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钢结构格构柱设计

? 为了保证单肢不先于构件整体失稳,单
肢大长长细细比比的? 1=0.l71倍/i。1应i小1是于柱、肢等对于本柱身子1-最1
轴的回转半径。
为了保证单肢不先于柱子整体屈曲破坏, 规范规定:
25< ? 1≤40

? 1≤构件最大长细比的 0.5倍
规定单肢节段长细比的意义:在于确定缀板间 的距离。
缀材计算
1、轴心受压构件的剪力 V
(1)V的取值
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
设:屈曲模态为一个正弦半
波。
M
y ? ym sin ? Ncr y ?
?z
l N cr
ym
sin
?z
l
V
?
dM dz
?
N cr
ym
?
l
cos ?z
l
M max ? N cr ym
Vmax
?
?
l
Ncr ym
z N cr
x
L
ym y
y
y
z
o
y
h=2.27 ix
N cr
按照边缘屈服准则,
? max ?
N cr A
?
Ncr ym ?h ? Ix 2
fy
规范取:
Vmax ?
Af 85
fy 235
(2)V的分布
计算缀材时,近似 地以剪力 V均匀分布计。 并且,由承受该剪力的 两个缀材面分担,每个 缀材平面内的剪力 V1为
V 1=V/2
(4-82)
④ 计算 lx
? lx ? ??
?
1?
27
A
A1?2x
? ??lx ?
设计时,应先假设(斜)缀条面积,然后,用式( 4-
15)算 ? x ,再根据 ? x 查? x。稳定验算公式同实腹式
构件。
4.7.2缀板式柱
a)
?一般各缀板等距离布置, 刚度相等。缀板内力按 缀板与肢件组成的多层 框架分析。屈曲时,除 发生格构柱整体弯曲外, 所有肢件也都发生S形弯 曲变形,如图4-9所示。
?1
式中
?
——
x
考虑剪力影响后,绕虚轴的换算长细比。
??
1?
?
2 EI x
l
2 x
?1
(4-14)
问题归结为计算 ? 。
??
1?
?
2 EI x
l
2 x
?1
? 是考虑剪力影响后,格构式压杆计算长度的放
大系数,它决定于体系的单位剪切角 ?1,因而和采用 的缀材体系有关。下面按缀条式和缀板式分别讨论:
(1)缀条式柱 ① 计算?1
?x ? ?? x ?
?
2 x
?
?12
④ 计算 lx
?
lx
?
?lx
?
? ?
?
1?
?12
?
2 x
? ??lx ?
设计时应先假设单肢节段长细比 ? 1才能计算换算长
细比。用换算长细比查 ? x ,再按实腹式构件相同的公
式验算稳定性:
?
?
N A
?
?
x
f
?
?
N A
??x
f
(4-16)
5 .7轴心受压格构式构件的局部稳 定
M
l1/4
M l1/2
② 计算?
引入单肢节间段长细比 ? 1,且 ? 1= l1 /i1
代入式:
??
1?
?
2 EI x
l
2 x
? ?12
12 EA
因为 Ix=Aix2, ? x= lx /ix ,代入得:
??
1?
?2
12
???122x
?
1?
?12
?
2 x
③ 计算 ? x 最后得二肢缀板柱绕虚轴的换算长细比
?
y ,cr
?
?
2 E?
?
2 y
(4-10) (4-12)
2、绕虚轴屈曲
绕虚轴屈曲时,不能忽略剪切变形影响,这时,
N x,cr
?
? 2EI x? (?lx )2
?
? 2EI x?
lx
? x,cr
?
? 2E? (?? x )2
?
? 2E?
?
2 x
Nb,cr ?
(4-13)
?
2 EI l2
1?
?
1 2EI l2
5 .4轴心受压格构式构件的整体稳定 4.4.1 轴心受压格构式构件组成 肢件
{ 格构式轴心受压构件 缀材 a) b)
缀板、缀条
缀条
l1
x1
y
肢件
1
图4-6 格构式柱
l0 l1
x1 y
1
缀板 肢件
肢件:受力件。 由2肢(工字钢或槽钢)、 4肢(角钢)、 3肢
(园管)组成。
a) x
b) x
y
y
c) x
c) x
d)
y
x y
图4-7 格构式柱的截面型 式
4.4.2 整体稳定临界力
公式( 4-9)仍然是适用的。
N b,cr
?
?
2EI l2
1?
1
? 2EI
l2
?1
1、绕实轴屈曲
(4-9)
绕实轴屈曲时,与实腹截面一样,可忽略剪切变形
的影响,并写成弹性与非弹性通式,得
N y ,cr
?
?
2EI y?
l
2 y
图4-8示出三角式缀条
体系,在柱截面单位剪力 l1
( V=1)作用下,体系的单
V=1/ Δ 2α γγ
位剪切角为:
?1
?
? l1
?
?d
/ cos?
l1
1
V=1/
1
x
2
图4-8 剪切变形
y
横截面上有剪力 V=1时,分配给有关缀条面上的
剪力 V=1/2 。斜杆内力为
Sd
?
1/2
cos?
Sd cos?
?
1/ 1/ 21 x 2
y
y
1x
V=1时,柱肢 的单位剪切角
?1为:
?1
?
tg?1
?
?
l1 / 2
?
1 ?1 ?l1 ?l1 ?2 ?l1 ?2 EI1 2 2 4 3 2 l1
? l12 24 EI1
1/2 1
式中 I 1——单肢对自身截 面Ⅰ-Ⅰ轴的惯性矩,可表 示为:
I1 ? A ?i12
l1/2
d)
y
x y
图4-7 格构式柱的截面型 式
缀材:把肢件连成整体,并能承担剪力。 缀板:用钢板组成。 缀条:由角钢组成横、斜杆。
a) b)
l1
x1 y
1
缀条 肢件
l0 l1
x1 y
1
缀板 肢件
截面的虚实轴:与肢件腹板相交的主轴为实轴,否则 是虚轴,图 4-20a 、b、c、d。
a) x
b) x
y
y
b)
δ
V/2=1/ 1/
2l/ 1 2 2 γ
1
l/ 1 2
1/ 1/ c) 2 1 x 2
y
y
1x
图4-9 缀板式体系的剪切变形
① 计算?1
从图4-9中取出一个节段 为分离体。
b)
δ
V/2=1/ 1/
2l/ 1 2 2 γ
通常,缀板刚度比肢件大得 l/ 1 2
1
多,可忽略缀板本身变形,并假 c) 定剪力平均分配给两个柱肢(b 图)。
1 2
斜杆伸长:
?d
?
S d ld EA d
?
l1
2 EA d sin ?
cos ?
一根斜 杆
所以
?1
?
1
2EAd sin ?
cos2 ?
② 计算? 代入式( 4-41)
??
1?
?
2 EI x
l
2 x
?1
??
1?
2lx2 Ad
? 2Ix sin? cos2 ?
?
? 2A 1 ? 2?2x Ad sin? cos2 ?
若取? =20o~50o,则,sin? cos2? =0.36
??
A
1 ? 27 A1?2x
?
2 x
?
l
2 x
ix2
?
l
2 x
A
Ix
式中, A——两个柱肢的毛截面面积;
A1——两根斜杆的毛截面面积( A1=2Ad)。
③ 计算 ? x
?
?x ?
A
1?
27
A1?
2 x
?x
?
?
2 x
?
27
A A1
(4-15)
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