文档介绍：第四章钢结构构件
简单来讲钢结构就是由钢材制作而成的承重骨架。进一步来讲钢结构首先是由型钢及板件经过连接制作而成各种基本构件;其次,将这些基本构件按照一定的连接方式组合成各种承重结构。所以在钢结构的设计中,基本构件的截面设计和钢结构的连接设计是钢结构设计中最基本的部分,是整个结构设计的基础,对于后面章节涉及到钢结构(框架、排架、屋架等)的设计起到不可替代的作用,在第三章已讲述了钢结构的连接,本章主要研究基本构件的设计原理,
组成钢结构最基本构件有:轴心受力构件、受弯构件、偏心受力构件。这些构件的设计包括强度、刚度计算;对于轴心受压构件、偏心受压构件和受弯构件还要进行稳定性的计算。
本章重点是轴心受压构件、偏心受压构件和受弯构件的稳定问题。由于这些构件压应力的存在,当荷载加到一定程度时,由于受压变形过大,会导致突然坍塌,而丧失整体稳定;同时这些构件的组成板件变形过大,也有可能出现局部失去稳定而部分截面退出工作,导致整体稳定性降低。失稳破坏是钢结构最主要的破坏形式,而且破坏很突然。因此稳定问题是钢结构设计中最突出、最需要解决的问题。为此本章专门引入钢结构的稳定简要理论,以便加强对构件稳定性的理解。
第一节轴心受力构件
轴心受力构件是指纵向力与杆件的形心轴相重合的构件;分为轴心受拉构件和轴心受压构件。在桁架、塔架、网架、网壳等杆件组成的结构体系中,通常将杆件的节点连接简化为铰接,在无节间荷载作用下,每一个杆件可以简化为轴心受力构件。实际工程中轴心受拉构件其工作特性较简单,设计容易;而实际工程中轴心受压构件工作特性较复杂、设计及施工较麻烦,但应用广。本节重点讲述轴心受压构件计算及构造要求。
一、截面形式
轴心受力构件的截面形式很多,一般分为两类:实腹式截面和格构式截面。实腹式截面是指截面的主轴(轴和轴)一定都是实轴,格构式截面是指截面的主轴一定有虚轴存在。
(一)轴心受拉构件
一般采用实腹式截面,其截面形式选择一般遵循下列原则:宜优先圆钢、单角钢、工字钢、H型钢、钢管;有时根据需要,可采用热轧T型钢或双角钢组成的T形截面(如屋架下弦);若条件允许,刚度满足要求时,还可以考虑钢绞线、钢丝绳,若受力很大或构件长度过大,型钢截面不满足要求时,可采用组合截面。
(二)轴心受压构件
1 实腹式截面
实腹式截面按制作方法可分为型钢截面(主要指热轧型钢)和实腹式组合截面(主要指焊接组合截面)。
(1) 热轧型钢截面
常用的型钢截面其形式有钢管、角钢、槽钢、工字钢、H型钢及T型钢等(图4-1-1(a))。型钢截面因其构造简单,加工方便,省时省工,成本低,设计时应优先选用型钢截面,在中小型及受力较小的构件中广泛应用。
(2) 实腹式组合截面
当结构受力较大或者柱高度较大时,型钢截面不能满足要求时,可采用组合截面。组合截面是由型钢及板件主要通过焊接组成,如焊接工字形截面、T形截面、箱形截面、十字形截面等。根据构件受力的情况及大小,选用合适的截面,截面设计比较灵活,可以节约用钢,但构造比较复杂,费工、费时。实腹式组合截面(图4-1-1(b))
2 格构式组合截面
格构式截面是将若干个竖向柱肢(分肢)通过与横向缀材相连,组合而成一个整体的空心受压构件(图4-1-19)。格构柱按缀材来分:缀条柱和缀板柱。缀条一般采用单角钢,且不应小于L56×36×4或
L45×4的角钢;缀板一般用钢板,其厚度。若按柱肢数量来分:双肢柱(柱肢用槽钢或工字钢)、三肢柱(柱肢用角钢或钢管)、四肢柱(柱肢用角钢)。格构式组合截面形式(图4-1-2)。
当受压构件受力较大的或高度很大采用实腹式组合截面不经济时,则格构式组合截面的优势尤为突出,因为格构截面在用钢量不多增加的条件下,采取开展的截面形式,从而保证构件具有一定的刚度、稳定性,但制作比较费工。
二、实腹式轴心受力构件的强度和刚度
(一)轴心受力构件的强度
按承载力极限状态的要求:不论是轴心受拉构件还是轴心受压均应进行强度计算,《规范》规定:净截面的平均应力不应超过钢材的设计强度,其强度计算公式是:
(4-1-1)
式中 N——轴向拉力设计值;
A——构件的净截面面积;
——钢材抗拉、抗压强度设计值,见附表×××。
(二)轴心受力构件的刚度
 按正常使用极限状态的要求,组成钢结构的各构件都应具有一定的刚度。设计时应使其满足《规范》规定的各项刚度要求。
对于轴心受力构件的刚度是以长细比来控制,这是因为若构件过于细长,在制作、运输、安装、使用等过程中,容易因自重和偶然的撞击而发生弯曲过大的变形,而影响正常使用,从而也降低了结构的使用寿命。《规范》规定:构件的最大长细比不应超过对应构件的允许长细比,对于双轴对称实腹式截面按下列公式计算,即:
(4-1-2)
式中