钢结构 第六章4

钢结构
（三） 复合防火保护
采用复合防火保护时应符合下列要求：
必须根据构件形状和所处部位进行包裹构造设计，在满足耐火要求的条 件下充分考虑安装的牢固稳定； 在包裹构造设计时，应充分考虑外层包裹施工不应对内层防火层在成结 构破坏或损伤。
采用柔性毡状隔热材料进行防火保护时应符合下
列要求：
仅适用于平时不宜受损且不受水湿的部位； 包裹构造的外层应设金属保护壳。金属保护壳应固定在支承构件上，支 承构件应固定在钢构件上。支承构件应为不燃材料； 在材料自重作用下，毡状材料不应发生体积压缩不均的现象。
a) 刷涂法 应用较广泛，适宜于油性基料刷涂。因为油性基料虽 干燥得慢，但渗透性大，流平性好，不论面积大小，刷起来都会 平滑流畅。一些形状复杂的构件，使用刷涂法也比较方便。
b) 喷涂法 施工工效高，适合于大面积施工，对于快干和挥发性 强的涂料尤为适合。喷涂的漆膜较薄，为了达到设计要求的厚度 ，有时需要增加喷涂的次数。喷涂施工比刷涂施工涂料损耗大， 一般要增加20%左右。
钢结构
钢结构防火涂料品种的选用，应符合下列规定：
高层建筑结构和单、多层钢结构的室内隐蔽构件，当规定其耐火极限在 1.5h以上时，应选用非膨胀型钢结构防火涂料 ； 室内裸露钢结构、轻型屋盖钢结构及有装饰要求的钢结构，当规定其耐 火极限在1.5h及以下时，可选用膨胀型钢结构防火涂料； 耐火极限要求不低于1.5h的钢结构和室外的钢结构工程，不宜选用膨胀型 防火涂料。 露天钢结构应选用适合外用的钢结构防火涂料，且至少应经过一年以上 室外钢结构工程的应用验证，涂层性能无明显变化； 复层涂料应相互配套，底层涂料应能同普通的防锈漆配合使用，或者底 层涂料自身具有防锈功能； 膨胀型防火涂料的保护层厚度应通过实际的耐火试验确定。

铸铁块和不同的合金元素等冶炼成各种用途的钢。（生产周期长，效率 低，成本高，现已逐步被转炉钢所取代。）
电炉钢是利用电热原理，在电弧炉内冶炼。（质量好，但耗电 量大，成本高，一般只用来冶炼特种用途的钢材。）
一、钢结构的材料
Material of Steel Structure
（2 ） 浇
注
浇注是指把熔炼好的钢液做成钢锭或钢坯。 用连续铸造法生产钢坯的工艺和设备，由于机械化、自动化 程度高的优势，已经逐渐取代了笨重而复杂的铸锭工艺和设备。
一、 钢结构的材料
Material of Steel Structure
小
节
钢材的机械性能指标 1、屈服点 fy 2、抗拉强度 fu 3、伸长率 δ 4、断面收缩率 5、冷弯性能 6、冲击韧性 Cv
一、 钢结构的材料
Material of Steel Structure
4. 各种因素对钢材的影响
是钢材破坏前所能承受的最大应力。 （3）钢材的塑性 当应力超过屈服点后，钢材能产生显著
的残余变形（塑性变形）而不立即断裂的性质。塑性好坏可
用断面收缩率和伸长率表示，通过静力拉伸试验得到。
一、 钢结构的材料
Material of Steel Structure
（4）伸长率δ
试件断裂前的永久变形与原标定长度的百比。
Material of Steel Structure
（5）断面收缩率
是指试件拉断后，颈缩区的断面面积
缩小值与原断面面积比值的百分比。
A0 - A1 100% A1
式中： A0 ——试件原来的断面面积 A1 ——试件拉断后颈缩区的断面面积
A1 A0
断面收缩率越大，钢材的塑性越好。由于在测量试件的断面面积时容易 产生较大的误差，因而钢材塑性指标仍然采用伸长率作为保证要求。

