钢结构格构柱设计

钢结构梁柱估算梁的设计：1.型钢梁设计由梁的荷载和支承情况根据内力计算得到梁的最大弯矩，根据选用的型钢材料确定其抗弯强度设计值，由此求得所需要的梁净截面抵抗矩，然后在型钢规格表中选择型钢的型号。

最后对选定的型钢梁截面进行强度、刚度和整体稳定验算。

2.组合梁设计梁的截面选择步骤为：估算梁的高度（一般用经济高度）、确定腹板的厚度和翼缘尺寸，然后验算梁的强度、稳定和刚度。

柱的设计：1.实腹柱设计截面选择的步骤如下：（1）假定柱的长细比，一般在50―90范围之内，轴力大而长度小时，长细比取小值，反之取大值；（2）根据已假定的长细比，查得轴心受压稳定系数。

然后根据已知轴向力和钢材抗压强度设计值求得所需截面积；（3）求出截面两个主轴方向所需的回转半径（根据已知的两个方向的计算长度和长细比）；（4）由此计算出截面轮廓尺寸的高和宽；（5）通过求得的截面面积和宽以及高，再根据构造要求、钢材规格等条件，选择柱的截面形式和确定实际尺寸；（6）验算实腹柱的截面强度、刚度，整稳和局稳；2.格构柱设计截面选择的步骤如下：（1）假定长细比，一般在50―90之间；（2）计算柱绕实轴整体稳定，用与实腹柱相同的方法和步骤选出肢件的截面规格。

根据假定的长细比，查稳定系数，最后确定所需的截面面积；（3）计算所需回转半径；（4）算出截面轮廓尺寸宽度和高度；（5）计算虚轴长细比；通过求得的面积、高度和宽度以及考虑到钢材规格及构造要求选择柱的截面形式和确定实际尺寸。

（6）强度、刚度和整稳验算；（7）缀条设计和缀板设计；回转半径就是惯性半径。

定义：任意形状截面的面积为A，则图形对y轴和z轴的惯性半径分别为iy=sqrt(Iy/A),iz=sqrt(Iz/A).特征：惯性半径是对某一坐标轴定义的；惯性半径的量纲为长度的一次方，单位为M；惯性半径的值恒为正。

用处：1,惯性矩Ix,回转半径ix=sqrt（Ix/A),长细比λx=lox/ix,截面验算：局部稳定b/t=(10+0.1λ)sqrt(235/fy);h0/tw=(25+0.5λ)sqrt(235/fy).2,知道了柱子的轴力和计算长度-假定长细比初步估计截面-选定截面计算长细比，回转半径惯性矩等-截面验算。

轴心受压构件整体弯曲后，沿杆长各截面上将存在弯矩与剪力。

对实腹式构件,剪力引起得附加变形很小,对临界力得影响只占3／100０左右。

因此,在确定实腹式轴心受压构件整体稳定得临界力时，仅仅考虑了由弯矩作用所产生得变形,而忽略了剪力所产生得变形。

对于格构式柱,当绕虚轴失稳时,情况有所不同,因肢件之间并不就是连续得板而只就是每隔一定距离用缀条或缀板联系起来。

柱得剪切变形较大,剪力造成得附加挠曲影响就不能忽略。

在格构式柱得设计中，对虚轴失稳得计算,常以加大长细比得办法来考虑剪切变形得影响，加大后得长细比称为换算长细比。

钢结构设计规范对缀条柱与缀板柱采用不同得换算长细比计算公式。

(1)双肢缀条柱根据弹性稳定理论,当考虑剪力得影响后，其临界力得表达为:式中——格构柱绕虚轴临界力换算为实腹柱临界力得换算长细比。

(5、25)——单位剪力作用下得轴线转角(单位剪切角)。

现取图5.１6(a)得一段进行分析,以求出单位剪切角。

如图5．１6(b）所示,在单位剪力作用下一侧缀材所受剪力。

设一个节间内两侧斜缀条得面积之与A１,其内力;斜缀条长,则:斜缀条得轴向变形为:αA1——斜缀条总面积假设变形与剪切角就是有限得微小值,则由引起得水平变位为:故剪切角为:(５、26) 这里,为斜缀条与柱轴线间得夹角,代入式（5、25)中得:（5、25)(５、２７) 一般斜缀条与柱轴线间得夹角在400～700范围内，在此常用范围,得值变化不大(图5、17),我国规范加以简化取为常数２7,由此得双肢缀条柱得换算长细比为:（5、２８)式中——整个柱对虚轴得长细比(不计缀材)；Ａ——整个柱肢得毛截面面积;Ａ1——一个节间内两侧斜缀条毛截面面积之与。

