中南大学钢结构第六章.ppt

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第六章第六章轴心受力构件轴心受力构件钢结构设计原理钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure1、轴心受力构件的应用和截面形式、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、轴心受力构件的强度和刚度3、轴心受压构件的整体稳定、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、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、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、实腹式轴心受压构件的截面设计7、格构式轴心受压构件、格构式轴心受压构件钢结构设计原理钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章第六章轴心受力构件轴心受力构件6.1.1轴心受力构件的应用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的应用及截面形式轴心受力构件是指承受通过截面形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。

包括心轴线的轴向力作用的构件。

包括轴心受拉构件轴心受拉构件（轴心拉杆）和（轴心拉杆）和轴心轴心受压构件受压构件（轴心压杆）。

（轴心压杆）。

a）+b）图图图图6.1.16.1.1轴心受压构件的应用轴心受压构件的应用轴心受压构件的应用轴心受压构件的应用在钢结构中应用广泛，如桁架、网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构的支撑，操作平台和其它结构的支柱等。

支柱等。

钢结构设计原理钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章第六章轴心受力构件轴心受力构件图图图图6.1.26.1.2柱的形式柱的形式柱的形式柱的形式支承屋盖、楼盖或工作平台的竖向支承屋盖、楼盖或工作平台的竖向受压构件通常称为柱。

柱由柱头、受压构件通常称为柱。

柱由柱头、柱身和柱脚三部分组成。

柱身和柱脚三部分组成。

传力方式：

传力方式：

上部结构柱头柱身柱脚基础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和格构式构件实腹式构件具有整体连通的截面。

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。

采用较多的是两用缀件联系组成。

采用较多的是两分肢格构式构件。

分肢格构式构件。

钢结构设计原理钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章第六章轴心受力构件轴心受力构件图图图图6.1.26.1.2柱的形式柱的形式柱的形式柱的形式格构式构件格构式构件实轴和虚轴实轴和虚轴格构式构件截面中，通过分肢腹板的格构式构件截面中，通过分肢腹板的主轴叫实轴，通过分肢缀件的主轴叫主轴叫实轴，通过分肢缀件的主轴叫虚轴。

虚轴。

缀条和缀板缀条和缀板一般设置在分肢翼缘两侧平面内，其作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，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。

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，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。

用钢板，与分肢翼缘组成刚架体系。

钢结构设计原理钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章第六章轴心受力构件轴心受力构件6.1.2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；）型钢截面；b）实腹式组合截面；实腹式组合截面；c）格构式组合截面格构式组合截面图图6.1.3轴心受力构件的截面形式轴心受力构件的截面形式实实腹腹式式截截面面格格构构式式截截面面实腹式构件比格实腹式构件比格构式构件构造简构式构件构造简单，制造方便，单，制造方便，整体受力和抗剪整体受力和抗剪性能好，但截面性能好，但截面尺寸较大时钢材尺寸较大时钢材用量较多；而格用量较多；而格构式构件容易实构式构件容易实现两主轴方向的现两主轴方向的等稳定性，刚度等稳定性，刚度较大，抗扭性能较大，抗扭性能较好，用料较省。

较好，用料较省。

钢结构设计原理钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章第六章轴心受力构件轴心受力构件轴轴心心受受力力构构件件轴心受拉构件轴心受拉构件轴心受压构件轴心受压构件强度强度（承载能力极限状态承载能力极限状态）刚度刚度（正常使用极限状态正常使用极限状态）强度强度刚度刚度（正常使用极限状态正常使用极限状态）稳定稳定（承载能力极限状态承载能力极限状态）轴心受力构件的设计轴心受力构件的设计钢结构设计原理钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章第六章轴心受力构件轴心受力构件6.26.2轴心受力构件的强度和刚度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。