钢结构设计原理 Design P r i n c i p l e s of Steel Structure
第六章 轴心受力构件
轴心受压构件的三种整体失稳状态
无缺陷的轴心受压构件（双轴对称的工型截面）通常发生弯曲失稳， 构件的变形发生了性质上的变化，即构件由直线形式改变为弯曲形式 且这种变化带有突然性。
实腹式构件和格构式构件 实腹式构件具有整体连通的截面。 格构式构件一般由两个或多个分肢 用缀件联系组成。采用较多的是两 分肢格构式构件。
钢结构设计原理
图6.1.2 柱的形式
Design P r i n c i p l e s of Steel Structure
第六章 轴心受力构件
格构式构件 实轴和虚轴
钢结构设计原理 Design P r i n c i p l e s of Steel Structure
第六章 轴心受力构件
§ 6 . 2 轴心受力构件的强度和刚度
6.2.1 轴心受力构件的强度计算
轴心受力构件以截面上的平均应力达到钢材的屈服强度作为强 度计算准则。 1. 截面无削弱
构件以全截面平均应力达到屈服强度为强度极限状态。 设计时，作用在轴心受力构件中的外力N应满足：
钢结构设计原理 Design P r i n c i p l e s of Steel Structure
第六章 轴心受力构件
6.3.2 无缺陷轴心受压构件的屈曲
理想轴心受压构件 1 杆件为等截面理想直杆； 2 压力作用线与杆件形心轴重合； 3 材料为匀质，各项同性且无限弹性，符合虎克定律； 4 构件无初应力，节点铰支。
1、弹性弯曲屈曲
欧拉（Euler）早在1744年通过对理想轴心压杆的整体稳定问题进 行的研究，当轴心力达到临界值时，压杆处于屈曲的微弯状态。 在弹性微弯状态下，根据外力矩平衡条件，可建立平衡微分方程， 求解后得到了著名的欧拉临界力和欧拉临界应力。

N
NE
M 1 0.25 N
1 N NE
NE ξM
其中NE = 2EI／l2，为欧拉力。
如果近似地假定构件的挠度曲线与正弦曲线的半个波
段相一致，即y=vsinx／l，则有：
M
v
那么最大弯矩为：
NE 1 N
NE
M max
M 1 N NE
M
6.3.1 压弯构件在弯矩作用平面内的稳定性
上两式中的 和 都称为在压力作用下的弯矩放大
系数，用于考虑轴压力引起的附加弯矩。
而后一个公式的应用更为方便。
对于其它荷载作用的压弯构件，也可用与有端弯矩的压弯 构件相同的方法先建立平衡方程，然后求解。
几种常用的压弯构件的计算结果及等效弯矩系数列于下
表中，比值m=Mmax /M或Mmax／M1称为等效弯矩系数，
2. 单轴对称工字形截面压弯构件的弹性弯扭屈曲临界力
单轴对称工字形截面压弯构件弯扭屈曲
6.3.2 压弯构件在弯矩作用平面外的稳定性

1 2

N Ey

N
Hale Waihona Puke NEy N2 4M2
i02

此式是构件在弹性阶段发生弯扭屈曲的临界荷载， 若构件在弹塑性阶段发生弯扭屈曲，则需要对构件的截 面抗弯刚度EIx 、EIy ，翘曲刚度EI 和自由扭转刚度GIt ， 作适当改变 ，求解过程比较复杂。
6.3.2 压弯构件在弯矩作用平面外的稳定性
M
求解可得构件中点的挠度为：
v