需要注意得就是,当斜缀条与柱轴线间得夹角不在400~７00范围内时,值将大２7很多,式(5.28)就是偏于不安全得,此时应按式(５、27)计算换算长细比。

(２)双肢缀板柱双肢缀板柱中缀板与肢件得连接可视为刚接，因而分肢与缀板组成一个多层框架,假定变形时反弯点在各节点得中点[图５、1８(a)]。

钢结构格构柱在现代建筑和工程领域中，钢结构格构柱以其独特的结构优势和广泛的应用范围，成为了支撑起众多宏伟建筑和重要设施的关键构件。

它不仅在大型工业厂房、桥梁建设中发挥着重要作用，在高层建筑、体育场馆等领域也有着不可或缺的地位。

钢结构格构柱，简单来说，就是由型钢、钢管或角钢等通过一定的连接方式组合而成的柱子。

它的基本构成通常包括肢件和缀材两部分。

肢件是柱子的主要受力部分，承担着来自上部结构的荷载，并将其传递到基础；缀材则用于连接肢件，增强柱子的整体稳定性和承载能力。

从结构形式上看，钢结构格构柱主要有缀条式和缀板式两种。

缀条式格构柱的缀材采用角钢、槽钢等杆件，与肢件通过焊接或螺栓连接。

这种形式的格构柱具有较好的抗扭性能和经济性能，适用于较大跨度和较高荷载的情况。

缀板式格构柱的缀材则是用钢板制成，与肢件焊接连接。

它的整体性较好，但制作工艺相对复杂，成本也较高。

在设计钢结构格构柱时，需要考虑众多因素。

首先是荷载的计算，要准确确定作用在柱子上的各种荷载，包括竖向荷载、水平荷载、风荷载、地震作用等。

然后根据荷载的大小和性质，选择合适的钢材型号和规格。

钢材的强度、韧性、焊接性能等都是需要重点关注的指标。

此外，柱子的长细比也是设计中的一个关键参数。

长细比过大，柱子容易失稳；长细比过小，则会造成材料的浪费。

为了保证柱子的稳定性，还需要进行整体稳定性和局部稳定性的验算。

钢结构格构柱的制作过程要求严格。

在原材料的选择上，必须保证钢材的质量符合国家标准和设计要求。

制作过程中，肢件和缀材的切割、焊接、钻孔等工艺都需要精细操作，以确保尺寸精度和连接质量。

焊接质量尤为重要，焊缝要饱满、均匀，不得有裂纹、气孔等缺陷。

制作完成后，还需要对柱子进行防腐处理，以延长其使用寿命。

在施工安装方面，钢结构格构柱也有一定的技术要求。

安装前要对基础进行验收，确保基础的平整度和标高符合要求。

柱子的吊装要采用合适的起重设备和吊装方法，保证柱子在吊装过程中的安全和稳定。

钢柱设计资料一、钢柱构造要求1、当实腹式柱的腹板计算高度ho与厚度t w之比大于80时,应采用横向加劲肋加强,其间距不得大于3ho。

横向加劲肋的尺寸和构造应按"钢结构设计规范GB50017--2003"第4.3.6条的有关规定采用。

2、格构式柱或大型实腹式柱,在受有较大水平力处和运送单元的端部应设置横隔,横隔的间距不得大于柱截面长边尺寸的9倍和8m。

二、柱脚构造要求1、插入式柱脚中,钢柱插入混凝土基础杯口的最小深度:实腹柱为1.5hc或1.5dc;双肢格构柱(单杯口或双杯口)为0.5hc和1.5bc(或dc)的较大值。

