1、第19章軸心受力構件 軸心受力構件是指軸向力通過桿件截面形心作用的構件，可有軸心受拉構件和軸心受壓構件兩類。桁架、網架、塔架等鉸接桿件體系結構多由軸心受力構件組成。鋼屋架的下弦桿和一部分腹桿、屋架的支撐以及柱間支撐多按軸心受拉構件設計。鋼屋架的上弦桿和一部分腹桿，工作平臺、棧橋及管道支架柱，以及支承梁或桁架的軸心受壓桿，一般都按軸心受壓構件設計。 軸心受力構件的常用截面形式可有：型鋼截面、實腹式組合截面和格構式組合截面(圖19-1)。 軸心受力構件的應用廣泛。設計時應滿足強度、剛度、整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性的要求：構件應力求構造簡單、施工方便；結構應省鋼，造價低廉。 191 軸心受力構件的強度

2、軸心受力構件在軸心力設計值F作用下，在截面內引起均勻的拉應力或壓應力，承載力極限狀態(tài)取全截面達到鋼材屈服強度fy，鋼材強度設計值為f=fy/yf，當截面有孔洞削弱時應取凈截面積An，則軸心受力構件截面強度計算公式為 Q=FAnf(19-1) 單角鋼桿件或單圓鋼拉桿兩端與節(jié)點板采用單面連接時固有構造偏心，為簡化計算可按軸心受力構件計算，考慮偏心產生的不利影響，計算時將構件或連接的強度設計值乘以o85的折減系數。f取值見表11-1。 192軸心受力構件的剛度 軸心受力構件應有足夠的剛度要求，以免構件在制造、運輸和安裝過程中產生過大變形；在使用期間，因構件過于細長，在風荷載或動力荷載作用下引起不必要

3、的振動或晃動；甚至在構件自重作用下，因剛度不足而發(fā)生彎曲變形。根據長期的工程實踐經驗，要使軸心受力構件第543頁第20章 受彎構件與平臺結構 鋼梁是一種應用廣泛的承受橫向荷載而彎曲工作的受彎構件。最常見的鋼梁有樓蓋梁、工作平臺梁、墻架梁、檁條和吊車梁等，臨時性結構也常用型鋼梁。鋼梁按加工制作方式分型鋼梁和組合梁；型鋼梁又可分為熱軋型鋼梁和冷彎薄壁型鋼梁兩種。 鋼梁常用的截面形式如圖20-1所示。熱軋型鋼梁加工簡單，成本較低應優(yōu)先選用；冷彎薄壁型鋼梁較為經濟，但防銹能力差，多用于跨度小、荷載輕、環(huán)境干燥的場合。組合梁由鋼板或型鋼連接而成，常用三塊鋼板焊接成I形和四塊鋼板焊接成箱形截面，后者具有較

4、好的抗扭剛度。組合鋼梁截面合理，但加工量大，多用于截面高度受到限制的情況。 俐梁根椐彎曲變形的不同，還分為單向彎曲梁和雙向彎曲梁。采用不同材料進行組合的組合梁，如鋼與混凝土組合梁，可收到很好的經濟效果。 由多個梁組成的結構體系稱為梁格。梁格可分為簡單梁格(由同一種梁排列組成)；由主次梁組成的普通梁格和復雜梁格。梁格中主次梁的連接方式可有上下疊接、等高連接、低位連接和高位連接等多種形式，按支承情況可分為簡支梁、連續(xù)梁和多孔靜定梁，設計時應根據不同的條件和要求選用。 對鋼梁的設計要求，與鋼柱相同。梁必須具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。 201 梁的強度計算 梁的強度計算，包括梁凈截面考慮塑性發(fā)展的抗

5、彎強度和抗剪強度，局部承壓強度及幾種應力引起的折算應力汁算。 2011 梁的抗彎強度計算 1，梁在彎矩作用下，截面上正應力發(fā)展的三個階段。 (1)彈性工作階段。彎矩較小時，梁截面應力為直線分布，最外邊緣正應力。不超過屈段點人，其彈性極限彎矩為：Me=wnJy，Wn為凈截面彈性抵抗矩(圖20-2b、c)。 (2)彈塑性工作階段。彎矩繼續(xù)增加，截面邊緣區(qū)域出現塑性變形，但中間部分仍保持彈性工作狀態(tài)(圖20-2d)。 (3)塑性工作階段。彎矩再繼續(xù)增加，截面塑性變形向深處發(fā)展，直至彈性核心消失，截面全部進入塑性狀態(tài)，形成塑性鉸區(qū)(圖20-2e)。梁變形很大，截面已不能承受更大彎矩。此時。第568頁

