鋼結構設計原理——軸心受力構件

1、u概述概述u軸心受力構件軸心受力構件 u受彎構件受彎構件 u拉彎和壓彎構件拉彎和壓彎構件( (自學自學) )u鋼結構連接構造與設計鋼結構連接構造與設計國家大劇院國家大劇院 由日本森大廈株式會社的全額子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、商社代表性的銀行、保險公司、商社等等36家企業(yè)，偕同政府系統(tǒng)機構家企業(yè)，偕同政府系統(tǒng)機構日本海外經(jīng)濟協(xié)力基金日本海外經(jīng)濟協(xié)力基金(OECF)聯(lián)聯(lián)合投資的上海環(huán)球金融中心，總合投資的上海環(huán)球金融中心，總投資逾投資逾750億日元。位于陸家嘴億日元。位于陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)，建筑總面積金融貿(mào)易區(qū)，建筑

2、總面積335,420平方米，地下平方米，地下3層，地上層，地上94層。層。建成后的高度達建成后的高度達460米米 ?？傆娩?。總用鋼量量26000t，鋼筋混凝土核心筒，鋼筋混凝土核心筒，外框鋼骨混凝土及鋼柱。外框鋼骨混凝土及鋼柱。陜西銅川天然氣公司陜西銅川天然氣公司1000立方米天然氣球罐立方米天然氣球罐大連西太平洋石化有限公司大連西太平洋石化有限公司1500立方米立方米CF-62鋼球罐鋼球罐u鋼結構的特點鋼結構的特點l優(yōu)點優(yōu)點 強度高，重量輕，塑性好，可焊性好，強度高，重量輕，塑性好，可焊性好， 工業(yè)工業(yè) 化高，面積利用系數(shù)，基礎費用，抗震，工期化高，面積利用系數(shù)，基礎費用，抗震，工期 等綜合

3、效益較好；等綜合效益較好；l缺點缺點 耐火性差，耐腐蝕性差；高層中，用鋼量大，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，防火差造價較高，設計施工技術較復雜，防火差u鋼結構的破壞形式鋼結構的破壞形式圖：整體失穩(wěn)破壞圖：整體失穩(wěn)破壞1圖：整體失穩(wěn)破壞圖：整體失穩(wěn)破壞2u概述概述u軸心受力構件軸心受力構件 u受彎構件受彎構件 u拉彎和壓彎構件拉彎和壓彎構件u鋼結構連接構造與設計鋼結構連接構造與設計u應用應用 桁架、塔架、網(wǎng)架、支柱等桁架、塔架、網(wǎng)架、支柱等l 熱軋型鋼截面熱軋型鋼截面l 冷彎薄壁型鋼截面冷彎薄壁型鋼截面l 型鋼和鋼板連接而成實腹式組合截面型鋼和鋼板連接而

4、成實腹式組合截面l 格構式組合截面格構式組合截面fANn4040404040404060+50=1104050404060406010驗算圖所示雙角鋼截面的軸心拉桿強度。軸心拉力設計值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。鋼材為Q235鋼，角鋼截面為鋼，角鋼截面為L100100mm，角鋼兩肢上各有一排交錯排列的螺栓孔，角鋼兩肢上各有一排交錯排列的螺栓孔，孔徑孔徑d=21.5mm。解：解：先將其中的一個角先將其中的一個角鋼截面展開，并比較截鋼截面展開，并比較截面面-和和-哪個危哪個危險截面，兩截面厚度均險截面，兩截面厚度均為為10mm。- 凈截面寬度凈截面寬度

5、 040 1104021.5168.5mml；2204011040402 21.5154mml - 凈截面寬度凈截面寬度 由于由于 00ll因此因此-截面為危險截面。于是截面為危險截面。于是 22n650000211N/mm215N/mm2 154 10NfA因此，軸心拉桿因此，軸心拉桿滿足滿足強度要求強度要求。 iloIiAfANnfAN驗算下圖（驗算下圖（P85）所示結構中兩端鉸接的軸心受壓柱）所示結構中兩端鉸接的軸心受壓柱AB的整體穩(wěn)定。該柱所承受的整體穩(wěn)定。該柱所承受的壓力設計值的壓力設計值N=1000kN，柱計算長度，柱計算長度lx=4.2m，ly=2.1m，柱截面為焊接工字形，柱截