但不宜小于吊装时钢柱长度的1/20。

工字形截面的实腹柱一般不设底板,这样施工方便,箱形和管形截面柱以及格构柱,宜设置柱底板,可减少柱子的埋入长度。

注:(1)、hc为柱截面高度(长边尺寸);bc为柱截面宽度;dc为圆管柱的外径。

(2)、钢柱底端至基础杯口底的距离一般采用50mm,当有柱底板时,可采用200mm。

2、预埋入混凝土构件的埋入式柱脚,其混凝土保护层厚度以及外包式柱脚外包混凝土的厚度均不应小于180mm。

钢柱的埋入部分和外包部分均宜在柱的翼缘上设置圆柱头焊钉(栓钉),其直径不得小于16mm,水平及竖向中心距不得大于200mm。

埋入式柱脚在埋入部分的顶部应设置水平加劲肋或隔板。

3、柱脚在地面以下的部分应采用强度等级较低的混凝土包裹(保护层厚度不应小于50mm),并应使包裹的混凝土高出地面不小于150mm。

当柱脚底面在地面以上时,柱脚底面应高出地面不小于100mm。

*注:带*号者为规范强制性条文。

4、柱脚底板当平面尺寸较大时,为便于施工底板下的二次浇灌层,应在底板上开设直径不小于100mm的孔洞,间隔500~700mm,一般每平方米底板面积开一个孔。

5、靴梁柱脚锚栓加劲肋的高度,一般不宜小于400mm,加劲肋厚度不宜小于10mm,其上端宜刨平顶紧于顶板(或加强角钢)上。

中欧钢结构设计规范格构柱承载力比较首先是柱截面尺寸和钢材强度的要求。

中欧钢结构设计规范中都对柱截面的宽度和高度有一定的要求，以及柱截面厚度的限制。

关于钢材的强度要求，中欧钢结构设计规范都要求使用符合相关标准的高强度钢材。

其次是轴压承载力的计算。

中欧钢结构设计规范都通过对格构柱的轴压承载力进行计算来确定柱的尺寸和钢材的强度。

具体的计算方法可能有所差异，但基本原理是相同的。

接下来是局部稳定性的要求。

格构柱的局部稳定性常常是设计中的一个关键问题，关系到柱的承载能力和使用安全。

中欧钢结构设计规范中都对局部稳定性进行了详细的要求和计算方法的说明。

最后是稳定计算。

中欧钢结构设计规范中都要求对格构柱进行稳定计算，即通过对柱的稳定性进行分析来确定柱的尺寸和钢材的强度。

具体的计算方法可能有所差异，但基本原理是相同的。

总体来说，中欧钢结构设计规范对于格构柱的承载力要求基本一致，但在具体的计算方法和细节上可能存在一些差异。

因此，在实际设计中，需要根据所采用的设计规范来进行合理的计算和设计。

此外，中欧钢结构设计规范中还包括了其他方面的要求和规定，如构件的连接、施工要求等，这些也是设计中需要考虑的因素。

综上所述，中欧钢结构设计规范中对于格构柱的承载力要求基本一致，但在具体的计算方法和细节上可能存在一些差异。

设计师在进行钢结构设计时，需要根据所采用的设计规范来进行合理的计算和设计，以确保结构的安全性和可靠性。

同时，也需要考虑其他方面的要求和规定，以保证整个设计的质量和施工的顺利进行。

钢结构厂房柱脚设计要点钢结构厂房柱脚设计要点钢结构厂房柱脚应能可靠传递柱身承载力，宜采用埋入式、插入式或外包式柱脚，6、7度时也可采用外露式柱脚。

震害表明，外露式柱脚破坏的特征是锚栓剪断、拉断或拔出，由于柱脚锚栓破坏，使钢结构倾斜，严重者导致厂房坍塌。

外包式柱脚表现为顶部箍筋不足的破坏。

厂房钢柱可划分为两类，其一是单肢柱，即通常所称的实腹柱（包括钢管、轧制或焊接H型钢）；其二则是格构柱。

两类钢柱的受力状态不同，其柱脚设计也应区别对待。

一、实腹柱（单肢柱）实腹柱刚接柱脚，承受弯矩、剪力和轴力的共同作用。

一般情况下，首先应考虑柱脚的承载力不小于柱截面塑性屈服承载力的1.2倍。

即满足下式要求：M u≥1.2M pc，N式中：M u—刚接柱脚的极限受弯承载力；M pc，N—柱截面全塑性受弯承载力，需计入多遇地震组合轴力的影响。

1、埋入式、插入式柱脚：（1）埋入式、插入式柱脚进入砼基础的深度，应符合下式要求。

式中：d—柱脚埋入深度；b f—翼缘宽度；f c—基础砼抗压强度设计值。

并且，埋入式柱脚埋入砼的深度不宜小于2.0倍的柱截面高度；插入式柱脚不宜小于2.5倍的柱截面高度。

（2）埋入式柱脚埋入段柱受拉翼缘外侧所需焊钉数量，可按下式计算：n≥?（NA f/A+M/h co）/V s式中：n—柱受拉翼缘外侧所需焊钉数量；M、N—分别为多遇地震组合的柱脚弯矩设计值、轴力设计值；A、A f—分别为柱截面的面积、柱翼缘的截面面积；h co—柱翼缘截面的中心距；V s—一个圆柱头焊钉连接件的受剪承载力设计值，可按现行《钢结构设计规范》GB50017的规定计算。