M N
sec

2
N NE
1
由三角级数有：
sec
2
N NE
2

单斜杆与弦杆的连接
2、结点板的形状及其厚度 结点板的作用主要是通过它将交汇于结点上的腹杆连接到弦杆上， 并传递和平衡结点上各杆内力。
3、腹杆角钢的切割和腹杆长度的确定 4、腹杆的焊接
二、结点板的计算
由静力平衡条件有：
节点板只在弦杆与腹杆之间传力，不直接参与传递弦杆内力，弦杆 若在节点板处断开，应设置拼接角钢在两弦杆间直接传力。
一、支撑
平面桁架在其本身平面内具有较大的刚度，但在垂直于桁架平面 方向（桁架平面外）不能保持其几何不变，即使桁架上弦与檩条 或屋面等铰接相连桁架仍会侧向倾倒。为了防止桁架侧向倾倒破 坏和改善桁架工作性能，对于平面桁架体系，必须设置支撑系统 （水工结构中也称为联结系）。
桁架间的支撑
桁架间的支撑
桁架支撑的作用主要是： (一)：桁架支撑的作用主要是：
2. 下弦横向水平支撑
布置原则：一般情况均应设置下弦横向水平支撑。只有当桁架跨度比较 小（L≤18m），且没有悬挂式吊车，或虽有悬挂吊车但起重吨位不大， 厂房内也无较大的振动设备时，可不设下弦横向水平支撑。 布置位置：与上弦横向水平支撑布置在同一柱间，以形成空间稳定体。
• 3. 纵向水平支撑 • 布置位置：在屋架下弦（三角形屋架可在下弦或上弦）端
4、施工图设计分为施工设计和详图设计两个阶段，设计文件（图纸） 的名称相应为施工图和施工详图，施工图是编制施工详图的依据， 施工详图则是施工图的深化和补充。 5、随着国内钢结构生产企业技术能力的提高，向国际惯用做法靠拢， 施工图由设计院完成，施工详图由生产企业的技术科完成。
（4）承受并传递水平荷载。 （5）保证结构安装时的稳定且便于安装。
(二)：支撑的布置 桁架的支撑按照布置方向分为横向支撑和纵向支撑。 1.上弦横向水平支撑

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第三节 桁架设计
一、桁架的内力计算 二、桁架的计算长度 三、桁架杆件的截面形式 四、杆件截面设计 五、桁架的节点设计 六、桁架的节点构造和计算 七、桁架的施工图
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一、桁架的内力计算
一般情况按铰接桁架进行计算。
承受节点荷载时，数解法（节点法或截面法）、图解法或 有限元法。
第六章 钢桁架与门式刚架
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目录
第一节 概述 第二节 支撑设计 第三节 桁架设计 第四节 门式刚架设计
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第一节 概述
一、桁架的特点和应用 二、平面钢桁架的外形和腹杆体系 三、门式刚架的特点和应用 四、门式刚架的结构形式 五、结构平面布置
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一、桁架的特点和应用
桁架是指由直杆在杆端相互连接而组成的以抗弯为主的格 构式结构。桁架中的杆件大多只承受轴向力，材料性能发 挥较好，特别适用于跨度或高度较大的结构。
杆件在桁架平面内和外的计算长度见表。 ➢ 交叉腹杆 >> ➢ 受压弦杆 >>
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➢ 压杆：与它相交的另一斜杆受拉且二杆皆不中断时，取为0.5l； 与它相交另一斜杆受拉，两杆中有一杆中断并以节点板相搭接 时取为0.7l； 其它情况，如两杆皆受压（此时不宜有杆件中断）时，取为l。
柱间支撑的计算简图可按支承于柱脚基础上的悬臂桁架计算。 支撑的交叉杆按拉杆设计。水平系杆按压杆设计。为了加强
房屋的纵向刚度，柱间交叉支撑有时也可按压杆设计。
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（3）隅撑
在框架梁中，隅撑设置在下翼缘受压的区段内，隅撑与框 架梁腹板的夹角不宜小于45°，一般在45°～60°之间。
在框架柱中，隅撑一端与框架柱的内翼缘或靠近内翼缘的 腹板用螺栓连接，另一端则与墙梁腹板相连，布置数量应 根据墙梁位置等具体情况而定，构造与框架梁中的隅撑相 同。

