第四章 轴心受力构件
一、轴心受力构件的特点和截面形式
轴心受力构件包括轴心受压杆和轴心受拉杆。轴心受力构件广泛应用于各种钢结构之中，如网架与桁架的杆件、钢塔的主体结构构件、双跨轻钢厂房的铰接中柱、带支撑体系的钢平台柱等等。
实际上，纯粹的轴心受力构件是很少的，大部分轴心受力构件在不同程度上也受偏心力的作用，如网架弦杆受自重作用、塔架杆件受局部风力作用等。但只要这些偏心力作用非常小（一般认为偏心力作用产生的应力仅占总体应力的3％以下。）就可以将其作为轴心受力构件。
轴心受力的构件可采用图中的各种形式。
其中
a）类为单个型钢实腹型截面，一般用于受力较小的杆件。其中圆钢回转半径最小，多用作拉杆，作压杆时用于格构式压杆的弦杆。钢管的回转半径较大、对称性好、材料利用率高，拉、压均可。大口径钢管一般用作压杆。型钢的回转半径存在各向异性，作压杆时有强轴和弱轴之分，材料利用率不高，但连接较为方便，单价低。
b) 类为多型钢实腹型截面，改善了单型钢截面的稳定各向异性特征，受力较好，连接也较方便。
c) 类为格构式截面，其回转半径大且各向均匀，用于较长、受力较大的轴心受力构件，特别是压杆。但其制作复杂，辅助材料用量多。
二、轴心受拉杆件
轴心受拉杆件应满足强度和刚度要求。并从经济出发，选择适当的截面形式，处理好构造与连接。
1、强度计算
轴心拉杆的强度计算公式为： （6－1）
式中：
N —— 轴心拉力；
An—— 拉杆的净截面面积；
f —— 钢材抗拉强度设计值。
当轴心拉杆与其它构件采用螺栓或高强螺栓连接时，连接处的净截面强度计算如连接这一章所述。
公式（6－1）适用于截面上应力均匀分布的拉杆。当拉杆的截面有局部削弱时，截面上的应力分布就不均匀，在孔边或削弱处边缘就会出现应力集中。但当应力集中部分进入塑性后，内部的应力重分布会使最终拉应力分布趋于均匀。因而须保证两点：（1）选用的钢材要达到规定的塑性（延伸率）。（2）截面开孔和消弱应有圆滑和缓的过渡，改变截面、厚度时坡度不得大于1:4。
轴心受力构件的强度和刚度计算
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应力为承载力极限状态。轴心受力构件的强度计算公式为
fANn （4-1）
式中： N——构件的轴心拉力或压力设计值；
nA——构件的净截面面积；
f——钢材的抗拉强度设计值。
对于采用高强度螺栓摩擦型连接的构件，验算净截面强度时一部分剪力已由孔前接触面传递。因此，验算最外列螺栓处危险截面的强度时，应按下式计算：
fANn' （4-2）
'N=)5.01(1nnN （4-3）
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（4-2）验算净截面强度外，还应按下式验算毛截面强度
fAN （4-4）
式中： A——构件的毛截面面积。
2．轴心受力构件的刚度计算
为满足结构的正常使用要求，轴心受力构件应具有一定的刚度，以保证构件不会在运输和安装过程中产生弯曲或过大的变形，以及使用期间因自重产生明显下挠，还有在动力荷载作用下发生较大的振动。
轴心受力构件的刚度是以限制其长细比来保证的，即 ][ （4-5）
式中： ——构件的最大长细比；
[]——构件的容许长细比。
3. 轴心受压构件的整体稳定计算
《规范》对轴心受压构件的整体稳定计算采用下列形式：
fAN （4-25）
式中：——轴心受压构件的整体稳定系数，ycrf。
整体稳定系数值应根据构件的截面分类和构件的长细比查表得到。
构件长细比应按照下列规定确定：
（1）截面为双轴对称或极对称的构件
yyyxxxilil//00 （4-26）
7 轴心受力构件
7．1 截面强度计算
7．1．1 轴心受拉构件，当端部连接及中部拼接处组成截面的各板件都由连接件直接传力时，其截面强度计算应符合下列规定：
1 除采用高强度螺栓摩擦型连接者外，其截面强度应采用下列公式计算：
式中：N——所计算截面处的拉力设计值(N)；
f——钢材的抗拉强度设计值(N/mm2)；
A——构件的毛截面面积(mm2)；
An——构件的净截面面积，当构件多个截面有孔时，取最不利的截面(mm2)；
fu——钢材的抗拉强度最小值(N/mm2)；
n——在节点或拼接处，构件一端连接的高强度螺栓数目；
n1——所计算截面(最外列螺栓处)高强度螺栓数目。 7．1．2 轴心受压构件，当端部连接及中部拼接处组成截面的各板件都由连接件直接传力时，截面强度应按本标准式(7．1．1-1)计算。但含有虚孔的构件尚需在孔心所在截面按本标准式(7．1．1-2)计算。
7．1．3 轴心受拉构件和轴心受压构件，当其组成板件在节点或拼接处并非全部直接传力时，应将危险截面的面积乘以有效截面系数η，不同构件截面形式和连接方式的η值应符合表7．1．3的规定。
表7．1．3 轴心受力构件节点或拼接处危险截面有效截面系数
轴心受压构件的三种失稳形式
轴心受压构件是指受到轴向压力作用的构件，一般用于承受轴向压力的结构中，如柱子、立柱等。当轴心受压构件受到较大的压力时，可能会发生失稳，导致结构的破坏。失稳形式可以分为三种，分别是屈曲失稳、侧扭失稳和局部失稳。
1. 屈曲失稳
屈曲失稳是指轴心受压构件由于受到较大的压力而导致其整体产生弯曲变形，并最终导致构件的破坏。当轴心受压构件的长度较大，且截面形状不规则时，容易发生屈曲失稳。屈曲失稳的主要表现为构件呈现出弯曲的形态，截面出现局部的塑性变形，最终导致整个构件的破坏。
2. 侧扭失稳
侧扭失稳是指轴心受压构件由于受到较大的压力而产生的扭转变形，并最终导致构件的破坏。当轴心受压构件的截面形状不对称或存在偏心载荷时，容易发生侧扭失稳。侧扭失稳的主要表现为构件呈现出扭转的形态，截面出现局部的塑性变形，最终导致整个构件的破坏。
3. 局部失稳
局部失稳是指轴心受压构件由于受到较大的压力而导致构件的局部区域发生失稳，并最终导致整个构件的破坏。当轴心受压构件的截面形状复杂或存在较大的孔洞时，容易发生局部失稳。局部失稳的主要表现为构件截面局部区域的塑性变形，最终导致整个构件的破坏。
以上是轴心受压构件的三种失稳形式。在设计和施工过程中，需要考虑这些失稳形式的影响，采取相应的措施来提高构件的稳定性。例如，在设计过程中可以通过增加构件的截面尺寸，改变截面形状，增加构件的截面惯性矩等方式来提高构件的屈曲和侧扭承载力。在施工过程中，可以采取预应力、加固等方法来增强构件的抗失稳能力。
轴心受压构件的失稳形式是设计和施工中需要重点考虑的问题。只有在对这些失稳形式有清晰的认识并采取相应的措施时，才能确保构件在受力过程中稳定可靠，不发生失稳破坏。