（3）插入式柱脚插入段的剪力传递（轴力）需满足下式：N≤0.75f t sd式中：f t—基础砼抗拉强度设计值；S—插入段实腹柱截面的周长。

2、外包式柱脚：外包式柱脚属于钢和砼组合结构，内力传递复杂，影响因素多，目前还存在一些未充分明晰的内容，因此诸如各部分的形状、尺寸以及补强方法等构造要求较多。

三、格构柱施工方案3.1格构柱设计要求设计格构柱500×500mm，角钢型号为L180×18，缀板型号为450×250×18mm，缀板与角钢采用周遍焊连接。

焊缝高度12mm。

3.2格构柱材质要求为保证钢材质量，制作前对现场钢材的种类、钢号及规格进行严格检查验收，每种钢材必须附有质量证明书，如对钢材的质量存在疑义时，现场抽样进行检验，其结果符合国家标准的规定和设计的要求方可使用。

钢材表面的锈蚀、麻点或划痕的深度不得大于该钢材厚度负偏差值的一半，断口处不得有分层缺陷。

钢材焊接材料应附有质量证明书，并符合设计要求和国家标准规定。

3.3格构柱施工流程图3.1钢格构柱施工流程图3.4格构柱的制作及焊接要求1、放样、号料和下料①格构柱放样、号料严格按照设计施工图纸的钢材规格和尺寸，并应符合施工规范的规定。

②格构柱放样、号料应根据材料厚度和工艺要求预留适当焊接收缩余量和切割余量。

③钢材号料、下料应有利于切割和保证质量，并尽可能节约材料。

④钢材切割前，清除钢材表面切割区域内的铁锈、油污，切割后，断口上不得有裂纹和大于5mm的缺棱，并清除边缘上的焊瘤和飞溅物等。

2、格构柱组装、焊接因本工程格构柱长度大，不便于运输，格构柱采用分节组装焊接。

单节格构柱采用模具定位进行拼装，以保证格构柱的垂直度。

组装前清除角钢、钢板表面污垢、蚀锈，然后将角钢利用模具固定牢靠，再将制作好的缀板点焊定位在角钢上。

缀板与角钢之间采用周遍焊连接，电焊强度和密度须满足设计和规范要求。

缀板间距要符合设计要求，格构柱尺寸满足规范要求。

待复查组装质量和焊缝处理情况合格后，开始进行缀板焊接。

如不符合要求，应修整合格后方能施焊。

焊接完毕后应清除熔渣及金属飞溅物。

3、钢格构拼接根据基坑围护工程立柱桩结构图(图号：SJ-003、SJ-004)及设计技术交底，设计钢格构柱长度分别为15.55m、16.25m、18.15m和17.85m，市场上角钢长度一般为9m和12m，故格构柱角钢需要进行对接拼接。

