5 轴心受力构件和拉弯、压弯构件的计算

    5.1 轴心受力构件

5.1.1

轴心受拉构件和轴心受压构件的张度,除高张度螺栓摩擦型连接处外,应按下式计算:

 

         (5.1.1-1)

 

式中

: 轴心拉力或轴心压力;

     

: 净截面面积。

 

高强度螺栓摩擦型连接处的强度应按下列公式计算:

 

         (5.1.1-2)

 

         (5.1.1-3)

 

式中

: 在节点或拼接处,构件一端连接的高强度螺栓数目;

    

: 所计算截面(最外列螺栓处)上高强度螺栓数目;

    

: 构件的毛截面面积。

 

5.1.2

实腹式轴心受压构件的稳定性应按下式计算:

 

         (5.1.2-1)

 

式中

: 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),应根据构件的长细比、钢材屈服强度和表5.1.2-1、5.1.2-1的截面分类按附录C采用。

 

 

表 5.1.2-1

 轴心受压构件的截面分类(板厚t<40mm)

截面形式

对x轴

对y轴

轧制

a类

a类

轧制,b/h≤0.8

a类

b类

轧制,b/h>0.8

焊接,翼缘为焰切边

焊接

b类

b类

轧制

轧制等边角钢

轧制,焊接(板件宽厚比>20)

轧制或焊接

焊接

轧制截面和翼缘为焰切边的焊接截面

 

 

续表 5.1.2-1 轴心受压构件的截面分类(板厚t<40mm)

轴心受压构件的截面分类(板厚t<40mm)

截面形式

对x轴

对y轴

格构式

焊接,板件边缘焰切

b类

b类

焊接,翼缘为轧制或剪切边

b类

c类

焊接,板件边缘轧制或剪切

焊接,板件宽厚比≤20

c类

c类

 

 

表5.1.2-2 轴心受压构件的截面分类(板厚t<40mm)

轴心受压构件的截面分类(板厚t<40mm)

截面形式

对x轴

对y轴

轧制工字形或H形截面

t<80mm

b类

c类

t≥80mm

c类

d类

  

 

续表 5.1.2-2

轴心受压构件的截面分类(板厚t<40mm)

截面形式

对x轴

对y轴

焊接工字形截面

翼缘为焰切边

b类

b类

翼缘为轧制或剪切边

c类

d类

焊接箱形截面

板件宽厚比>20

b类

b类

板件宽厚比≤20

c类

c类

 

构件长细比λ应按应按照下列规定确定:

 

1. 截面为为双轴对称或极对称的构件:

 

              (5.1.2-2)

 

式中

:构件对主轴的计算长度;

    

:构件截面对主轴的回转半径。

 

对双轴对称十字形截面构件,取值不得小于5.07(其中为悬伸板件宽厚比)。

 

2. 截面为单轴对称的构件,绕非对称轴的长细比仍按式(5.1.2-2)计算,但绕对称轴应取计及扭转效应的下列换算长细比代替

 

         (5.1.2-3)

 

         (5.1.2-4)

 

 

式中

:截面形心至剪心的距离;

    

:截面对剪心的极回转半径;

    

:构件对对称轴的长细比;

    

:扭转屈曲的换算长细比;

    

:毛截面抗扭惯性矩;

    

:毛截面扇性惯性矩;对T形截面(轧制、双板焊接、双角钢组合)、十字形截面和角形截面可近似取

    

:毛截面面积;

    

:扭转屈曲的计算长度,对两端铰接端部截面可自由翘曲或两端嵌固端部截面的翘曲完全受到约束的构件,取

 

3. 单角钢截面和双角钢组合T形截面绕对称轴的可采用下列简化方法确定:

 

1) 单边但角钢截面

 

 

图 5.1.2 单角钢截面和双角钢组合T形截面;—不等边角钢长肢宽度;—不等边角钢短肢宽度 b—等边角钢肢宽度;

 

时:               

 

         (5.1.2-5a)

 

时:               

 

         (5.1.2-5b)

 

式中

b、t:分别为角钢肢的宽度和厚度。

 

2) 等边双角钢截面(图5.1.2b):

 

时:               

 

         (5.1.2-6a)

 

时:               

 

         (5.1.2-6b)

 

3) 长肢相并的不等边双角钢截面(图5.1.2c):

 

时:               

 

         (5.1.2-7a)

 

时:               

 

         (5.1.2-7b)

 

4) 短肢相并的不等边双角钢截面(图5.1.2):

 

时,可近似取。否则应取

                                          

 

4. 单轴对称的轴心压杆在绕非对称主轴以外的任一轴失稳时应按照弯扭屈曲计算其稳定性。当计算等边单角钢构件绕平行轴(图5.1.2e的u轴)稳定时,可用下式计算其换算长细比,并按b类截面确定值:

 

时:               

 

         (5.1.2-8a)

 

时:               

 

         (5.1.2-8b)

 

式中

为构件对u轴的计算长度,为构件对轴的回转半径。

 

※注:

1. 无任何对称轴且又非极对称的截面(单面连接的不等边单角钢除外)不宜用作轴心受压构件。

2. 对单面连接的单角钢轴心受压构件,按3.4.2条考虑折减系数后,可不考虑弯扭效应。

3. 当槽形截面用于格构式构件的分肢,计算分肢绕对称轴(y轴)的稳定性时,不必考虑扭转效应,直接用查出值。

 

5.1.3

格构式轴心受压构件的稳定性仍应按公式(5.1.2-1)计算,但对虚轴(图5.1.3a的x轴和图5.1.3b、c的x轴和y轴)的长细比应取换算长细比。换算长细比应按下列公式计算:

 

1. 双肢组合构件(图5.1.3a)

 

当缀件为缀板时:

            

         (5.1.3-1)

 

当缀件为缀条时:

            

         (5.1.3-2)

 

式中  

整个构件对轴的长细比;

 

:分肢对最小刚度轴1-1的长细比,其计算长度取为:焊接时,为相邻两缀板的净距离;螺栓连接时,为相邻两缀板边缘螺栓的距离;

 

:构件截面中垂直于轴的各斜缀条毛截面面积之和。

 

2. 四肢组合构件(图5.1.3b)

 

当缀件为缀板时:

 

         (5.1.3-3)

  

         (5.1.3-4)

 

当缀件为缀条时:

 

         (5.1.3-5)

 

         (5.1.3-6)

 

式中

:整个构件对轴的长细比;

    

:构件截面中垂直与轴的各斜缀条毛截面面积之和。

 

3. 缀件为缀条的三肢组合构件(图5.1.3c):

 

         (5.1.3-7)

 

         (5.1.3-8)

 

式中

:构件截面中各斜缀条毛截面面积之和;

    

:构件截面内缀条所在平面与轴的夹角。

 

※注:

1. 缀板的线刚度应符合8.4.1条的规定。

2. 斜缀条与构件轴线间的夹角应在40°─70°范围内。

 

 

图 5.1.3 格构式组合构件截面

 

5.1.4

对格构式轴心受压构件:当缀件为缀条时,其分肢的长细比  不应大于构件两个方向的长细比方向长细比(对虚轴取换算长细比)的较大值的0.7倍;

 

当缀件为缀板时,不应大于40,并不应大于的0.5倍(当< 50时,取=50)。

 

5.1.5

用填板连接而成的双角钢或双槽钢构件,可按实腹式构件进行计算,但填板间的距离不应超过下列数值:

 

受压构件:           40;

 

受拉构件:           80

 

为截面回转半径,应按下列规定采用:

 

1. 当为图5.1.5a、b所示的双角钢或双槽钢截面时,取一个角钢或一个槽钢对与填板平行的形心轴的回转半径;

 

2. 当为图5.1.5c所示的十字形截面时,取一个角钢的最小回转半径。

受压构件的两个侧向支承点之间的填板数不得少于2个。

 

 

图 5.1.5 计算截面回转半径时的轴线示意图

 

5.1.6

轴心受压构件应按下式计算剪力:

 

          (5.1.6)

 

剪力值可认为沿构件全长不变。

 

对格构式轴心受压构件,剪力应由承受该剪力的缀材面(包括用整体板连接的面)分担。

 

5.1.7

用作减小轴心受压构件(柱)自由长度的支撑,当其轴线通过被撑构件截面剪心时,沿被掉构件屈曲方向的支掉力应按下列方法不计算:

 

1. 长度为l的单根柱设置一道支撑时,支撑力为:

 

当支撑杆位于柱高度中央时:

 

          (5.1.7-1a)

当支撑杆位于距柱端处时(0<<1):

 

          (5.1.7-1b)

 

式中

:被撑构件的最大轴心压力。

 

2. 长度为l的单根柱设置m道等间距(或间距不等但与平均间距相比相差不超过20%)支撑时一各支承点的支撑力Fbm为:

 

          (5.1.7-2)

 

3. 被撑构件为多根柱组成的柱列,在柱高度中央附近设置一道支撑时,支撑力应按下式计算:

 

         (5.1.7-3)

 

式中

:柱列中被撑柱的根数;

   

:被撑柱同时存在的轴心压力设计值之和。

 

4. 当支撑同时承担结构上其他作用的效应时,其相应的轴力可不与支撑力相叠加。