6、梁的抗彎強度按塑性工作階段計算，亦稱塑性設計；按彈性工作階段計算，亦稱彈性設計，可見，前者比后者更能充分發(fā)揮材料的作用，經濟效益較高。考慮到塑性變形過大將SI起梁的撓度過大，剛度降低，整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定降低，腹板局壓應力不足；規(guī)范規(guī)定，對需要計算疲勞的梁，不考慮截面塑性工作，僅按彈性設計；對不需要驗算疲勞的梁，如：承受靜力荷載或間接承受動力荷載的梁只考慮部分截面塑性工作，塑性發(fā)展深度不超過o15倍的截面高度，對兩個主軸分別用截面塑性發(fā)展系數y。和y，控制，稱為彈塑性設計。 2梁的抗彎強度計算公式 在主平面內受彎的實腹梁，其抗彎強度計算按下式： 對承受靜力荷載或間接承受動力荷載的單向彎曲梁為式中

7、：Mx、MY繞x軸和9軸的彎矩，對I形截面：x軸為強軸，y軸為弱軸； Wnx、Wnv，對x軸和9軸的凈截面抵抗矩； yx、yy截面塑性發(fā)展系數，對I形截面：yx=105，yy=120；對箱形截面：yx=yv=1.05； 對其他截面可按表20-l采用； f鋼材的抗彎強度設計值。 當梁受壓翼緣的自由外伸寬度與其厚度之比大于13235/fv，但不超過15235/fv時，應取yx=10。人為鋼材的屈服強度：對Q235鋼，取fv=235Nmn2；對Q345鋼、16Mnq叫鋼，取人：345Nmn2；對Q390鋼、15MnVq鋼，取，二390Nmn，以免甥性發(fā)展局部失穩(wěn)。 對需要計算疲勞的梁，仍按上式計算，

8、但取yy=yv=10，即為彈性設計。 2012 梁的抗剪強度計算 在主平面內受彎的實腹梁，其抗剪強度應按下式計算第九章 塑性，設計 第一節(jié) 一般要求 對超靜定的梁和框架采用塑性設計，可以充分利用結構和構件的塑性性能達到節(jié)約材料的目的。在建筑結構中，早在20世紀初期就已提出塑性設計的概念，并得到試驗驗證。1948年英國在其BS449規(guī)范中正式規(guī)定可以采用塑性設計。其后，世界很多國家和地區(qū)的規(guī)范或設計文件中，陸續(xù)對塑性設計作了反映，其中有詳細規(guī)定條文的有；美國AISC(1993)規(guī)范，澳大利亞ASCA，(1968)規(guī)范，加拿大CSASl6(1969，1974)規(guī)范，法國鋼結構塑性分析建議(1975

9、)，印度ISI手冊， 日本鋼結構塑性設計規(guī)范(1970)等等；而僅規(guī)定允許采用塑性設計的有：奧地利B4600(1964)規(guī)范，捷克CSN 73規(guī)范，丹麥規(guī)范，西德DINl050規(guī)范，意大利CNRUNll01167規(guī)范，墨西哥建筑規(guī)范，瑞典SBN67規(guī)范，瑞士SIAN0161規(guī)范等等。 歐洲鋼結構協(xié)會的建議(1983年稿)和國際標準化組織的鋼結構規(guī)范(1985年稿)，都將塑性分析和彈性分析并列為重要的計算準則。 我國GB 50017規(guī)范專門列出“塑性設計”一章，指出：不直接承受動態(tài)荷載的固端梁、連續(xù)梁以及由實腹構件組成的單層和兩層框架結構，可采用塑性設計。而且規(guī)定：采用塑性設計的結構或構件，按承

10、載能力極限狀態(tài)設計時，應采用荷載的設計值；考慮構件截面內塑性發(fā)展及由此引起的內力重分配，用簡單塑性理論進行內力分析。 一、截面全塑性的極限彎矩 1受彎構件的極限彎矩 在第四章第一節(jié)已經講過，受純彎矩的，全截面幾乎全部進人塑性時達到承載能力極限，其極限彎矩(甥性鉸彎矩)為 Mp=WpFy(91)式中 。構件的塑性截面模量。 塑性截面模量Wp與彈性截面模量W之比，vF=Wp/W，稱為截面形狀系數(其值參見第四章表41和42)。用于塑性設計的工字形截面，繞強軸彎曲時，Rv=111114。所以充分考慮截面內塑性發(fā)展時，其承載能力大于按彈性設計的10以上。 2軸心力和彎矩共同作用下的極限彎矩 軸心力將顯

11、著地減小截面的極限彎矩。對繞強軸彎曲的工字形截面，"和N的相關關系，可按第五章第二節(jié)的公式(553)和(554)來表達，由此畫出的相關曲線如圖91的實曲線所示。第298頁圖9I中，Np=Afy是全截面屈服的軸心力；Mp為由公式(91)所表達的儀有彎矩作用時的極限彎矩;Mu'是N和M共同作用時的極限彎矩。NNa與M'a/Ma，的相關關系與Af/Aw。值(兒為一個翼緣截面積，Aw為腹板截面積)有關，此比值愈小表示腹板截面積所占的比重愈大，相關曲線愈往外凸。在第五章的壓彎構件考慮部分塑性的設計中，采用了圖中虛線所示的斜直線作為計算準則。在本章的塑性設計中，為了更充分地利用截

