第4章鋼結構概述軸心受力構件

受彎構件

拉彎和壓彎構件(自學)鋼結構連接構造與設計國家大劇院

位于北京人民大會堂西側，西長安街以南，總占地面積近12公頃，總建筑面積近15萬平方米，總投資26.88億元，目前已進行過網殼部分設計與施工驗收審查會議。該工程外部圍護結構為鋼結構網殼，是半橢圓球形，東西長軸212.2m，南北短軸143.64m，總高度46.285。內設歌劇院（2416席）、音樂廳（2017席）及戲劇院（1040席）及公共大廳等。屋面采用鈦金屬板，整個網殼外環繞人工湖（35500m2）,各種通道及入口均設在水下。設計為法國巴黎機場公司安德魯建筑師，北京市建筑設計研究院參與主體設計

，整體結構用鋼量達6750t，195kg/m。

上海環球金融中心

由日本森大廈株式會社的全額子公司森海外株式會社及日本具有代表性的銀行、保險公司、商社等36家企業，偕同政府系統機構日本海外經濟協力基金(OECF)聯合投資的上海環球金融中心，總投資逾750億日元。位于陸家嘴金融貿易區，建筑總面積335,420平方米，地下3層，地上94層。建成后的高度達460米?？傆娩摿?6000t，鋼筋混凝土核心筒，外框鋼骨混凝土及鋼柱。容器和其他構筑物陜西銅川天然氣公司1000立方米天然氣球罐大連西太平洋石化有限公司1500立方米CF-62鋼球罐4.0概述鋼結構的特點優點強度高，重量輕，塑性好，可焊性好，工業化高，面積利用系數，基礎費用，抗震，工期等綜合效益較好；缺點耐火性差，耐腐蝕性差；高層中，用鋼量大，造價較高，設計施工技術較復雜，防火差4.0概述鋼結構的破壞形式整體失穩破壞局部失穩破壞強度破壞疲勞破壞,斷裂破壞等圖：整體失穩破壞1鋼結構的破壞形式圖：局部失穩破壞鋼結構的破壞形式應用

桁架、塔架、網架、支柱等4.1軸心受力構件4.1.1軸心受力構件的應用和截面形式截面型式型鋼截面熱軋型鋼，冷彎薄壁型鋼組合截面實腹式，格構式4.1.1軸心受力構件的應用和截面形式截面型式

型鋼和鋼板連接而成實腹式組合截面

格構式組合截面4.1.2軸心受拉構件的強度計算和剛度驗算強度計算式中，N—軸拉力設計值(基本組合值）

An—截面的凈面積

f—抗拉強度設計值，p336，附錄一，對圓鋼需乘以折減系數0.95。（4-1）算例驗算圖所示雙角鋼截面的軸心拉桿強度。軸心拉力設計值N=650kN。鋼材為Q235鋼，角鋼截面為L100×100mm，角鋼兩肢上各有一排交錯排列的螺栓孔，孔徑d=21.5mm。解：先將其中的一個角鋼截面展開，并比較截面Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ哪個危險截面，兩截面厚度均為10mm。Ⅰ-Ⅰ凈截面寬度

；Ⅱ-Ⅱ凈截面寬度

由于

因此Ⅱ-Ⅱ截面為危險截面。于是

因此，軸心拉桿滿足強度要求。4.1.2軸心受拉構件的強度計算和剛度驗算剛度驗算（4-2）式中，λ—長細比

l0----計算長度，拉桿一般取l0=l，l為節點中心間距。

i—截面的回轉半徑，

[l]—受拉構件的容許長細比。項次構件名稱承受靜力荷載或間接承受動力荷載結構直接承受動力荷載的結構一般建筑結構有重級工作制吊車的廠房1桁架桿件3502502502吊車梁或吊車桁架以下的柱間支撐300200—3其他拉桿、支撐系桿等（張緊的圓鋼除外）400350—受拉構件的容許長細比4.1.3軸心受壓構件強度、穩定計算和剛度驗算強度計算式中，N—軸壓力設計值

