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第4章 轴心受力构件4.1 概述轴心受力构件广泛地应用于钢结构承重构件中，如钢屋架、网架、网壳、塔架等杆系结构的杆件，平台结构的支柱等。
这类构件，在节点处往往做成铰接连接，节点的转动刚度在确定杆件计算长度时予以适当考虑，一般只承受节点荷载。
根据杆件承受的轴心力的性质可分为轴心受拉构件和轴心受压构件。
一些非承重构件，如支撑、缀条等，也常常由轴心受力构件组成。
轴心受力构件的截面形式有三种：第一种是热轧型钢截面，如图4-1(a )中的工字钢、H 型钢、槽钢、角钢、T 型钢、圆钢、圆管、方管等；第二种是冷弯薄壁型钢截面，如图4-1(b )中冷弯角钢、槽钢和冷弯方管等；第三种是用型钢和钢板或钢板和钢板连接而成的组合截面，如图4-1(c )所示的实腹式组合截面和图4-1(d ) 所示的格构式组合截面。
轴心受力构件的截面必须满足强度、刚度要求，且制作简单、便于连接、施工方便。
因此，一般要求截面宽大而壁厚较薄，能提供较大的刚度，尤其对于轴心受压构件，承载力一般由整体稳定控制，宽大的截面因稳定性能好从而用料经济，但此时应注意板件的局部屈曲问题，板件的局部屈曲势必影响构件的承载力。
4.2 轴心受力构件的强度轴心受力构件的强度计算是以构件的净截面达到屈服应力为限ynf A N ==σ根据概率极限状态设计法，N 取设计值（标准值乘以荷载分项系数），yf 也去设计值（除以抗力分项系数087.1=Rγ）即f，钢材设计强度见附表1.1，P313。
表达式为fA N n≤ （4.1）nA 为轴心受力构件的净截面面积。
在螺栓连接轴心受力构件中，需要特别注意。
4.3 轴心受力构件的刚度为满足正常使用要求，受拉构件（包括轴心受拉、拉弯构件）、受压构件（轴心受压构件、压弯构件）不宜过分细长，否则刚度过小，制作、运输、安装过程中易弯曲（P118列出四种不利影响）。
受拉和受压构件的刚度通过长细比λ控制][),max(max λλλλ≤=y x （4.4） 式中x x x i l /0=λ，yy y i l /0=λ；][λ为容许长细比，见表4.1，4.2。
轴心受力构件设计轴心受拉构件时需进行强度和刚度的验算，设计轴心受压构件时需进行强度、整体稳定、局部稳定和刚度的验算。
一、轴心受力构件的强度和刚度1．轴心受力构件的强度计算轴心受力构件的强度是以截面的平均应力达到钢材的屈服点为承载力极限状态f A N n ≤=σ (1) 式中 N ——构件的轴心拉力或压力设计值；n A ——构件的净截面面积；f ——钢材的抗拉强度设计值。
采用高强度螺栓摩擦型连接的构件，验算最外列螺栓处危险截面的强度时，按下式计算：f A N n≤='σ (2) 'N =)5.01(1n n N - (3)式中 n ——连接一侧的高强度螺栓总数；1n ——计算截面(最外列螺栓处)上的高强度螺栓数；0.5——孔前传力系数。
采用高强度螺栓摩擦型连接的拉杆，除按式(2)验算净截面强度外，还应按下式验算毛截面强度f A N ≤=σ (4)2．轴心受力构件的刚度计算轴心受力构件的刚度是以限制其长细比保证][λλ≤ (5) 式中 λ——构件的最大长细比；[λ]——构件的容许长细比。
二、 轴心受压构件的整体稳定1．理想轴心受压构件的屈曲形式理想轴心受压构件可能以三种屈曲形式丧失稳定：①弯曲屈曲 双轴对称截面构件最常见的屈曲形式。
②扭转屈曲 长度较小的十字形截面构件可能发生的扭转屈曲。
③弯扭屈曲 单轴对称截面杆件绕对称轴屈曲时发生弯扭屈曲。