度计算准则。

（6.2.1）N轴心力设计值；轴心力设计值；A构件的毛截面面积；构件的毛截面面积；f钢材抗拉或抗压强度设计值。

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轴心受力构件的强度计算1.1.截面无削弱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。

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设计时，作用在轴心受力构件中的外力N应满足：

应满足：

钢结构设计原理钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章第六章轴心受力构件轴心受力构件2.有孔洞等削弱有孔洞等削弱弹性阶段应力分布不均匀；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。

极限状态净截面上的应力为均匀屈服应力。

（5.2.25.2.2）图图6.2.1截面削弱处的应力分布截面削弱处的应力分布NNNNs0smax=3s0fy（a）弹性状态应力弹性状态应力（b）极限状态应力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。

构件以净截面的平均应力达到屈服强度为强度极限状态。

构件以净截面的平均应力达到屈服强度为强度极限状态。

构件以净截面的平均应力达到屈服强度为强度极限状态。

设计时应满足设计时应满足设计时应满足设计时应满足（6.2.2）An构件的净截面面积构件的净截面面积钢结构设计原理钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章第六章轴心受力构件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螺栓并列布置按最危险的正交截面（交截面（）计算：

）计算：

螺栓错列布置可能沿正交截面螺栓错列布置可能沿正交截面（）破坏，也可能沿齿（）破坏，也可能沿齿状截面（状截面（）破坏，取截破坏，取截面的较小面积计算：

面的较小面积计算：

NNbtt1b111NNtt1bc2c3c4c111钢结构设计原理钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章第六章轴心受力构件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：

外列螺栓处危险截面的净截面强度应按下式计算：

图图6.2.3摩擦型高强螺栓孔前传力摩擦型高强螺栓孔前传力0.5为孔前传力系数对于高强度螺栓摩擦型连接的构件，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，还应除按上式验算净截面强度外，还应按式按式（6.2.1）验算毛截面强度。

验算毛截面强度。

钢结构设计原理钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章第六章轴心受力构件轴心受力构件6.2.2轴心受力构件的刚度计算（正常使用极限状态）轴心受力构件的刚度计算（正常使用极限状态）轴心受力构件的刚度通常用轴心受力构件的刚度通常用长细比长细比来衡量，来衡量，越大，表示构件刚度越大，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。

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因此设计时应使构件长细比不超过规定的容许长细比max构件最不利方向的最大长细比；构件最不利方向的最大长细比；l0计算长度，计算长度，取决于其两端支承情况；取决于其两端支承情况；i回转半径；回转半径；容许长细比容许长细比，查，查P178表表6.2.1，表，表6.2.2。

（6.2.4）钢结构设计原理钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章第六章轴心受力构件轴心受力构件6.3.1轴心受压构件的整体失稳现象轴心受压构件的整体失稳现象6.3轴心受压构件的整体稳定轴心受压构件的整体稳定无缺陷的轴心受压构件在压力较小时，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。

后，构件将恢复到原来的直线平衡状态。

（稳定平衡）（稳定平衡）随着轴向压力随着轴向压力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。

而不能恢复到原来的直线平衡状态。

（随遇平衡）（随遇平衡）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，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这种现象称为构件的弯曲失稳弯曲失稳。

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的轴心压力称为临界力临界力Ncr，相应的截面应力称为，相应的截面应力称为临界应力临界应力crcr。

钢结构设计原理钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章第六章轴心受力构件轴心受力构件无缺陷的轴心受压构件（双轴对称的工型截面）通常发生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，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。

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，这种现象称为扭扭转失稳转失稳。

截面为单轴对称（截面为单轴对称（TT形截面）的轴心受压构件绕对称轴失稳时，由于截形截面）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，这种现象称为形，这种现象称为弯扭失稳弯扭失稳。

轴心受压构件的三种整体失稳状态轴心受压构件的三种整体失稳状态钢结构设计原理钢结构设计原理DesignPrinciplesofSteelStructure第六章第六章轴心受力构件轴心受力构