比和对虚轴的换算长细比均不得超过容许长细比；

（2）缀条柱的分肢长细比不得超过柱两方向长细比（对虚轴为换算长细比）较大值的0．7倍，否则分肢可能先于整体失稳；

（3）缀板柱的分肢长细比不大于40，并不应大于柱较大长细比的0.5倍（当＜50时，取=50〉，亦是为了保证分肢不先于整体构件失去承载能力。

5．4．3柱的横隔

格构柱的横截面为中部空心的矩形，抗扭刚度较差。

为了提高格构柱的抗扭刚度，保证柱子在运输和安装过程中的截面形状不变，应每隔一段距离设置横隔。

另外，大型实腹柱（工字型或箱型）也应设置横隔（图5.22）。

横隔的间距不得大于柱子较大宽度的9倍或8m，而且每个运送单元的端部均应设置横隔。

当柱身某一处受有较大水平集中力作用时，也应在该处设置横隔，以免柱肢局部受弯。

横隔可用钢板{图5．22（a）、（c）、（d）}或交叉角钢[图5．22（b）]做成。

工字形截面实腹柱的横隔只能用钢板制作，它与横向加劲肋的区别在于与翼缘同宽[图5．22（c）]，而横向加劲肋则通常较窄。

箱形截面实腹柱的横隔，有一边或两边不能预先焊接，可先焊两边或三边，装配后再在柱壁钻孔用电渣焊焊接其他边[图5．22（d）]。

[例5．3]设计一缀板柱，柱高6m，两端铰接，轴心压力为l000kN（设计值），钢材为Q235钢，截面无孔眼削弱。

[解]

5．5柱头和柱脚

单个构件必须通过相互连接才能形成结构整体，轴心受压柱通过柱头直接承受上部结构传来的荷载，同时通过柱脚将柱身的内力可靠地传给基础。

最常见的上部结构是梁格系统。

梁与柱的连接节点设计必须遵循传力可靠、构造简单和便于安装的原则。

5．5．1梁与柱的连接

梁与轴心受压柱的连接只能是铰接，若为刚接，则柱将承受较大弯矩成为受压受弯柱。

梁与柱铰接时，梁可支承在柱顶上[图5．25（a）、（b）、（c）]。

亦可连于柱的侧面[图5．25（d）、（e）]。

梁支于柱顶时，梁的支座反力通过柱顶板传给柱身。

顶板与柱用焊缝连接，顶板厚度一般取16—20mm。

为了便于安装定位，梁与顶板用普通螺栓连接。

图5．25（b）的构造方案，将梁的反力通过支承加劲肋直接传给柱的翼缘。

两相邻梁之间留一空隙，以便于安装，最后用夹板和构造螺栓连接。

这种连接方式构造简单，对梁长度尺寸的制作要求不高。

缺点是当柱顶两侧梁的反力不等时将使柱偏心受压。

图5．25（b）的构造方案，梁的反力通过端部加劲肋的突出部分传结柱的轴线附近，因此即使两相邻梁的反力不等，柱仍接近于轴心受压。

梁端加劲肋的底面应刨平顶紧于柱顶板。

由于梁的反力大部分传给柱的腹板，因而腹板不能太薄且必须用加劲肋加强。

两相邻梁之间可留一些空隙，安装时嵌入合适尺寸的填板并用普通螺拴连接。

对于格构柱[图5．25（c）]，为了保证传力均匀并托住顶板，应在两柱肢之间设置竖向隔板。

在多层框架的中间梁柱中，横梁只能在柱侧相连。

图5．25（d）、（e）是梁连接于柱侧面的铰接构造。

梁的反力由端加劲肋传给支托，支托可采用T形[图5．25（e）]，也可用厚钢板做成[图5．25（d）]，支托与柱翼缘间用角焊缝相连。

用厚钢板做支托的方案适用于承受较大的压力，但制作与安装的精度要求较高。

支托的端面必须刨平并与梁的端加劲肋顶紧以便直接传递压力。

考虑到荷载偏心的不利影响，支托与柱的连接焊缝按梁支座反力的1．25倍计算。

为方便安装，梁端与柱间应留空隙加填板并设置构造螺栓。

当两侧梁的支座反力相差较大时，应考虑偏心，按压弯柱计算。

图5.25梁与柱的铰接连接

5．5．2柱脚

柱脚的构造应使柱身的内力可靠地传给基础，并和基础有牢固的连接。

轴心受压柱的柱脚主要传递轴心压力，与基础的连接一般采用铰接（图5．26）。

图5．26是几种常用的平板式铰接柱脚。

由于基础混凝土强度远比钢材低，所以必须把柱的底部放大，以增加其与基础顶部的接触面积。

图5．26（a）是一种最简单的柱脚构造形式，在柱下端仅焊一块底板，柱中压力由焊缝传至底板，再传给基础。

这种柱脚只能用于小型柱，如果用于大型柱，底板会太厚。

一般的铰接柱脚常采用图5．26（b）、（c）、（d）的形式，在柱端部与底板之间增设一些中间传力零件，如靴梁、隔板和肋板等，以增加柱与底板的连接焊缝长度，并且将底板分隔成几个区格，使底板的弯矩减小，厚度减薄。

图5．26（b）中，靴梁焊于柱的两侧，在靴梁之间用隔板加强，以减小底板的弯矩，并提高靴梁的稳定性。

图5．26（c）是格构柱的柱脚构造。

图5．26（d）中，在靴梁外侧设置肋板，底板做成正方形或接近正方形。

布置柱脚中的连接焊缝时，应考虑施焊的方便与可能。

例如图5．26（b）隔板的里侧，图5．26（c）、（d）中靴梁中央部分的里侧，都不宜布置焊缝。

柱脚是利用预埋在基础中的锚栓来固定其位置的。

铰接柱脚只沿着一条轴线设立两个连接于底板上的锚栓，见图5．26。

底板的抗弯刚度较小，锚栓受拉时，底板会产生弯曲变

形，阻止柱端转动的抗力不大，因而此种柱脚仍视为铰接。

如果用完全符合力学图形的铰，将给安装工作带来很大困难，而且构造复杂，一般情况没有此种必要。

铰接柱脚不承受弯矩，只承受轴向压力和剪力。

剪力通常由底扳与基础表面的摩擦力传递。

当此摩擦力不足以承受水平剪力时，应在柱脚底板下设置抗剪键（图5．27），抗剪键可用方钢、短T字钢或H型钢做成。

铰接柱脚通常仅按承受轴向压力计算，轴向压力N一部分由柱身传给靴梁、肋板等，再传给底板，最后传给基础；

另一部分是经柱身与底扳间的连接焊缝传给底板，再传给基础。

然而实际工程中，柱端难于做到齐平，而且为了便于控制柱长的准确性，柱端可能比靴梁缩进一些[图5.26（c）]。

（1）底板的计算

①底板的面积

底板的平面尺寸决定