格构式柱柱梁连接.docx

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格构式柱柱梁连接

轴心受压构件整体【2】曲折后,沿杆长各截面大将消失弯矩和剪力.对实腹式构件,剪力引起的附加变形很小,对临界力的影响只占3／1000阁下.是以,在肯定实腹式轴心受压构件整体稳固的临界力时,仅仅斟酌了由弯矩感化所产生的变形,而疏忽了剪力所产生的变形.对于格构式柱,当绕虚轴掉稳时,情形有所不同,因肢件之间并不是持续的板而只是每隔必定距离用缀条或缀板接洽起来.柱的剪切变形较大,剪力造成的附加挠曲影响就不能疏忽.在格构式柱的设计中,对虚轴掉稳的盘算,常以加大长细比的方法来斟酌剪切变形的影响,加大后的长细比称为换算长细比.

钢构造设计规范对缀条柱和缀板柱采用不同的换算长细比盘算公式.

（1）双肢缀条柱

依据弹性稳固理论,当斟酌剪力的影响后,其临界力的表达为：

式中——格构柱绕虚轴临界力换算为实腹柱临界力的换算长细比.

（5.25）

——单位剪力感化下的轴线转角（单位剪切角）.

现取图5．16（a）的一段进行剖析,以求出单位剪切角.如图5．16（b）所示,在单位剪力感化下一侧缀材所受剪力.设一个节间内两侧斜缀条的面积之和A1,其内力;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渺小值,则由引起的程度变位为：

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：

（5.25）

（5.27）

一般斜缀条与柱轴线间的夹角在400～700规模内,在此常用规模,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——全部柱对虚轴的长细比（不计缀材）;

A——全部柱肢的毛截面面积;

A1——一个节间内两侧斜缀条毛截面面积之和.

须要留意的是,当斜缀条与柱轴线间的夹角不在400～700规模内时,值将大27许多,式（5．28）是偏于不安全的,此时应按式（5.27）盘算换算长细比.

（2）双肢缀板柱

双肢缀板柱中缀板与肢件的衔接可视为刚接,因而分肢和缀板构成一个多层框架,假定变形时反弯点在各节点的中点[图5.18（a）].若只斟酌分肢和缀板在横向剪力感化下的曲折变形,取分别体如图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;

可得单位剪力感化下缀板曲折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

格构柱绕虚轴掉稳产生曲折时,缀材要推却横向剪力的感化.是以,须要起首盘算出横向剪力的数值后才能进行缀材的设计.

图5．19所示一两头铰支轴心受压柱,绕虚轴曲折时,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——按虚轴换算长细比肯定的整体稳固系数.

令N＝,即得《钢构造设计规范》划定的最大剪力的盘算式：

（5.33）

在设计中,将剪力V沿柱长度偏向取为定值,相当于简化为图5．19（c）的散布图形.

（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,内力与桁架腹杆的盘算方法雷同.在横向剪力感化下,一个斜缀条的轴心力为（图5.20）：

（5.34）

式中V1——分派到一个缀材面上的剪力;

n——推却剪力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）.

因为剪力的偏向不定,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,与柱单面衔接,斟酌到受力时的偏幸和受压时的弯扭斟酌扭转效应）时,应按钢材强度设计值乘以下列折减系数;

①按轴心受力盘算构件的强度和衔接时,＝0.85.

②按轴心受压盘算构件的稳固性时

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,对中心无接洽的单角钢压杆.按最小反转展转半径盘算,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盘算.为了减小分肢的盘算长度,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雷同,也可按允许长细比（[]=150）肯定.

（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）].从柱中掏出如图5．2l（b）所示离开体,可得缀板内力为：

剪力：

（5.35）

弯矩（与肢件衔接处）：

（5.36）

式中——缀板中间线间的距离;

a——肢件轴线间的距离.

缀板与肢体间用角焊缝相连,角焊缝推却剪力和扭矩的配合感化.因为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衔接焊缝.

缀板应有必定的刚度.规范划定,统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

格构柱的设计需起首选择柱肢截面和缀材的情势,按下列步骤进行设计：

（1）按对实轴（y—y轴）的整体稳固选择柱的截面,方法与实腹柱的盘算雷同.

（2）按对虚轴（x—x轴）的整体稳固肯定两分肢的距离.

为了获得等稳固性,应使两偏向的长细比相等,即使.

缀条柱（双肢）：

即：

（5.37）

缀板柱（双肢）：

即：

（5.38）

对缀条柱应预先肯定斜缀条的截面A1;对缀板柱应先假定分肢长细比.

按式（5．37）或式（5．38）盘算得出后,即可得到对虚轴的反转展转半径：

依据表5．6,可得柱在缀材偏向的宽度,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固性,不适合时应修正柱宽b再进行验算.

（4）设计缀条或缀板（包括它们与分肢的衔接）.