(a) N (b ) N
压弯构件弯矩作用平面外失稳——当构件 在弯矩作用平面外没有足够的支撑以阻止 其产生侧向位移和扭转时，构件可能发生 弯扭屈曲（弯扭失稳）而破坏，这种弯扭 N 屈曲又称为压弯构件弯矩作用平面外的整 体失稳。 a) 弯曲失稳
N
b) 弯扭失稳
15
§6.3 压弯构件的稳定
6.3.1 弯矩作用平面内的稳定
N
mx M
x
xA
x W x 1 1 0 .8 N / N E x

f
（6.13）
19
§6.3 压弯构件的稳定
N
xA

mx M
x
x W x 1 1 0 .8 N / N E x
f
（6.13）
x — 平面内轴心受压构件的稳定系数；
M x — 压弯构件的最大弯距设计值；
1.边缘纤维屈服准则
对于沿全长均匀弯矩作用下的压弯构件，考虑二阶效应后， 最大弯矩为：
M
x m ax N Ex
考虑初始缺陷的影响，同时考虑二阶效应后，由初弯曲产 生最大弯矩为： N0
M
x m ax 2

1 N / N Ex
根据边缘屈曲准则，压弯构件弯矩作用平面内截面最大应 力应满足： M x N 0 N M x m ax 1 M x m ax 2 N fy （6.8） A W x1 A W x1 1 N / N E x
以 强截 度面 计边 算缘 的屈 依服 据作 为
2、刚度

拉弯和压弯构件的允许长细比[λ]同轴心受力构件（P77表4.1、4.2）
14
§6.3 压弯构件的稳定
压弯构件弯矩作用平面内失稳 ——在N和 M同时作用下，一开始构件就在弯矩作用 平面内发生变形，呈弯曲状态，当N 和M 同时增加到一定大小时则到达极限，超过 此极限，要维持内外力平衡，只能减 小N 和M。在弯矩作用平面内只产生弯曲变形 （弯曲失稳），属于极值失稳。

钢结构设计原理
Design Principles of Steel Stru内力较大时，需采用组合梁。常用的形式为由三块钢板焊成的 工字形截面。组合梁的截面选择设计包括：确定截面高度、腹板尺 寸和翼缘尺寸。
1）截面高度
最大高度hmax建筑高度； 最小高度hmin刚度要求，根据容许挠度查表；
双轴对称工字型截面简支梁的弯扭屈曲系数k
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
第六章 受弯构件 2、单轴对称工字型截面简支梁纯弯作用下的整体稳定
2 EI y
l
2
采用能量法可求出在不同荷载种类和作用位置情况下的梁的临界弯矩为：
M cr 1 I GIt l 2 ) 2a 3 By ( 2 a 3 By )2 (1 2 Iy EI
(6.24)
式中：β1、 β2和β3：和荷载类型有关的系数
a：荷载作用点至剪心s的距离，荷载在剪心以下时为正，反之为负； By:截面不对称修正系数
1 By 2I x

A
y( x 2 y 2 )dA y0
y0:剪力中心与截面形心的距离
钢结构设计原理
Design Principles of Steel Structure
Mxy Mx f x I x xWx
钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure
(6.1)
Mx——梁截面内绕x轴的最大弯矩设计值；Wnx——截面对x轴的净截面模量； x——截面对x轴的有限塑性发展系数；f ——钢材抗弯设计强度 ；
第六章 受弯构件
截面的强度 截面强度破坏

第六章 钢结构的正常使用极限状态
第三节 梁和桁架的变形限制
梁和承受横向荷载的桁架从总体受力上讲都属于受
弯构件，受弯构件的正常使用极限状态是指其出现过大
的弯曲变形。
为了满足正常使用的要求，设计时必须保证梁和桁
架的挠度不超规范所规定的容许挠度。
式中：
vmax≤[v]
vmax ――梁的最大挠度，计算时荷载取标准值， 计算公式见表6-3
－
表6-1受压构件的容许长细比
项次 1
构件名称 柱、桁架和天窗架中的杆件 柱的缀条、吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑
容许长细比 150
支撑（吊车梁或吊车桁架以下的柱间支撑除外）
2
200
用以减少受压构件长细比的杆件
第六章 钢结构的正常使用极限状态
说明：①在上式中压杆的计算长度按第5章所述的原则 和方法确定，拉杆的计算长度则一律取其几何长度，即 节点之间的距离。 ②容许长细比通常由有关规范给出。一般而言，压杆由 于对几何缺陷的影响较为敏感，所以对它的长细比要求 较拉杆严格的多。承受静力荷载的拉杆，可仅限制其在 竖向平面内的长细比，以防止在自重作用下显著下垂。 而承受直接动力荷载的拉杆因刚度过弱时会产生剧烈晃 动，故其容许长细比比承受静力荷载的拉杆要小，并且 两个方向同样对待。 ③对于张紧的圆钢拉杆，因变形极微，所以不再限制长 细比。
Hc/1250 Hc/2500
Hc/4000
Hc/2000 －
－
第六章 钢结构的正常使用极限状态
二、多层及高层框架
多层及高层框架结构的变形限制须考虑两方面的内容:
限制结构顶点位置的侧移量
限制层间侧移量
对于多层及高层框架结构在风荷载标准值作用下，