An—截面的靜面積

f—抗壓強度設計值，p336，附錄一（4-3）算例驗算下圖（P85）所示結構中兩端鉸接的軸心受壓柱AB的整體穩定。該柱所承受的壓力設計值N=1000kN，柱計算長度lx=4.2m，ly=2.1m，柱截面為焊接工字形，具有軋制邊翼緣，其截面尺寸：翼緣2-10×220，腹板為1-6×200，由Q235A鋼制作。已知，N=1000kN，抗壓強度設計值f=215N/mm2.解：（1）計算截面幾何特征毛截面面積

截面慣性矩

截面回轉半徑

（2）壓桿的長細比及穩定系數算例根據柱截面的組成條件，由表4-2（P84）可知，該截面對強軸屬于b類，由附表3-2查得，jx=0.885；對弱軸屬于c類，由附表3-3查得jy=0.856.（3）整體穩定性驗算滿足要求

4.1.3軸心受壓構件強度、穩定計算和剛度驗算局部穩定性控制板件的寬（高）厚比箱形翼緣板自由外伸寬厚比式中b0—翼緣板自由外伸寬度；

t—翼緣板（肢）厚度；

fy—鋼材的屈服強度（N/mm2）；箱形腹板高厚比式中h0—腹板計算高度；

tw—腹板厚度。（4-9）4.1.3軸心受壓構件強度、穩定計算和剛度驗算局部穩定性控制板件的寬（高）厚比（4-10）圓管外徑與壁厚之比式中D—圓管外徑；

t—圓管壁厚；

fy—鋼材的屈服強度（N/mm2）；Dt4.1.4實腹式軸心受壓構件的設計

實腹式軸壓柱截面選擇與構造單角鋼適用于塔架、桅桿、起重機臂桿或輕便桁架雙角鋼適用于平面桁架軋制寬翼緣工字鋼適用于中點有側向支撐的獨立支柱焊接工字形截面根據等穩度和局部穩度要求設計截面尺寸十字形截面適用于重型軸心受壓柱圓形截面主要是焊接圓管，多應用于海洋平臺方管或箱形截面剛度和承載能力都較大，多用于高大的承重支柱。冷彎薄壁型鋼截面輕型鋼結構的壓桿4.1.4實腹式軸心受壓構件的設計

截面設計步驟原則等穩定性；寬肢薄壁；構造簡單具體步驟假定柱的λ（60~100）由截面形式與加工條件確定截面分類，結合假定的λ按附錄三確定相應的壓桿穩度性系數jx

jy.用較小的j按照整體穩度性計算公式計算所需截面面積及回轉半徑ix、iy。按A，ix、iy確定型鋼型號或利用回轉半徑與截面輪廓尺寸近似關系（表4-5）確定h，b，從而獲得初選截面。截面驗算（強度，剛度，整體穩定，局部穩定）4.1.4實腹式軸心受壓構件的設計

截面設計算例選用Q235鋼的熱軋普通工字鋼，作為上下兩端均為鉸接的支撐結構的支柱。支柱長度為12m，在兩個三分點處有側向支撐，以阻止支柱在弱軸方向過早失穩。見圖4-18（P91）。支柱承受最大的壓力設計值N=150kN，其容許長細比[l]=200，試按截面面積An=A進行此軸心壓桿的截面設計。已知：l0x=12m，loy=4m，N=150kN，f=215N/mm2。（1）假定取柱的長細比l=150，由附表3-1和附表3-2分別查得對截面強軸的和弱軸的穩定系數jx=0.339，jy=0.308。（2）按長細比l=150計算為所需的截面面積和回轉半徑截面設計算例滿足要求

（5）局部穩定性因軋制型鋼的翼緣和腹板一般都較厚，能