格构式轴心受压构件截面设计的步骤

   当轴心受压构件的钢材牌号、截面形式、计算长度和计算压力N确定后，按下列步骤进行构件截面设计：1.截面选择    (1)按实轴的稳定条件选出肢件截面，并对实轴验算。    具体方法与步骤和实腹式压杆相同，但由假定的查值时，均按b类截面查得。    (2)按虚轴与实轴等稳定原则，确定两分肢间距并验算(对虚轴)。    如：对双肢格构式柱，根据等到稳定条件，代入换算长细比的计算公式，可求得格构式构件所需要的的最大值。    缀条式 （4.6.1）    缀板式 （4.6.2）    说明：计算以上两式时需先假定或。各符号意义见[表4-6-1]。    由求出对虚轴所需的回转半径，再根据[表4-5-1]可得轮廓尺寸。     注意：两分肢翼缘间的净空大于100～150mm,便于油漆，b取10mm的倍数。    (3)单肢稳定计算    钢结构规范规定用控制分肢长细比的办法来保证分肢稳定性。即：    a、对缀条柱：；    b、对缀板柱：，    当时，取。    式中——分肢绕其平行于虚轴方向形心轴(即最小刚度轴1—1)的长细比；    ——分肢的计算长度。对缀条柱，取相邻节点间的距离。对缀板柱，焊接时，取相邻两缀板的净距离；螺栓连接时，取相邻两缀板边缘栓的距离。     ——分肢绕其平行于虚轴方向形心轴(即最小刚度轴1—1)的回转半径。    2.缀材设计    (1)缀材的剪力    构件轴心受压屈曲时将产生横向剪力(图4-6-3(b))，对格构式构件，缀材需要承担这个剪力，通常先估算出受压件挠曲时产生的剪力然后计算由此剪力引起的缀材内力。    根据理论推导，钢结构规范规定按下式计算最大剪力： （4.6.3）    设计缀材时,偏安全地假定该剪力V沿构件全长不变,如图4-6-3(c)所示。    (2)缀条设计    ①缀条的布置形式    一般采用单斜式(图4-6-4(a))；对受力很大的压杆，可采用双斜式(图4-6-4(b))；当两肢件的间距较大时，也可在单斜式条之间设置横缀条来减小单肢的计算的计算长度(图4-6-4(c))    

 图4-6-3 轴心受压构件截面上的剪力

图4-6-4

       ②缀条的计算
    计算简图：平行弦桁架。
    一侧缀条受力：
    斜缀条受力：(受拉或受压)
    式中：n——对单斜式缀条(图4-6-4(a)、(c)），；对双斜式（图4-6-4(b)），；
     ——在之间取用。
    斜缀条不应小于45×4或56×36×4，按轴心受压构件进行验算：
    a.刚度  
式中——斜缀条长度；
     ——角钢的最小回转半径；
    ——容许长细比[表4-2-1]。
    b.整体稳定
    
     ——斜缀条轴心压力；
     ——斜缀条截面面积；
     ——角钢对最小刚度轴的稳定系数，由按b类截面查表表[4-3-2]、表[4-3-3]、表[4-3-4]、表[4-3-5]、表[4-3-6]、表[4-3-7]；
    ——钢材的抗压强度设计值[表3-3-3]；
    ——考虑偏心影响的折减系数。等边角钢:；不等边角钢：短边相连时,，长边相连时，m=0.70；
    ——对中间无联系的单角钢缀条，按最小回转半径计算的长细比，当时，取；对中间有联系的单角钢缀条，按与联系的角钢平行的轴计算长细比。
C.计算强度和连接时，设计强度应乘以折减系数0.85，以考虑偏心的影响。
    横缀条主要用来减少分肢的计算长度，其截面尺寸通常取与斜缀条相同规格。
    ③缀条与分肢的连接形式
    缀条的轴线通常应与肢件轴线交于一点(图4-6-5a、b)。斜缀条一般与肢件搭接，为了减小搭救接长度和增强受动力荷载的性能，宜采用三面围焊。当肢件翼缘较窄时，缀条与肢件连接有两种方法：
    (1)横缀条搭接在与肢件翼缘边对接焊的小节点板(图4-6-5a)；
    (2)缀条全部搭接在节点板上(图4-6-5b)。由于构造原因，也允许缀条的轴线与槽钢的外边缘汇交(图4-6-5c)。为使构件表面平整体，缀条也可放在构件内侧，但内侧焊接比较困难。    

图4-6-5
   

图4-6-6

       (3)缀板的设计
     ①缀板的尺寸与间距
    缀板的尺寸：为了满足一定的刚度，缀板的尺寸应足够大，规范要求构件在同一截面处缀板的线刚度()之和不得小于分肢的线刚度()的6倍。通常取缀板宽，厚度及6mm(图4-6-6)。    

 题4-6-7图

       式中：——构件截面中各缀板(通常为前后两个)的截面惯性距之和；
    a——为分肢轴线间距；
    ——每个分肢绕其平行于虚轴方向形心轴的惯性矩；
    ——相邻两缀板间的中心距。
    b.缀板间距：根据分肢稳定和强度条件,缀板间净距，其中(当)、（当） 、40(当)。
    式中——分肢绕其平行于虚轴方向形心轴(即最小刚度轴)的长细比；
 ——每个分肢绕其平行于虚轴方向形心轴(即最小刚度轴)的回转半径；
     ——相邻两缀板间的中心距。
    ②缀板计算
    计算简图：多层刚架，并近似取反弯点在各段分肢和缀板中点(图4-6-7)。
    缀板内力计算：取每个缀板中点和与其相连的一个分肢相邻反弯点之间的刚架部分作为隔离体(图4-6-7b)，根据内力平衡可得每个缀板剪力和弯矩：
     
    
    理论上应根据和验算缀板的弯曲强度和剪切强度。但是，缀板通常与分肢用角焊缝连接，角焊缝同时受和的共同作用，如果验算角焊缝符合强度要求，就不必验算缀板强度，因角焊缝连接设计强度比钢板低。
    ③缀板与分肢的连接形式
    缀板与肢搭接长度一般为20～30mm可以采用三面围焊，或只用缀板端部纵向焊缝。
    3.构造要求：为了保证格式构件在运输和安装过程中具有必要的截面刚度，避免截面歪扭，规定格构式构件的横隔间距不得大于截面较大宽度的9倍，且不大于8m，在受有较大水平力或运输单元的端部均设置横隔，横隔可用钢板或交叉角钢组成(图4-6-8)。