最大弯矩设计值： M max =
1 1 ( g + q )l 2 = × 56.4 × 5.52 = 213.26KN ⋅ m 8 8
最大剪力设计值： Vmax =
1 1 ( g + q)l = × 56.4 × 5.5 = 155.1KN 2 2
①截面选择： 由 Wnx ≥
（2）当采用工字型截面时：
4 2 5 g k l 4 ( 5n + 2n + 1) p k l 3 νT = + 384 EI x 384n3 EI x
③腹板局部承压计算：由于在支座反力作用处设置了支承加劲肋，因而不必验算腹板的局部承压强度。
④刚度：梁跨中的最大绕度为：
4
νQ
(5n =
(5 × 54 + 2 × 52 +1) 5 × 3.06 × 18000 + × 119.61× 103 × 180003 3 1 18000 5 = × = 22.3mm ≤ [ν T ] = = 45mm 3 4 384 206 × 10 × 1097352 × 10 400
《钢结构》第六章
习题答案
1 解： （1）荷载统计： 图1 由板传给次梁的荷载（先不考虑工字梁的自重） ： 则：次梁上的线荷载标准值为： 可变荷载效应控制的组合：
g k = 2.0 × 3 = 6KN / m, qk = 4.5 × 3 = 13.5KN / m
g k + q k = 6 + 13.5 = 19.5KN / m
主梁的自重： g k = 1.1× 7850 × 354 × 10 = 3.06KN/m （1.1 表示考虑加劲肋等的重量而采用的构造系数）
-6
1 M max = 2047.032 + 1.2 × × 3.06 × 182 = 2195.748KN ⋅ m 8 ；

三角形桁架
上弦坡度：一般大于1:5，适用于轻屋面材料 的屋架。跨度在18m以下由小角钢和圆钢组成的轻 型钢屋架，比较经济。
三角形悬臂式桁架 多用于海洋采油平台上直升飞机场承重支架。
二、桁架的基本尺寸：跨度L、高度H
跨度L主要决定于结构的使用要求。 桁架高度H与组合梁的高度相似，主要应根据经济 和刚度的要求而定。
对屋架设计应考虑以下三种荷载组合： 1)全跨永久荷载+全跨可变荷载； 2)全跨永久荷载+半跨可变荷载； 3)全跨屋架、支撑及天窗架自重+半跨檩条、 屋面板和活(或雪)荷载。
二、桁架杆件的内力计算 桁架杆件内力的计算是根据理想的桁架计算简 图进行的，即假定节点为理想的铰，桁架中所有杆 件的轴线为直线且都在同一平面内，各杆轴线相交 于节点中心，荷载作用于节点上，在这些条件下， 可用结构力学的方法，如图解法、节点法或截面法 以及刚度法等。
（d）单斜式：对称，结点形状相同， 加工方便。 （e）交叉式：可以承受动力荷载。
（a）（c）再分式
（b）（d）K形
（e）菱形
第三节 一、支撑 1、支撑的作用
桁架间的支撑和压杆的计算长度
支撑的主要作用是： 1)保证桁架体系的空间几何稳定性。 2)为桁架弦杆提供必要的侧向支承点，可以减少 受压弦杆在桁架平面外的计算长度，提高桁架的侧向 刚度及稳定性。 3)支撑与桁架弦杆配合，承受垂直于桁架平面 的各种荷载所引起的侧向弯曲及扭转作用，提高结 构的侧向抗弯刚度和抗扭刚度。 4)使结构具有空间整体作用，改善桁架的工作性 能。 5)支撑又可以保证结构安装的方便及可靠性。
(二)钢管截面 钢管壁厚较薄，而截面材料分布离几何中心较远， 且各方面的回转半径均等，与其它型钢截面相比回转 半径较大，相应的长细比较小。

