钢结构轴心受力构件

钢结构轴心受力构件计算3.1 轴心受力构件概述在钢结构中，轴心受力构件的应用十分广泛，如桁架、塔架和网架、网壳等杆件体系。

这类结构的节点通常假设为铰接，当无节间荷载作用时，杆件只受轴向力（轴向拉力或轴向压力）的作用，称为轴心受力构件（轴心受拉构件或轴心受压构件）。

图3-1所示为轴心受力构件在工程上应用的一些实例。

图3-1 轴心受力构件在工程中的应用（a）桁架；（b）塔架；（c）网架轴心受力构件常用的截面形式可分为实腹式和格构式两大类。

（1）实腹式构件制作简单，与其他构件的连接也比较方便，常用的截面形式很多，可直接选用轧制型钢截面，如圆钢、钢管、角钢、工字钢、H 型钢、T 型钢等[图3-2（a）]；也可选用由型钢或钢板组成的组合截面[图3-2（b）]；在轻型结构中则可采用冷弯薄壁型钢截面[图3-2（c）]。

以上这些截面中，截面紧凑（如圆钢）或对两主轴刚度相差悬殊者（如单槽钢、工字钢），一般适用于轴心受拉构件，而受压构件通常采用较为开展、组成板件宽而薄的截面。

（2）格构式构件[图3-2（d）]容易使压杆实现两主轴方向的稳定性。

这种构件的刚度大、抗扭性好，用料较省。

格构式截面一般由两个或多个型钢肢件组成，肢件之间采用缀条或缀板连成整体，缀条和缀板统称为缀材。

图3-2 轴心受力杆件的截面形式（a）轧制型钢截面；（b）焊接实腹式组合截面；（c）冷弯薄壁型钢截面；（d）格构式截面3.2 轴心受力构件的强度及刚度轴心受拉构件的设计除根据结构用途、构件受力大小和材料供应情况选用合理的截面形式外，还要对所选截面进行强度和刚度验算。

强度要求就是使构件截面上的最大正应力不超过钢材的强度设计值，刚度要求就是使构件的长细比不超过容许长细比。

轴心受压构件在设计时，除使所选截面满足强度和刚度要求外，还应使其满足构件整体稳定性和局部稳定性的要求。

整体稳定性要求是使构件在设计荷载作用下不致发生屈曲而丧失承载能力；局部稳定性要求一般是使组成构件的板件宽厚比不超过规定限值，以保证板件不会屈曲，或者使格构式构件的分肢不发生屈曲。

钢结构轴心受力构件在钢结构的世界里，轴心受力构件是其中一类至关重要的组成部分。

它们在建筑结构、桥梁工程以及各类工业设施中都扮演着不可或缺的角色。

那么，什么是钢结构轴心受力构件呢？简单来说，就是在承受外力作用时，构件的截面形心与外力的作用线重合，从而使构件沿着其轴线方向承受拉力或压力的钢结构部件。

钢结构轴心受力构件主要包括轴心受拉构件和轴心受压构件两种类型。

先来说说轴心受拉构件。

这类构件在实际应用中非常常见，比如钢结构中的吊车梁、屋架中的下弦杆等。

当构件受到拉力作用时，其内部的应力分布相对均匀，主要承受拉应力。

在设计轴心受拉构件时，我们需要重点考虑的是材料的抗拉强度。

因为一旦拉力超过了材料的抗拉极限，构件就会发生破坏。

为了保证轴心受拉构件的可靠性和安全性，我们在选材上要格外谨慎。

一般会选择高强度的钢材，以充分发挥其抗拉性能。

同时，在连接节点的设计上也不能马虎，要确保连接牢固，避免出现松动或断裂的情况。

接下来谈谈轴心受压构件。

轴心受压构件在钢结构中也有着广泛的应用，例如柱子、桁架中的受压弦杆等。

与轴心受拉构件不同，轴心受压构件的受力情况要复杂得多。

当受到压力作用时，构件可能会发生整体失稳或者局部失稳的现象。

整体失稳是指整个构件突然发生弯曲变形，失去承载能力。

而局部失稳则是指构件的某个局部区域出现了屈曲现象。

为了防止这些失稳情况的发生，我们在设计轴心受压构件时，需要考虑很多因素。

首先，要合理选择构件的截面形状和尺寸。

常见的截面形状有圆形、方形、矩形等。

对于较大的压力，通常会选择回转半径较大的截面形状，以提高构件的稳定性。

其次，要控制构件的长细比。

长细比是指构件的计算长度与截面回转半径的比值。

长细比越大，构件越容易失稳。

因此，在设计时要通过合理的布置和支撑，减小构件的计算长度，从而降低长细比。

此外，还需要考虑材料的抗压强度和屈服强度。

在实际工程中，为了提高轴心受压构件的稳定性，常常会采用一些加强措施，比如设置纵向加劲肋、横向加劲肋等。

{（惯性矩越大越强）实腹式格构式弱轴实轴（轴线通过分肢）虚轴（轴线通过缀材）轴心受力构件截面形式失稳的三种形式：1.弯曲失稳（双轴对称截面）2.扭转失稳（抗扭刚度差的截面如十字型截面）3.弯扭失稳（单轴对称截面：绕对称轴发生弯扭失稳绕非对称轴发生弯曲失稳）轴的长细比表示绕下标x x x :λ。

减小λ的方法：跟两端支承相关构件的计算长度.0l ：l l 210=两固，l l l l 7.0,00==一固一绞两绞 l l 20=一固一自ycrf σϕ=:整体稳定系数。

柱子的曲线类别值的确定：.3.2.1λϕy fϕ通过查表求得：1判定截面类型（对于组合截面对X 轴Y 轴均取b 类）2计算235/235/y y y x f f λλ3查表得min ϕ代入 等稳定性：{yx y x x ϕϕλλ==实腹式：为虚轴格构式)(:0当整体稳定不满足时增加柱间支撑，支撑作用：改变计算长度。

加在弱轴方向局部稳定：在外压力作用下截面的某些部分不能继续维持平面平衡而出现凸曲现象。

构件丧失局部稳定后还可能继续维持这整体的平衡状态，但由于部份板件屈曲后退出工作，使构件的有效面积减少，会加速构件整体失稳而丧失承载能力。

等强度原则：局部cr y f σ≤2.使构件整体屈曲前其板件不发生局部屈曲等稳定原则：局部整体cr cr σσ≤注：1对短柱更为合理，2与λ相关对中长构件更为合理，规范采取原则2验算公式中，b ：翼缘板自由外伸宽度（减去腹板厚度）腹板的计算长度0h[]max x y λλλ，=当高厚比不满足要求时：纵向加劲肋屈曲后强度.3.2.1↑t 纵向加劲肋作用：减少腹板的计算长度。

横向加劲肋作用：提高柱的抗扭刚度。

2.w z w z t t t b 75.0,10≥≥外伸宽度（腹板厚度w t ）15,4030,300ss s h t h b h a ≥+≥≤4.轴心受压实腹式柱的纵向焊缝受力很小不必计算，可按构造要 求确定焊缝尺寸 实腹式柱的设计：截面形式：双轴对称截面，以避免弯扭失稳只发生弯曲失稳设计原则：1.面积的分布尽量开展，以增加截面的惯性矩和回转半径，提高柱的整 体稳定和刚度；2.使两个主轴方向等稳定性，即使y x ϕϕ=，以达到经济效果；3.便于与其他构件进行连接；4.尽可能构造简单，制造省工，取材方便。