6、面為焊接工字形，具有軋制邊翼緣，其截面尺寸：翼緣具有軋制邊翼緣，其截面尺寸：翼緣2-10220，腹板為，腹板為1-6200，由，由Q235A鋼制鋼制作。作。已知，已知， N=1000kN，抗壓強度設計值，抗壓強度設計值f=215N/mm2.解：解：（1）計算截面幾何特征）計算截面幾何特征毛截面面積毛截面面積 2222 120 0.656 cmA 2-10220 xxyy1-6200截面慣性矩截面慣性矩 3240.6 202 22 10.55251 cm12xI 34121 221175 cm12yI 截面回轉(zhuǎn)半徑截面回轉(zhuǎn)半徑 252519.68 cm56xxIiA217755.63 cm56y

7、yIiA（2）壓桿的長細比及穩(wěn)定系數(shù)）壓桿的長細比及穩(wěn)定系數(shù) 42043.41509.68xxxli 21037.31505.63yyyli根據(jù)柱截面的組成條件，由表根據(jù)柱截面的組成條件，由表4-2（P84）可知，該截面對強軸屬于）可知，該截面對強軸屬于b類，由附類，由附表表3-2查得，查得， x=0.885；對弱軸屬于；對弱軸屬于c類，由附表類，由附表3-3查得查得 y=0.856.（3）整體穩(wěn)定性驗算）整體穩(wěn)定性驗算32221000 10208.6 N/mm215N/mm0.856 56 10NfA滿足要求滿足要求 1maxy235100.1btfywfth2355 . 025max0yf

8、tb235400ywfth235400yf235100tD xoxxil yoyyil選用選用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。支柱長度為結構的支柱。支柱長度為12m，在兩個三分點處有側向支撐，以，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(wěn)。見圖阻止支柱在弱軸方向過早失穩(wěn)。見圖4-18（P91）。支柱承受最）。支柱承受最大的壓力設計值大的壓力設計值N=150kN，其容許長細比，其容許長細比 =200，試按截面面，試按截面面積積An=A進行此軸心壓桿的截面設計。進行此軸心壓桿的截面設計。已知：已知：l0 x

9、=12m，loy=4m，N=150kN，f=215N/mm2。（1）假定取柱的長細比）假定取柱的長細比 =150，由附表，由附表3-1和附表和附表3-2分別查得對分別查得對截面強軸的和弱軸的穩(wěn)定系數(shù)截面強軸的和弱軸的穩(wěn)定系數(shù) x=0.339， y=0.308。（2）按長細比）按長細比 =150計算為所需的截面面積和回轉(zhuǎn)半徑計算為所需的截面面積和回轉(zhuǎn)半徑221500002265 mm22.65cm0.308 215NAf012008cm150 xxli04002.67cm150yyli（3）確定工字鋼型號）確定工字鋼型號初選初選I20a，且，且b/h=100/200=0.50.8，截面類別：對，

10、截面類別：對x軸為軸為a類；類；對對y軸為軸為b類。查表得類。查表得A=35.5cm2，ix=8.15cm，iy=2.12cm。（4）驗算支柱的整體穩(wěn)定性和剛度）驗算支柱的整體穩(wěn)定性和剛度 1200147.22008.15400188.72002.12xy查附表查附表3-1和和3-2分布查得：分布查得： x=0.35， y=0.207，取較小值，取較小值 =0.207，進行整體穩(wěn)定計算，進行整體穩(wěn)定計算22150000204.1 N/mm215N/mm0.207 35.5 100NA滿足要求滿足要求 （5）局部穩(wěn)定性）局部穩(wěn)定性因軋制型鋼的翼緣和腹板一般都較厚，能滿足局部穩(wěn)定要求。因軋制型鋼的翼緣和腹板一般都較厚，能滿足局部穩(wěn)定要求。,nnNNAAfAA（6）強度）強度強度滿足要求強度滿足要求 。綜上所述選用綜上所述選用I20a合適。合適。已知某焊接已知某焊接字鋼平臺柱，截面見下圖。翼緣為大焰切邊，字鋼平臺柱，截面見下圖。翼緣為