第6章钢结构的正常使用极限状态6.1常使用极限状态的特点正常使用极限状态对应于结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。

《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）规定，当结构或构件出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：1）影响正常使用或外观的变形；2）影响正常使用或耐久性能的局部破坏(包括裂缝)3）影响正常使用或耐久性能的振动4）影响正常使用或耐久性能的其它特定状态。

正常使用极限状态可以理解为适用性极限状态，常见的适用性问题有以下七类：1）由荷载、温度变化、潮湿、收缩和徐变引起的非结构构件的局部损坏（如顶棚、隔墙、墙、窗）；2）荷载产生的挠度防碍家具或设备（如电梯）的正常使用功能；3）明显的挠度使居住者感到不安；4）由剧烈的自然现象（如飓风、龙卷风）造成的非结构构件彻底损坏；5）结构因时效和服役而退化（如地下停车场结构因防水层破坏而损坏）；6）建筑物因活荷载、风荷载、或地震荷载造成的运动，导致居住者身体或心理上不舒适感；7）使用荷载下的连续变形（如高强螺栓滑移）。

长期以来，正常使用极限状态不如承载极限状态那样受到重视，认为只不过是适当限制一下挠度和侧移。

随着结构材料强度的提高和构件的轻型化（包括围护结构和非承重结构构件），情况已经有所改变，研究工作日趋活跃，包括分析正常使用极限状态的可靠指标取值问题。

不过我国的设计规范和规程中仍然只有变形和振动限制两个方面。

6.2拉杆、压杆的刚度要求1. 轴心受力构件刚度验算按照结构的使用要求，钢结构的轴心拉杆、轴心压杆以及拉弯构件都不应过分柔弱而应该具有必要的刚度，保证构件不产生过度的变形。

这种变形可能因其自重而产生，也可能在运输或安装构件的过程中产生。

承受轴线拉力或压力的构件其刚度用长细比控制，即：λmax=(L0/i) max≤[λ]式中λmax——杆件的最大长细比L0——杆件的计算长度I —截面的回转半径[λ]—容许长细比2.轴心受力构件长容许细比规定一般而言，压杆由于对几何缺陷的影响较为敏感，所以对它的长细比要求较拉杆严格得多。

(6.2.2)
第6.3节 压弯构件的稳定
本目录
1. 弯矩作用平面内的稳定性 2. 弯矩作用平面外的稳定 3. 双向弯曲实腹式压弯构件的整体稳定 4. 压弯构件的局部稳定
基本要求
1. 理解实腹式压弯构件的整体稳定性的概念 2. 2. 了解在弯矩作用平面内与弯矩作用平面外失
稳破坏的情况与验算方法
6.3.1 弯矩作用平面内的稳定性
本章目录
6.1 概述 6.2 拉弯和压弯构件的强度 6.3 压弯构件的稳定 6.4 压弯构件（框架柱）的设计 6.5 框架柱的柱脚
基本要求
1．了解拉弯和压弯构件的构造特点和构造要求。 2．掌握拉弯和压弯构件的破坏形式和计算方法。
第6.1节 概述
本节目录
1. 拉弯构件 2. 压弯构件
基本要求
1 . 建立拉弯构件与压弯构件的概念 2 . 了解设计计算的内容
加挠度将使各截面的弯矩增大，如果假定构件的挠曲
线与正弦曲线的半个波段相一致，则中央截面的最大
弯矩为：
Mmax1NM/NE
(6.3.3)
在式中
NE，为2E 欧拉/Il2 临界力。
称为1弯矩放大系数。 1 N / NE
2.允许截面发展一定的塑性
如前所述，以点A'（图6.3.2）作为承载力极限状态 时，该点对应的极限弯矩为：
压弯构件整体破坏的形式有以下三种：（1）因端部弯矩很 大或有较大削弱而发生强度破坏，（2）在弯矩作用平面内发 生弯曲屈曲，（3）在弯矩作用平面外发生弯扭屈曲。
组成截面的板件在压应力作用下也可能发生局部屈曲。
第6.2节 拉弯和压弯构件的强度
本节目录
1.拉弯和压弯构件的强度和刚度计算
基本要求

