2010年一級注冊建筑師鋼結構輔導精選(23)


( 3 )局部穩定
軸心受壓構件的截面大多由若干矩形平面薄板所組成(圓管截面除外)。例如圖 6 -31 所示焊接或軋制工字形( H 形)截面,可看作由兩塊翼緣板和一塊腹板所組成:其腹板為一四邊支承板,在構件高度方向分別支承于壓桿的頂板和底板,沿其縱向則分別支承于兩翼緣板;對翼緣板而言,可把半塊翼緣板看作三邊支承和一邊自由的矩形薄板。在軸心受壓構件中,這些組成板件分別受到沿縱向作用于板件中面的均布壓力。當壓力大到一定程度,在構件尚未喪失整體穩定性以前,個別板件可能先不能保持其平面平衡狀態而發生波形凸曲,喪失了穩定性。由于此時只是個別板件喪失穩定,而構件并未失去整體穩定性,因而個別板件先行失穩的現象就稱為構件失去局部穩定性。構件失去局部穩定性,一般情況下并不使構件立即破壞,只是失去穩定的板件不能再繼續分擔或少分擔所增加的荷載而使整個構件的承載能力有所減少,并改變了原來構件的受力狀態而有可能使原構件提前失去整體穩定性。因而在軸心受壓構件的截面設計中一般不應使組成板件局部失穩。規范中是通過限制這些組成板件的寬(高)厚比來保證其不先于構件失去局部穩定性的。例如對工程中最為常見的工字形組合截面軸心受壓構件(圖 6 -31a ) ,規范規定按以下公式來計算組成板件的局部穩定性:
式中 b1和t? 翼緣板的自由外伸寬度和厚度;
H0和tw ? 腹板的計算高度和厚度;
fy? 鋼材屈服強度;
λ?構件對截面兩主軸(x-x 軸和 y-y 軸)長細比中的較大值(即λ=max(λx ,λ y }) :當λ< 30 時,取λ= 30 ;當λ>100 時,取λ= 100 。
熱軋普通工字鋼和槽鋼的翼緣和腹板均較厚,局部穩定有保證,不必計算。其他截面形式軸心受壓構件的局部穩定計算規定見規范第 5 . 4 節。
( 4 )剛度
按前述公式( 6 -23 )計算。
4 .截面設計
拉桿截面的設計較為簡單。在選定了構件截面形式和所用鋼材的牌號后,即可根據構件的內力設計值 N 和構件在兩個方向的計算長度lox和loy, ,按強度(式 6 -24 )和剛度(式 6 -23 )公式求得需要的構件截面面積和必須具有的回轉半徑ix和iy,由型鋼表上選取采用的截面尺寸,然后按前述式( 6 -24 )和( 6 -23 )分別驗算截面的強度和剛度。
壓桿(柱子)截面的設計首先是選定截面形式,務使所設計的壓桿截面用鋼量最省,制造簡單和便于與其他構件相連接。實腹式軸壓柱的常用截面在我國過去由于熱軋 H 型鋼還未投產,因而主要是焊接工字形和焊接箱形截面。現在熱軋 H 型鋼在馬鞍山、萊蕪和鞍山已相繼投產。熱軋 H 型鋼翼緣寬,側向剛度大,抗扭和抗震能力強,翼緣內外表面平行便于與其他構件連接,制造工程量少,因而該優先用作柱截面。對工字形( H 形)鋼柱,初步設計時截面深度 h 與柱的高度月間的比例可近似取:
桁架構件常用截面是由雙角鋼組成的 T 形截面,也可采用剖分 T 型鋼。單角鋼截面主要用于塔架結構。在計算方面應滿足穩定條件(式 6 -25 )、強度條件(式 6 -24 )、局部穩定條件(例如工字形截面必須滿足式 6 -27 和式 6 -28 的要求)和剛度條件(式 6 -23 )。當荷載不大、柱身高度較大而選用格構式截面(圖 6 -29 。)時,尚需滿足分肢的長細比要求和進行連接分肢的綴材計算等。
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