2．理想轴心受压构件的弯曲屈曲临界力若只考虑弯曲变形，临界力公式即为著名的欧拉临界力公式，表达式为N E =22l EI π=22λπEA (6) 3．初始缺陷对轴心受压构件承载力的影响实际工程中的构件不可避免地存在初弯曲、荷载初偏心和残余应力等初始缺陷，这些缺陷会降低轴心受压构件的稳定承载力。
1）残余应力的影响当轴心受压构件截面的平均应力p f >σ时，杆件截面内将出现部分塑性区和部分弹性区。
由于截面塑性区应力不可能再增加，能够产生抵抗力矩的只是截面的弹性区，此时的临界力和临界应力应为：N cr =22l EI e π=22lEI π·I I e (7) cr σ=22λπE ·I I e (8) 式中 I e ——弹性区的截面惯性矩(或有效惯性矩)；I ——全截面的惯性矩。
第4章轴心受力构件4.1 轴心受力构件的类型和应用4.1.1轴心受力构件的类型只受通过构件截面形心轴线的轴向力作用的构件称为轴心受力构件。
轴向力为拉力时称轴心受拉构件；当轴向力为压力时称轴心受压构件。
在钢结构中轴心受力构件的应用十分广泛，平面和空间铰接杆件体系都有轴心受拉和轴心受压杆件组成，例如桁架、塔架、网架和网壳等杆系体系。
轴心受力构件也常用与操作平台柱和其它结构的支柱以及一些支撑系统中。
这类构件通常假设节点为铰接连接，图4.1即为轴心受力构件在工程中应用的一些实例。
图4.1 轴心受力构件在工程中的应用(a)平面桁架(b)空间桁架(c)网架(d)柱4.1.2轴心受力构件的截面形式轴心受力构件的截面形式常用的有如图4.2所示三种。
第一种是热轧型钢截面，如图4.2(a)中的圆钢、圆管、方管、角钢、工字钢、T形钢、槽钢和H形钢等。
第二种是冷弯薄壁型钢截面，如图4.2(b)中的带有卷边或不卷边的角钢或槽钢和方管等。
第三种是用型钢或钢板连接而成的组合截面。
图4.2(c)是实腹式组合截面，图4.2(d)是格构式组合截面。
图4.2 轴心受力构件的常用截面形式(a) 热轧型钢截面 (b) 冷弯薄壁型钢截面 (c) 实腹式组合截面 (d) 格构式组合截面对于轴心受拉构件，截面应能提供按强度要求的横截面面积和适当的长细比，同时还要便于加工制作，便于与相邻的其它构件连接。
对于轴心受压构件，为了获得较好的经济效果，应该采用壁薄肢宽的截面。
对于压力很大的构件，可以采用焊接组合实腹式截面或格构式组合截面。
在轻型钢结构中采用冷弯薄壁型钢截面比较有利。
4.2 轴心受力构件的强度和刚度轴心受力构件的设计要满足钢结构设计两种极限状态的要求。
对承载能力极限状态的要求，轴心受拉构件只有强度问题，而轴心受压构件则有强度和稳定问题；对正常使用极限状态的要求，每类构件都有刚度问题。
4.2.1 轴心受力构件的强度由钢材的应力-应变曲线可知，轴心受力构件的强度极限承载力应是截面平均应力达到钢材的抗拉强度u f 时，但以此为拉杆强度极限的依据时要防止构件突然断裂，这就要求拉杆设计时要有较多安全储备；而另一方面当构件毛截面平均应力达到钢材的屈服强度y f 时，构件塑性变形的发展使构件的变形过大，这时构件不能继续承载。