ANSYS (Mindlin eight-node isoparametric layered element (SHELL 99))
第六章 轴心受力构件
局部失稳产生的背景：
1.3 1.2 1.1 Isolated Local Mode

kL
PL ( EI )
PE PL
Brown Dede Tomblin Trovillion Zureick Euler Local Column Eq. 1
2 z 2 0
第六章 轴心受力构件
2. 弯扭屈曲
单轴对称截面
第六章 轴心受力构件
开口截面的弯扭屈曲临界力Nxz ，可由下式计算：
i0 N Ex N xz N z N xz N xz e0 0
2 2 2
NEx为关于对称轴x的欧拉临界力。 引进弯扭屈曲换算长细比xz：

2 xz
1 2

2 x

2 z

1 22 x2 2 z
2 e0 41 2 i0
2 2 x z
第六章 轴心受力构件
6.5 杆端约束对轴心受压构件整体稳定性的影响
实际压杆并非全部铰接，对于任意支承情况的压杆，其临 界力为：
N cr
EI
2
1. 轴心受压柱的实际承载力
压杆的压力挠度曲线
第六章 轴心受力构件
轴心受压柱按下式计算整体稳定：
N f
A

cr
fy
式中 N 轴心受压构件的压力设计值； A 构件的毛截面面积；
f 轴心受压构件的稳定系数 ； N
cr
fy
f 钢材的抗压强度设计值 。

钢结构基础第六章答案6.1 工字形焊接组合截面简支梁，其上密铺刚性板可以阻止弯曲平面外变形。

梁上均布荷载（包括梁自重），跨中已有一集中荷载，现需在距右端4处4/q kN m =090F kN =m 设一集中荷载。

问根据边缘屈服准则，最大可达多少。

设各集中荷载的作用位置距梁1F 1F 顶面为120mm ，分布长度为120mm 。

钢材的设计强度取为。

另在所有的已知2300/N mm 图6-34 题6.1解：（1）计算截面特性2250122800812400A mm =⨯⨯+⨯= 339411250824(2508)800 1.33101212x I mm =⨯⨯-⨯-⨯=⨯633.229102x x IW mm h ==⨯ 32501240640082001858000m S mm =⨯⨯+⨯⨯=31250124061218000S mm =⨯⨯=（2）计算、两集中力对应截面弯矩0F 1F ()210111412901263422843F M F kN m =⨯⨯+⨯⨯+⨯=+⋅()1118128248489012824424333F M F kN m =⨯-⨯⨯+⨯⨯⨯+⨯=+⋅令，则当，使弯矩最大值出现在作用截面。

10M M >1147F kN >1F （3）梁截面能承受的最大弯矩63.22910300968.7x M W f kN m==⨯⨯=⋅令得：；令得：0M M =1313.35F kN =1M M =1271.76F kN =故可假定在作用截面处达到最大弯矩。

1F （4）a ．弯曲正应力①61max68(244)1033003.22910x x F M W σ+⨯==≤⨯b.剪应力作用截面处的剪力1F 1111122412449053()2233V F F kN ⎛⎫=⨯⨯-⨯+⨯+=+ ⎪⎝⎭ ②311max925310185800031.33108m x F V S I t τ⎛⎫+⨯⨯ ⎪⎝⎭==≤⨯⨯c.局部承压应力在右侧支座处： ③()312244510330081205122120c F σ⎛⎫++⨯⎪⎝⎭=≤⨯+⨯+⨯集中力作用处： ④1F ()311030081205122120c F σ⨯=≤⨯+⨯+⨯d.折算应力作用截面右侧处存在很大的弯矩，剪力和局部承压应力，计算腹板与翼缘交界处的分享1F 应力与折算应力。

