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轴心受力构件广泛应用于桁架、塔架、网架、支撑体系等结构中,常用于受压柱。轴心受力构件的截面形式主要有实腹式(热轧型钢、钢板焊接成的工形钢)及格构式(钢板和型钢组成)两类。格构式又分缀板式和缀条式两种(图11-1)。
(a)轴力构件(b)实腹式柱(c)缀板式柱(d)缀条式柱
图11-1 轴心受力柱的截面形式
受压柱由柱头、柱身、柱脚三部分组成。柱身截面有实腹式、缀板式和缀条式三种。实腹式柱由于轧制工字型钢翼缘太窄,不符合稳定要求,材料较费,故很少采用。焊接工字钢翼缘宽度大,稳定性好,较为经济。
图11-2 柱头连接
轴心受压柱一般采用铰接平板式柱脚,由底板、靴梁、隔板及锚栓等组成,最常用的柱脚如图11-3所示。柱脚用锚栓固定在基础上,当上部结构安装校正后,将螺帽、垫板焊牢固定,再用混凝土将柱脚完全包住,埋于室内地面以下。
(a) (b)
图11-3 柱脚构造
,其净截面的平均应力不应超过钢材的屈服强度。同时,应进行刚度验算。刚度用长细比λ表示,其值应小于容许长细比〔λ〕。
强度公式(11-1)
长细比(11-2)
式中 N——轴心拉力设计值;
An——构件的净截面面积;
l 0——杆件计算长度;
i——截面回转半径;
〔λ〕——受拉构件容许长细比,见表11-2。
对于截面为双轴对称的构件应对两个轴计算长细比:
(11-3)
式中 l0x 、l0y——构件对主轴x和y的计算长度;
ix、iy ——构件截面对主轴x和y的回转半径。
。
轴心受压构件除进行了强度计算外,还需要进行整体稳定性和局部稳定性的计算。轴心受压构件的承载力往往是由稳定条件决定的。整体稳定性按式(11-5)计算。
稳定性公式(11-5)
式中 N——轴心压力设计值;
A——构件的毛截面面积;
f——钢材抗压强度设计值;
——轴心受压构件的稳定系数(取截面两主轴稳定系数中的较小者),根据构件的长细比、钢材屈服强度和构件截面分类查表采用,见附表。
构件的长细比λ应符合受压构件的容许长细比(见表11-1)。
为防止组成构件的板件,在压力作用下发生局部屈曲现象,降低构件的承载力或导致构件的破坏,规范要求受压构件中板件的局部稳定以板件屈曲不先于构件的整体屈曲,以限制板件的宽厚比来加以控制(图11-4)。
(a)工型(b)箱型(c) T型
图11-4
翼缘板自由外伸宽度b1与其厚度t之比的限值:
(11-6)
腹板高度h0与其厚度tw之比的限值:
工形截面(11-7)
箱形截面(11-8)
T型截面(热轧部分) (11-9)
T型截面(焊接) (11-10)
以上各式中λ取构件两方向长细比的较大值;当λ<30时取λ=30;当λ>100时取λ=100。fy为钢材牌号所指屈服点。
【例题11-1】验算设有重级工作制吊车厂房的钢屋架下弦(不等边角钢,两短边相连),其最大设计内力N=400kN(拉力),截面如图11-5所示,计算长度=300cm,、=885cm,材料Q235(3号钢)。
【解】
由型钢表中查得1OO×80×8截面面积,则此下弦杆净截面面积为:
=2(-×)==2444mm2 图11-5
由附录组合截面特性表查得: ,
如图11-6
【例11-2】如图11-6试验算一两端铰接的焊接工字形组合截面柱。该柱承受的轴心压力设计值为N=800kN,,,钢材Q235,焊条为E43型,翼缘为轧制边,板厚小于40mm。
【解】
A=2××+24×=(cm2)
Ix=×+2×25××=(cm2)
Iy=2××=(cm2)
ix== ,iy==
(1)强度
(满足)
(2)刚度
(满足)
(3)整体稳定
查附表7得: (b类) (c类) 则
(满足)
(4)局部稳定
(满足)
(满足)
根据上面验算可知,该截面能够满足要求。
受弯构件
钢梁在建筑工程中常用的有工作平台梁、楼盖梁、吊车梁等。
截面形式主要有型钢梁和组合梁两大类。
梁为受弯构件,在荷载作用