钢结构强度计算.ppt

1、钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure 第三章第三章 强强 度度 第三章第三章 构件的截面承载力构件的截面承载力强度强度钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure1、轴心受力构件的截面形式强度和刚度、轴心受力构件的截面形式强度和刚度2、梁的类型和强度、梁的类型和强度3、梁的局部压应力和组合应力、梁的局部压应力和组合应力4、按强度条件选择梁截面、按强度条件选择梁截面5、拉弯、压弯构件的应用和强度计算、拉弯、压弯构件的应用和强度计算钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciple

2、sofSteelStructure 第三章第三章 强强 度度 钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure3.1.1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3.1 轴心受力构件的截面形式及强度和刚度轴心受力构件的截面形式及强度和刚度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3.13.1轴心受压构件的应用轴心受压构件的应用轴心受压构件

3、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。第三章第三章 构件截面强度构件截面强度钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure 第三章第三章 强强 度度 钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure图图图图3.23.2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

4、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：上部结构柱头上部结构柱头柱身柱身柱脚基础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。第三章第三章 构件截面强度构件截面强度钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure 第三章第三章 强强 度度 钢结构设计原理钢结构设计原

5、理 DesignPrinciplesofSteelStructurea）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3.3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；用量较多；而格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。第三

6、章第三章 构件截面强度构件截面强度钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure 第三章第三章 强强 度度 钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure图图图图3.43.4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

7、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。第三章第三章 构件截面强度构件截面强度钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure 第三章第三章 强强 度度 格构式构件的常用截面形式格构式构件的常用截面形式格构式构件常用截面形式格构式构件常用截面形式缀板柱缀板柱第三章第三章 构件截面强度构件

8、截面强度钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure 第三章第三章 强强 度度 钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure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。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。3.1.2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

9、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：第三章第三章 构件截面强度构件截面强度钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure 第三章第三章 强强 度度 钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure2.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3.5截面削弱处的应力

10、分布截面削弱处的应力分布NNNNs0 smax=3s0 fy(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（3-1）An构件的净截面面积构件的净截面面积第三章第三章 构件截面强度构件截面强度钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure 第三章第三章 强强 度度 钢结构设计原理钢结构设计原

11、理 DesignPrinciplesofSteelStructure3.1.3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）P185 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，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。因此设计时应使构件长细比不超过规定的容许长细比。曲。因此设计时应使构件长细比不超过

12、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P185表表6.1，表，表6.2。第三章第三章 构件截面强度构件截面强度钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure 第三章第三章 强强 度度 钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure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2.有孔洞等削弱有孔洞等削弱轴心受力构件采

13、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）第三章第三章 构件截面强度构件截面强度钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure 第三章第三章 强强 度度 截面特性计算截面特性计算截面积截面积：上、下翼缘及腹板截面积之和：上、下翼缘及腹板截面积之和中和轴（形心）位置中和轴（形心）位置：按全截面对某轴的面积：按全截面对某轴的面积矩等于各块板分别对该轴的面积矩之和求得矩等于各块板分别对该轴的面积矩之和求得。惯性矩惯性矩：各板块自身惯性矩再

14、加上各板块面积乘各板块自身惯性矩再加上各板块面积乘以板块中心至中和轴距离的平方。以板块中心至中和轴距离的平方。40080200201002010图图3.3.6 6 截面特性计算截面特性计算第三章第三章 构件截面强度构件截面强度钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure 第三章第三章 强强 度度 各点抵抗矩各点抵抗矩：惯性矩除以该点至中和轴的距离。惯性矩除以该点至中和轴的距离。各点面积矩各点面积矩：该点以上（或以下）的截面积对中和轴的面积矩。该点以上（或以下）的截面积对中和轴的面积矩。如按b点以下面积矩计算，中和轴以上部分取负值，以下部分取正值

15、40080200201002010图图3.3.6 6 截面特性计算截面特性计算第三章第三章 构件截面强度构件截面强度钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure 第三章第三章 强强 度度 例例3.13.1 图3.1所示一有中级工作制吊车的厂房屋架的双角钢拉杆，截面为210010，角钢上有交错排列的普通螺栓孔，孔径d=20mm。试计算此拉杆所能承受的最大拉力及容许达到的最大计算长度。钢材为Q235钢。(c)例例 3.13.1图图第三章第三章 构件截面强度构件截面强度钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStr

16、ucture 第三章第三章 强强 度度 查得查得2100210010,10,2/215mmNf=ii=yx4.52cm.3.05cm,A=219.26cm2 2An=2(1926-20=2(1926-2010)=3452 10)=3452 mm2AnI I=2=2(2(245+4045+402 2+100+1002 2 -2-220)20)10=3150 10=3150 mm2 2N=AnI I f=3150=3150215=677250N=677 kN215=677250N=677 kNlox=ix x=350=35030.5=1067530.5=10675mm 350=lloyoy=iy y=350=35045.2=1582045.2=15820mm 解解：例例 3.13.1图图(b)(b)第三章第三章 构件截面强度构件截面强度钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure 第三章第三章 强强 度度 钢结构设计原理钢结构设计原理 DesignPrinciplesofSteelStructure只承受只承受弯矩弯矩或或弯矩与剪力弯矩与剪