连接方便，同时蜂窝孔便于管线设施穿过，还能起到调整空间 韵律变化的作用，在国内外都得到了比较广泛的研究和应用。
腹板错位焊接 按锯齿形切开
(a)
蜂窝梁（a）切割线； （b）蜂窝梁
(b)
6.1.3 空腹式受弯构件
另一类型的空腹式受弯构件，工程上称之为桁架，与梁相 比，其特点是以弦杆代替翼缘、以腹杆代替腹板，而在各 节点将腹杆与弦杆连接。这样，桁架整体受弯时，弯矩表 现为上、下弦杆的轴心压力和拉力，剪力则表现为各腹杆
的轴心压力或拉力。
(a)
梁式桁架形式
(d)
(b)
(e)
6.1.3 空腹式受弯构件
(a)
(d)
(b)
梁式桁架形式
(e)
(c)
(f)
钢桁架可以根据不同使用要求制成所需的外形，对跨度和 高度较大的构件，其钢材用量比实腹梁有所减少，而刚度
却有所增加。只是桁架的杆件和节点较多，构造较复杂，
制造较为费工。
6.2 受弯构件的设计
本节目录
6.2.1 概述 6.2.2 梁的强度 6.2.3 梁的刚度 6.2.4 梁的整体稳定性 6.2.5 梁的局部稳定性 6.2.6 型钢梁的截面设计
6.2.1 概述
梁设计中应满足的两种极限状态
内容 极限状态 需要满足 需要满足 抗弯强度 强度承载力 抗剪强度 局部承压强度 复杂应力状态下强度 稳定承载力 正常使用极限状态 梁的变形极限状态 整体稳定
3m 3 m
3m 3m
3m 3 m
3m 3m
q
6m
解：①荷载及内力计算
梁上的荷载标准值为： qk 3 4.5 7.5kN / m 2 荷载设计值为： qd 1.2 3 1.3 4.5 9.45kN / m 2

钢结构设计原理第六章拉弯和压弯构件首先介绍拉弯构件。

拉弯构件主要受到正弯矩和拉力的作用。

在设计拉弯构件时，需要考虑结构的受力特点，根据结构所受到的相应受力，选择合适的杆件截面形状。

在选择截面形状时，需要综合考虑截面的承载能力、弹性变形能力和抗扭刚度等因素。

根据拉弯构件的受力特点，可以选择T形截面、双角截面、工字型截面等形式，以提高结构的强度和刚度。

接下来是压弯构件的设计原理。

压弯构件主要受到负弯矩和压力的作用。

在设计压弯构件时，同样需要综合考虑结构的受力特点，并选择合适的杆件截面形状。

在选择截面形状时，需要考虑截面的承载能力、塑性变形能力和抗扭刚度等因素。

压弯构件的常用截面形状包括工字型截面、双角截面、矩形截面等形式。

除了截面形状的选择原则外，还需要对拉弯和压弯构件进行强度计算。

计算时需要考虑截面的承载能力和结构所受到的荷载。

拉弯构件的强度计算一般通过确定杆件的等效长度来进行，根据拉弯构件的长度和截面形状，选择合适的等效长度，然后根据相应的拉弯构件等效长度和所受到的荷载，计算出截面的承载能力。

压弯构件的强度计算一般需要采用压杆稳定性原理进行，根据杆件的截面形状、弹性模量和地面特性等因素，计算出截面的临界压力。

若所受压力小于临界压力，则认为结构是稳定的。

总结来说，设计拉弯和压弯构件时，需要综合考虑结构的受力特点，并选择合适的杆件截面形状。

在选择截面形状时，需要综合考虑截面的承载能力、弹性变形能力和抗扭刚度等因素。

此外，还需要进行强度计算，以确保构件的稳定性和安全性。