钢结构格构柱设计钢结构格构柱设计一、引言钢结构是一种具有高强度、抗震性能好、施工速度快等优点的结构形式。

格构柱作为钢结构的重要组成部分，其设计要求的严苛程度不可忽视。

本文将详细介绍钢结构格构柱的设计过程，包括材料选择、荷载计算、构件尺寸确定等内容。

二、材料选择1. 钢材牌号：根据设计要求和结构性能要求，选择适当的优质钢材，如Q345B、Q345C等。

2. 钢材强度：根据结构的工作状态和受力情况，确定钢材的强度等级，如Q235、Q345等。

三、荷载计算1. 自重计算：根据格构柱的材料和尺寸，计算其自重，并考虑附加设备的重量。

2. 组合荷载计算：根据实际情况，确定格构柱所承受的荷载情况，包括永久荷载、可变荷载等。

3. 地震荷载计算：根据地震区域的地震烈度、设计基准地震动参数等，计算格构柱所承受的地震荷载。

四、构件尺寸确定1. 柱截面选取：根据承受荷载的大小和方向，选择合适的柱截面形状，如圆形、方形、矩形等。

2. 截面尺寸计算：根据荷载和钢材强度等参数，计算格构柱的截面尺寸，包括截面宽度、截面高度等。

3. 柱高度确定：根据建筑结构的要求，确定格构柱的高度，如根据层高、柱间距等进行计算。

五、连接设计1. 柱与柱之间的连接：根据构件的受力情况和设计要求，选择适当的连接方式，如焊接、螺栓连接等。

2. 柱与梁之间的连接：根据梁的受力情况和设计要求，确定柱与梁之间的连接方式，如刚性连接、铰接连接等。

六、验算和优化设计1. 初步验算：对设计结果进行初步验算，确保构件的安全性能。

2. 优化设计：根据初步验算结果，对构件进行优化设计，使其更加经济高效。

附件：1. 结构图纸：包括格构柱的平面布置图、剖面图等。

2. 强度计算表：包括格构柱的材料特性、截面尺寸、受力情况、强度验算等。

法律名词及注释：1. 建筑法：指国家对建筑行为所做的一系列法律规定，包括建筑设计、建筑施工、建筑质量监督等方面。

2. 钢结构设计规范：指国家对钢结构设计所做的规范性文件，包括结构设计方法、材料选用、构件尺寸确定等。

钢结构格构柱设计步骤一、确定设计要求钢结构格构柱设计的第一步是确定设计要求。

根据具体的项目需求和使用要求，确定柱子的受力性能、材料要求、几何形状等。

同时还需要考虑柱子所在的环境条件，如地震、风荷载等因素。

二、选择合适的钢材根据设计要求，选择合适的钢材。

一般情况下，常用的钢材有Q235、Q345等。

根据柱子的受力性能要求，选择相应的强度等级和材料规格。

三、确定柱子的几何形状和尺寸根据设计要求和受力性能要求，确定柱子的几何形状和尺寸。

柱子的几何形状包括截面形状和截面尺寸。

常用的柱子截面形状有矩形、圆形、H形等。

根据受力情况，选择合适的截面形状，并根据计算得到的受力情况确定截面尺寸。

四、进行强度计算和稳定性分析根据柱子的几何形状和受力情况，进行强度计算和稳定性分析。

强度计算主要包括柱子的抗弯强度、抗剪强度和抗压强度等。

稳定性分析主要包括柱子的屈曲稳定性和侧扭稳定性等。

五、设计连接节点钢结构格构柱的连接节点设计非常重要。

在设计连接节点时，需要考虑连接的刚度和强度，以及连接的可靠性和施工方便性。

常用的连接方式有焊接、螺栓连接等。

六、进行验算和优化设计完成初步设计后，需要进行验算和优化设计。

验算是为了验证设计的合理性和安全性，确保柱子能够满足设计要求。

优化设计是为了提高柱子的经济性和性能，减少材料的使用量和成本。

七、编制施工图和制定施工方案完成设计后，需要编制施工图和制定施工方案。

施工图是为了指导施工过程，包括柱子的几何尺寸、连接方式、焊接方法等。

施工方案是为了组织施工工序和安排施工流程，确保施工的安全和质量。

八、进行施工过程监督和质量检查在施工过程中，需要进行监督和质量检查。

监督是为了确保施工按照设计要求进行，质量检查是为了验证施工的质量和合格性。

同时还需要及时处理施工中的问题和变更。

九、完成验收和使用施工完成后，需要进行验收和使用。

验收是为了确认柱子的质量和安全性，确保符合相关标准和规范要求。

完成验收后，柱子可以投入使用，并按照规定进行维护和保养。

钢结构格构柱设计理论的力学问题陈军明;劳悦敏;陈应波;李秀才【摘要】借助钢结构格构柱设计理论的换算长细比、横向最大剪力以及分肢承载力三个重要力学问题的解决思路和求解技巧的演绎教学，培养学生发现工程中的力学问题、寻找解决力学问题的途径、服务工程设计的能力，引导学生深刻认识力学理论在解决工程问题中的重要作用，进而激发学生学习力学理论的兴趣，实现学生探究、解决工程问题的创新思维、创新能力的培养目标。