12、面承載能力，采用了圖91中的兩段直線(點劃線)，由此得軸心力與彎矩共同作用下的極限彎矩為：式中 人，純剪屈服強度。 若單就，和，而言，應力值都不可能達到其完全屈服值，除非其中另一項的應力為零。因此，有剪應力存在時，彎曲正應力的極限分布情況只能如圖9，2(b)所示，中部正應力未達到人的腹板區(qū)域才能負擔剪應力。當塑性鉸形成時，可以假定剪應力呈拋物線分布，且中點最大剪應max=Fvy人。由此可得有剪應力存在時的截面極限彎矩為第四章 受彎構件的計算 受彎構件有實腹式和桁架式兩種，但我國習慣僅指前者。實腹式受彎構件通常稱為梁。梁在計算中應考慮強度、剛度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定等四個方面的問題。其中剛度計算是

13、使梁在荷載標準值作用下的最大撓度不超過容許撓度，屬正常使用極限狀態(tài)，已在第三章第四節(jié)闡述。本章僅敘述強度、整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的計算。 第一節(jié) 梁的強度 一、梁的抗彎強度 1梁截面中的塑性發(fā)展 現以無孔眼削弱的單向彎曲梁(圖41。)為例來說明梁的抗彎性能。第72頁可扯獲得較大的經濟意義。但是，我們在利用塑性的同時，必須考慮到是否會因過度的塑性變形使梁不適于繼續(xù)承載。 梁截面出現塑性后，其跨中撓度與荷載分布情況有關。例如，圖42的兩種受荷情況的梁，假設塑性發(fā)展深度相同，彈性核只剩下截面高度的110(此時最大彎矩。已很接近塑性鉸彎矩)。在跨中有一個集中荷載的粱(圖4，2a)，出現的塑性區(qū)段長度為2a

14、，只占跨度的很小部分；而在14跨度處有兩個相同集中荷載的梁(圖，42)，出現的塑性區(qū)段長度卻達l2+2&，已超出跨度的一半。經用曲率面積法或連續(xù)二次積分法計算，當這兩個梁的Aw=A1時，圖42(o)梁的跨中撓度v1=128v(v為跨中截面邊緣屈服時的撓度)，因塑性使梁的剛度下降并不大；但圖41(b)梁的跨中撓度卻達p：二840。，剛度降低很大。如果兩梁在荷載標準值作用下的最大撓度均達到1400(樓蓋主粱的容許撓度)，假設荷載分項系數的平均值為13，則在荷載設計值下的撓度為，那么u1和v2分別為第三章 基本設計規(guī)定 第一節(jié) 設計原則 一、結構的極限狀態(tài) 建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準(GB5

15、00682001)(以下簡稱統(tǒng)一標準)規(guī)定，各種建筑結構應采用“以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計法”。極限狀態(tài)的定義為：結構或結構的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足某一規(guī)定功能的要求，此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。各種承重結構均應按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進行設計。 承載能力極限狀態(tài)為結構或構件達到最大承載能力或達到不適于繼續(xù)承載的變形的極限狀態(tài)。 正常使用極限狀態(tài)為結構或構件達到正常使用或耐久性能的某項規(guī)定限值的極限狀態(tài)，在鋼結構構件中包括變形和振動等。 如何理解這些極限狀態(tài)呢?現舉例說明。圖31(d)為一桁架結構中的拉桿，截面無孔削弱，設計時應進行下列方面的計算： 然后截面中的應

16、力達到鋼材屈服點，此拉桿并沒有被拉斷，也就是沒有達到最大承載能力。但是，從鋼材的應力應變曲線(圖316，Q235鋼)中可以看到，應力達屈服點人后應變可以達到25左右，也就是材料每米伸長25mm，如果此桿件長為5m，則總伸長可達125nmi。拉桿發(fā)生這樣大的變形，肯定會影響整個桁架的工作，不但使整體桁架下塌，而且使受力體系改變。因此，無孔眼削弱的拉桿的強度計算應屬于“不適于繼續(xù)承載第34頁的變形”的極限狀態(tài)。 至于端部連接焊縫的計算，是以焊縫破壞作為極限狀態(tài)的，就應屬于達到“最大承載能力”的極限狀態(tài)。 (2)驗算拉桿的長細比，使長細比不超過容許長細比，應屬于“正常使用極限狀態(tài)”。因拉桿長細比過大時，可能會因自重而明顯下垂，也可能會在動力影響下發(fā)生較大