天才是百分之九十九的勤奋加百分之一的灵感钢结构设计规范GB50017修订内容介绍同济大学沈祖炎2002年11月一、章节目录1 总则2 术语和符号2.1 术语2.2 符号3 基本设计规定3.1 设计原则3.2 荷载和荷载效应计算3.3 材料选用3.4 设计指标3.5 结构或构件变形的规定4 受弯构件的计算4.1 强度4.2 整体稳定4.3 局部稳定4.4 组合梁腹板考虑屈曲后强度的计算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5.2 拉弯构件和压弯构件5.3 构件的计算长度和容许长细比5.4 受压构件的局部稳定6 疲劳计算6.1 一般规定6.2 疲劳计算7 连接计算7.1 焊缝连接7.2 紧固件（螺栓、铆钉等）连接7.3 组合工字梁翼缘连接7.4 梁与柱的刚性连接7.5 连接节点处板件的计算7.6 支座8 构造要求8.1 一般规定8.2 焊缝连接8.3 螺栓连接和铆钉连接8.4 结构构件8.5 对吊车梁和吊车桁架（或类似结构）的要求8.6 大跨度屋盖结构8.7 提高寒冷地区结构抗脆断能力的要求8.8 制作、运输和安装8.9 防护和隔热9 塑性设计9.1 一般规定9.2 构件的计算9.3 容许长细比和构造要求10 钢管结构10.1 一般规定10.2 构造要求10.3 杆件和节点承载力11 钢与混凝土组合梁11.1 一般规定11.2 组合梁设计11.3 抗剪连接件的计算11.4 挠度计算11.5 构造要求附录A 结构或构件的变形容许值附录B 梁的整体稳定系数附录C 轴心受压构件的稳定系数附录D 柱的计算长度系数附录E 疲劳计算的构件和连接分类附录F 桁架节点板在斜腹杆压力作用下的稳定计算附：本规范用词说明附：修改条文说明其中下面打—的节为新增，下面打~~的节为有较多修改。
二、增加的一些新概念2.1. 一阶分析与二阶分析（1）一阶分析为不考虑结构变形对内力产生的影响，根据未变形的结构平衡条件分析结构内力及位移。
轴心受力构件第4章轴心受力构件4.1 概述轴心受力构件广泛地应用于钢结构承重构件中，如钢屋架、网架、网壳、塔架等杆系结构的杆件，平台结构的支柱等。
这类构件，在节点处往往做成铰接连接，节点的转动刚度在确定杆件计算长度时予以适当考虑，一般只承受节点荷载。
根据杆件承受的轴心力的性质可分为轴心受拉构件和轴心受压构件。
一些非承重构件，如支撑、缀条等，也常常由轴心受力构件组成。
轴心受力构件的截面形式有三种：第一种是热轧型钢截面，如图4-1(a )中的工字钢、H 型钢、槽钢、角钢、T 型钢、圆钢、圆管、方管等；第二种是冷弯薄壁型钢截面，如图4-1(b )中冷弯角钢、槽钢和冷弯方管等；第三种是用型钢和钢板或钢板和钢板连接而成的组合截面，如图4-1(c )所示的实腹式组合截面和图4-1(d ) 所示的格构式组合截面。
轴心受力构件的截面必须满足强度、刚度要求，且制作简单、便于连接、施工方便。
因此，一般要求截面宽大而壁厚较薄，能提供较大的刚度，尤其对于轴心受压构件，承载力一般由整体稳定控制，宽大的截面因稳定性能好从而用料经济，但此时应注意板件的局部屈曲问题，板件的局部屈曲势必影响构件的承载力。
4.2 轴心受力构件的强度轴心受力构件的强度计算是以构件的净截面达到屈服应力为限ynf A N ==σ根据概率极限状态设计法，N 取设计值（标准值乘以荷载分项系数），yf 也去设计值（除以抗力分项系数087.1=Rγ）即f，钢材设计强度见附表1.1，P313。
表达式为fA N n≤ （4.1）nA 为轴心受力构件的净截面面积。
在螺栓连接轴心受力构件中，需要特别注意。
4.3 轴心受力构件的刚度为满足正常使用要求，受拉构件（包括轴心受拉、拉弯构件）、受压构件（轴心受压构件、压弯构件）不宜过分细长，否则刚度过小，制作、运输、安装过程中易弯曲（P118列出四种不利影响）。
受拉和受压构件的刚度通过长细比λ控制][),max(max λλλλ≤=y x （4.4）式中x x x i l /0=λ，yy y i l /0=λ；][λ为容许长细比，见表4.1，4.2。