【期刊名称】《力学与实践》【年(卷),期】2016(038)004【总页数】4页(P448-451)【关键词】格构柱;力学问题;工程问题;创新能力;培养目标【作者】陈军明;劳悦敏;陈应波;李秀才【作者单位】武汉理工大学理学院工程结构与力学系，武汉 430070;武汉理工大学理学院工程结构与力学系，武汉 430070;武汉理工大学设计研究院，武汉430070;武汉理工大学设计研究院，武汉 430070【正文语种】中文【中图分类】O342钢结构构件的设计理论主要包括强度、刚度和稳定性等力学问题，这些问题涉及结构计算模型选取、力学计算理论、数学方法以及专业知识的综合应用.学生在学习专业课程知识的环节，常常能重视理论结果的应用，但不注重公式的推演过程，不能很好地掌握公式、结论的理论由来，这种学习效果不利于优秀工程师、科研人员的培养.学生在专业课程的学习过程中，注重问题的发现、问题的解决以及便于实际应用的结论简化等综合能力的训练是极其重要的，也是十分必要的，教师有必要通过教学环节引导学生逐步实现这一方面能力的培养和提高.论文借助钢结构格构柱设计理论中力学问题的解决途径和解决技巧的演绎，通过教学实施过程，逐步培养学生从工程问题中凝练力学问题、探索解决问题方法的能力，进而培养学生创新思维、创新能力，激发学生学习力学知识的兴趣.钢结构中的格构柱属于组合结构，其构成较复杂，由肢件（双肢、三肢或四肢）和缀材（缀条或缀板）组成，分肢是承受轴向载荷的重要构件，缀材作为将各分肢连接成整体、抵抗侧力的辅助构件［1］.工程中，分缀条柱和缀板柱，如图1.此类构件用来承受较大的轴心力或偏心力的作用，其设计理论是“钢结构设计原理”课程教学的重要内容之一.格构柱设计理论主要涉及三个关键力学问题：一是格构柱绕虚轴（x轴）失稳时，由于缀材传递剪力时产生的剪切变形较大，从而使构件产生较大的附加弯曲变形，降低稳定临界应力，在计算整体稳定时通过加大长细比的方法来考虑缀材变形对降低临界应力的影响，提出了换算长细比的概念；二是由于格构柱需要对缀材进行设计，缀材主要承受横向剪力，故需要解决横向最大剪力的设计取值；三是格构柱在整体失稳状态和偏心受压时存在弯曲变形，加上各种初始缺陷对其影响导致格构柱分肢受力不等，可能出现在柱子整体失稳前分肢已丧失承载能力，所以对分肢承载力的讨论也是十分必要的.结构在受外力作用下会产生变形，一般情况下，附加变形对结构产生的影响比较小，仅采用一阶分析方法进行分析，即不考虑变形对外力效应的影响.但在钢结构的设计中结构的变形对于结构的稳定性有较大的影响，故一般需要考虑二阶效应的影响［2］.但不同变形对于不同的结构影响大小也是不同的，例如实腹式构件，剪力引起的附加变形很小，对临界力的影响只占千分之三左右［3］.因此，在确定实腹式轴心受压构件整体稳定的临界力时，仅仅考虑弯矩作用产生的变形，忽略剪力引起的变形.但在格构柱中当绕虚轴失稳时，由于肢件之间并不连续而只是每隔一定的距离用缀材相连，如图1（a）和图1（b），柱的剪切变形较大，剪力造成的挠曲影响不能忽略不计［3］.根据弹性稳定理论，对理想细长压杆进行力学分析得出不考虑剪力影响和考虑剪力影响的临界力分别见式（1）和式（2），均与杆件的长细比λx有关［3］.式中，，λ0x定义为格构柱绕虚轴临界力换算为实腹柱临界力的换算长细比，λx为构件对x轴的长细比，E为钢材弹性模量，A为柱的截面积，γ为单位剪力作用下的轴线转角.对比式（1）和式（2）可看出，式（2）中相当于加大了原始长细比，用换算长细比代替原始长细比来考虑缀材变形对降低稳定临界力的影响.由以上推导出的换算长细比的公式可知，要求得γ才能得到换算长细比，故需对缀条柱和缀板柱进行力学模型的简化再对其进行力学分析以求得γ.力学分析中，由于缀条是拉压杆件，一般将缀条柱简化成由缀条和柱肢组成的桁架结构，如图1（a）.而缀板是受弯构件，一般将缀板柱简化成由柱肢和缀板组成的多层框架，如图1（b），并且假定变形时反弯点在节间各杆件的中点［3］.在这力学模型上取出一段分离体进行分析，在单位剪力作用下，根据柱的肢数及缀条、缀板的布置，结合结构力学知识和结构几何特征推算得出γ的近似值，从而得到λ0x的常用算式.双肢柱、三肢柱和四肢柱的换算长细比λ0x计算公式在现行《钢结构设计规范》［4］中都已给出.格构柱在外力作用下发生弯曲时，截面中将引起弯矩和剪力，缀材承受横向剪力的作用，故在格构柱的缀材设计之前首先得计算出横向剪力的数值.我国钢结构设计规范强调杆件在压屈中纵轴倾斜所产生的剪力.下面以横向剪力最大值的演绎过程来展示工程中力学问题的求解途径和技巧.现以两端铰支轴心受压柱（压屈）为研究对象，当绕虚轴弯曲时，常假定挠曲线为正弦曲线，见图1（d），设跨中最大挠度为v，则沿杆长任一点的挠度为y=v sin （πz/l），弯矩M=Ny=Nv sin（πz/l），剪力V=dM/dz=（πNv/l）cos（πz/l），剪力最大值式（3）中的中点挠度可由边缘纤维屈服准则导出将式（4）的v值解出，代入式（3）中，并令可得Vmax=N/（kφx），k=λx/［2α1π（1-φx）］，其中fy为钢材的屈服强度，α1为截面回转半径与截面宽度的近似比值，φx为按换算长细比求出的绕虚轴的稳定系数.