进行以上盘算时应留意：

（1）柱对实轴的长细比和对虚轴的换算长细比均不得超过允许长细比;

（2）缀条柱的分肢长细比不得超过柱两偏向长细比（对虚轴为换算长细比）较大值的0．7倍,不然分肢可能先于整体掉稳;

（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掉去承载才能.

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.为了进步格构柱的抗扭刚度,保证柱子在运输和安装进程中的截面外形不变,应每隔一段距离设置横隔.别的,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,并且每个输送单元的端部均应设置横隔.

当柱身某一处受有较大程度分散力感化时,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造,它与横向加劲肋的差别在于与翼缘同宽[图5．22（c）],而横向加劲肋则平日较窄.箱形截面实腹柱的横隔,有一边或双方不能预先焊接,可先焊双方或三边,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,两头铰接,轴心压力为l000kN（设计值）,钢材为Q235钢,截面无孔眼减弱.

[解]

5．5柱头和柱脚

单个构件必须经由过程互相衔接才能形成构造整体,轴心受压柱经由过程柱头直接推却上部构造传来的荷载,同时经由过程柱脚将柱身的内力靠得住地传给基本.最常见的上部构造是梁格体系.梁与柱的衔接节点设计必须遵守传力靠得住.构造简略和便于安装的原则.

5．5．1梁与柱的衔接

梁与轴心受压柱的衔接只能是铰接,若为刚接,则柱将推却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,梁的支座反力经由过程柱顶板传给柱身.顶板与柱用焊缝衔接,顶板厚度一般取16—20mm.为了便于安装定位,梁与顶板用通俗螺栓衔接.图5．25（b）的构造计划,将梁的反力经由过程支承加劲肋直接传给柱的翼缘.两相邻梁之间留一闲暇,以便于安装,最后用夹板和构造螺栓衔接.这种衔接方法构造简略,对梁长度尺寸的制造请求不高.缺陷是当柱顶两侧梁的反力不等时将使柱偏幸受压.图5．25（b）的构造计划,梁的反力经由过程端部加劲肋的凸起部分传结柱的轴线邻近,是以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.因为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增强.两相邻梁之间可留一些闲暇,安装时嵌入适合尺寸的填板并用通俗螺拴衔接.对于格构柱[图5．25（c）],为了保证传力平均并托住顶板,应在两柱肢之间设置竖向隔板.

在多层框架的中心梁柱中,横梁只能在柱侧相连.图5．25（d）.（e）是梁衔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.用厚钢板做支托的计划实用于推却较大的压力,但制造与安装的精度请求较高.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.斟酌到荷载偏幸的不利影响,支托与柱的衔接焊缝按梁支座反力的1．25倍盘算.为便利安装,梁端与柱间应留闲暇加填板并设置构造螺栓.当两侧梁的支座反力相差较大时,应斟酌偏幸,按压弯柱盘算.

图5.25梁与柱的铰接衔接

5．5．2柱脚

柱脚的构造应使柱身的内力靠得住地传给基本,并和基本有稳固的衔接.轴心受压柱的柱脚重要传递轴心压力,与基本的衔接一般采用铰接（图5．26）.

图5．26是几种常用的平板式铰接柱脚.因为基本混凝土强度远比钢材低,所以必须把柱的底部放大,以增长其与基本顶部的接触面积.图5．26（a）是一种最简略的柱脚构造情势,在柱下端仅焊一块底板,柱中压力由焊缝传至底板,再传给基本.这种柱脚只能用于小型柱,假如用于大型柱,底板会太厚.一般的铰接柱脚常采用图5．26（b）.（c）.（d）的情势,在柱端部与底板之间增设一些中心传力零件,如靴梁.隔板和肋板等,以增长柱与底板的衔接焊缝长度,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,在靴梁之间用隔板增强,以减小底板的弯矩,并进步靴梁的稳固性.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.

布置柱脚中的衔接焊缝时,应斟酌施焊的便利与可能.例如图5．26（b）隔板的里侧,图5．26（c）.（d）中靴梁中心部分的里侧,都不宜布置焊缝.

柱脚是应用预埋在基本中的锚栓来固定其地位的.铰接柱脚只沿着一条轴线设立两个衔接于底板上的锚栓,见图5．26.底板的抗弯刚度较小,锚栓受拉时,底板会产生曲折变

形,阻拦柱端迁移转变的抗力不大,因而此种柱脚仍视为铰接.假如用完整相符力学图形的铰,将给安装工作带来很大艰苦,并且构造庞杂,一般情形没有此种必要.

铰接柱脚不推却弯矩,只推却轴向压力和剪力.剪力平日由底扳与基本表面的摩擦力传递.当此摩擦力不足以推却程度剪力时,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.

铰接柱脚平日仅按推却轴向压力盘算,轴向压力N一部分由柱身传给靴梁.肋板等,再传给底板,最后传给基本;另一部分是经柱身与底扳间的衔接焊缝传给底板,再传给基本.然而现实工程中,柱端难于做到齐平,并且为了便于掌握柱长的精确性,柱端可能比靴梁缩进一些[图5.26（c）].

（1）底板的盘