经过对格构柱的计算分析，发现在常用的长细比范围内，k值与长细比λx的关系不大，为了方便使用，可将其取为定值.综合考虑缀板柱和缀条柱的k值情况，数值恰好与比较吻合［5］.引入钢材设计强度f，令N=φxAf，即可得到《钢结构设计规范》［4］规定的最大剪力需要注意的是：以上推导是针对格构柱轴心受压屈曲时横向最大剪力值的算法，此计算结果是构件的偶然剪力值.在偏心受力的情况下横向剪力的取值略有不同，在计算缀材时，应取构件实际剪力和按式（5）求得的最大剪力两者中的较大值［4］.从横向剪力的推导过程中可以看出：在推演过程中，综合利用了力学和钢结构设计的专业知识，从格构柱失稳的变形曲线出发，利用力学知识将变形与弯矩、剪力建立起关系，再根据具体情况选择边缘屈服准则和最大强度准则考虑整体失稳，通过对构件的数据运算、统计得到最终简化结果.这一教学过程的演示有利于学生对力学知识应用的更进一步的理解以及培养学生对所学力学知识的综合应用能力.格构柱在受压时除了考虑整体结构的承载力以外，还需注意保证分肢自身的强度和稳定.对此，在《钢结构设计规范》［4］中，针对轴心受压格构柱，有以下设计要求：一是缀条柱的分肢长细比λ1不应大于构件两方向长细比（对虚轴取换算长细比）的较大值λmax的0.7倍；二是缀板柱的分肢长细比λ1不应大于40，并不应大于构件两方向长细比（对虚轴取换算长细比）λmax的较大值的0.5倍（当λmax＜50时，取λmax=50），缀板柱中同一截面处缀板的线刚度之和不得小于柱较大分肢线刚度的6倍.钢结构教材中仅给出了满足分肢承载力的要求，没有从力学的角度对结论做解释，以下将从力学原理上做推演说明，便于学生从理论上理解重要力学知识点.对于缀条组合的轴心受压构件，可以把缀条柱看作是由缀条和柱分肢组成的桁架结构，如图1（a），因此在分肢内没有弯矩，仅有拉压轴力的存在，故分肢的承载力由稳定性控制［5］，应按式（6）轴心压杆验算稳定即可.在考虑构件几何和力学缺陷的条件下，经大量构件的分肢稳定计算分析得出了我国现行规范缀条柱分肢承载力的设计要求.对于缀板组合的轴心受压构件，可以把缀板柱看作是由缀板和柱分肢组成的框架结构，如图1（b），因此在分肢内存在轴力、弯矩和剪力.依据以上沿柱高剪力的余弦分布规律知：柱的两端部剪力取最大值，柱中部剪力最小，为零，基于柱肢中力的分布特征，对端部应考虑强度和稳定问题，强度计算公式见式（7），稳定计算理论同压弯构件；中部仅需考虑稳定问题，计算公式见式（6）.在一定的等效初弯曲条件下，通过实际构件的计算发现，分肢端部的强度问题控制了分肢的承载力［5］，计算分析得出了我国现行规范缀板柱分肢承载力的设计要求.分肢稳定和分肢强度验算式分别见式（6）和式（7）式中，N1为一个分肢所受轴向力，M1为由剪力产生的弯矩，A1为一个分肢截面积，W1为分肢对弱轴的截面抵抗矩，γ1为塑性发展系数，可以考虑分肢全截面进入塑性，φ1为分肢对自身弱轴的稳定系数.通过以上分析，学生可以从力学原理上弄清楚在《钢结构设计规范》［4］中，为何要对格构柱分肢长细比进行限制.一般情况由于考虑到制造装配偏差、初始弯曲等缺陷的影响，格构柱受压时呈弯曲变形，各分肢受力不等，其强度和稳定性的计算比较复杂，为了简化计算，通过对实际构件进行计算分析总结出只要满足规范对于分肢长细比的规定，就能满足分肢不先于整体失去承载能力，故在设计过程中只要控制分肢长细比满足规范要求即可不用单独计算分肢承载力.需要加以说明的是：针对偏心受压格构柱，分肢承载力的验算是要对构件分肢进行具体的强度和稳定验算.缀条柱的分肢按轴压杆理论计算，缀板柱的分肢按实腹式压弯构件理论计算.格构柱设计理论中的3个关键力学问题的解决涉及许多力学概念和力学理论应用，比如将缀条柱和缀板柱分别简化成桁架结构和框架结构，并在此基础上进行力学分析；稳定问题的二阶效应，剪切变形的影响；构件变形模拟、力的微分关系，以及稳定问题多个判定准则的联合应用.通过格构柱设计理论教学的实施过程，教师采用合理的授课方法主导教学，引导学生思考如何从工程问题中提炼力学问题，建立力学模型，分析力学问题，对复杂力学问题采取有效措施进行简化，让学生认识力学知识在专业课程知识学习中的重要性，同时也让学生从中学习解决科学研究问题时，如何寻找解决问题的方法，如何正确将知识综合应用以及运用有关知识实现问题的求解，让学生建立正确的分析问题的思考方式和解决问题的正确途径，实现学生创新思维、创新能力培养目标.【相关文献】1 王志群，史卫东.格构柱的设计与分析.科技创新导报，2013，（1）:58-592 舒赣平，谢甫哲，刘伟.钢结构二阶分析设计方法及其应用.建筑结构，2015，45（21）:30-343 魏明忠.钢结构.武汉：武汉理工大学出版社，20024 中华人民共和国国家标准.钢结构设计规范（GB50017-2003）.北京:中国计划出版社，20035 钢结构设计规范（GB50017-2003）及条文说明.北京：中国计划出版社，2009。

钢结构格构式柱的结构设计计算摘要：本文通过对钢结构格构式柱的强度、整体稳定性、局部稳定性的实例设计计算，理论结合实际，指出在进行钢结构格构式柱设计中的部分误区及设计人员容易忽视的部分，避免设计人员在今后的设计工作中出现重大设计失误.关键词：钢结构格构式柱；强度；整体稳定性；局部稳定性一、引言工程实践中，我们常常遇到钢结构格构式柱如：钢结构厂房柱、钢结构民用建筑框架柱、钢结构管道支架等。

对于这些钢结构格构式柱在工程结构设计中，应该对柱的强度、整体稳定性、局部稳定性，逐一进行验算，只有这样才能使你的设计方案达到安全、经济、适有、美观。

但在实际工程设计中，对于设计经验不足设计人员，通常只注重柱的强度验算，而忽视柱的稳定性验算，认为只要构件强度满足要求就是安全的，对钢结构构件稳定性的重要程度认识不够，这个设计误区往往导致构件的失稳破坏，造成工程事故。

还有设计人员容易忽视的一个问题就是：在工况和作用力不变的情况下，由于施工现场实际情况，需要在不改变柱材料的情况下，增大柱的截面尺寸，部分设计人员认为，增大柱截面对柱自身的整体稳定性是起有利作用的。

对于这个问题，本人通过多年的设计经验和设计实例得出：在不改变工况、作用力和柱材料的情况下，增大柱的截面尺寸对格构式柱自身的整体稳定性是不利的。

以下通过设计实例来证实本人的以上论断。

二、设计实例本人于2012年设计的动力厂一轧钢北侧DN800煤气管线异地更换工程-钢结构格构式管道支架，燃气专业提供条件：煤气管线在事故状态下管道单重：300Kg/m，支架最大间距：17m，支架高度：6.143m，滑动支架摩擦系数：0.15。

采用Q235钢材。

1.荷载及作用力计算：（由于燃气专业提供的管道单重为事故状态下单重，所以在荷载及作用力计算时不再乘荷载分项系数）N=17X300X10=51000N=51KN； Vx=51X0.15=7.65KN；My=0KN/m；Mx=7.65X6.143≈47KN/m2.支架几何截面选型（见图示1）：iy＝0.4h=0.4X250=100mm；分肢截面参数：（2）.局部稳定性验算：由于构件分肢为标准工字型钢，局部稳定性满足要求，无需验算.6.綴条稳定性验算：由于本构件Y方向没有剪力，綴条用于减小受压构件的长细比和连接固定分肢，所以不用验算綴条的稳定性，只验算綴条刚度即可。