《钢结构设计原理》6拉弯和压弯构件.ppt

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1、钢结构设计原理6-拉弯和压弯构件,钢结构设计原理6-拉弯和压弯构件,6.2 拉弯和压弯构件的强度考虑钢材的塑性性能，拉弯和压弯构件是以截面出现塑性铰作为其强度极限状态。在轴心压力及弯矩的共同作用下，工字形截面上应力的发展过程如图所示。边缘纤维最大应力达屈服点；最大应力一侧塑性部分深入截面；两侧均有部分塑性深入截面；全截面进入塑性，此时达到承载能力极限状态。,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,2,6.2 拉弯和压弯构件的强度2022年9月21日第六届全国混,根据内外力平衡条件，由一对水平力H所组成的力偶与外力矩M平衡，合力N应与外轴力平衡，为了简化，取内力的计

2、算分为两种情况：(1)中和轴在腹板范围内,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,3,根据内外力平衡条件，由一对水平力H所组成的力偶与外力矩M平衡,(2)中和轴在翼缘范围内,图中实线为工字形截面构件当弯矩绕强轴作用时的相关曲线。曲线是外凸的，但腹板面积较小时外凸不多。为了便于计算，同时考虑分析中没有考虑附加挠度的不利影响，规范采用了直线式相关公式，即用斜直线代替曲线。,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,4,(2)中和轴在翼缘范围内 图中实线为工字形截面构件当弯矩绕强,承受双向弯矩的拉弯或压弯构件，采用了与上式相衔接的线性公式,当

3、压弯构件受压翼缘的自由外伸宽度与其厚度之比 但不超过 时，应取 。 需要计算疲劳的拉弯和压弯构件，宜取,令 ， ，引入抗力分项系数，得到拉弯和压弯构件的强度计算式,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,5,承受双向弯矩的拉弯或压弯构件，采用了与上式相衔接的线性公式当,6.3 实腹式压弯构件的整体稳定压弯构件的截面尺寸通常由稳定承载力确定。双轴对称截面一般将弯矩绕强轴作用，单轴对称截面则将弯矩作用在对称轴平面内。构件可能在弯矩作用平面内弯曲失稳，也可能在弯矩作用平面外弯扭失稳。所以，压弯构件要分别计算弯矩作用平面内和弯矩作用平面外的稳定性。6.3.1 弯矩作用平面

4、内的稳定计算 目前确定压弯构件弯矩作用平面内极限承载力的方法很多，可分为两大类，一类是边缘屈服准则的计算方法，一类是精度较高的数值计算方法。,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,6,6.3 实腹式压弯构件的整体稳定2022年9月21日第六届,边缘屈服准则横向荷载产生的跨中挠度为vm 。当荷载对称时，假定挠曲线为正弦曲线。轴心力作用后，挠度增加，在弹性范围，跨中挠度增加为l(1a)称为挠度放大系数。 跨中总弯矩为 等效弯矩系数。,根据各种荷载和支承情况产生的跨中弯矩M和跨中挠度可以计算出相应的等效弯矩系数。,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工

5、程应用学术会议,7,边缘屈服准则根据各种荷载和支承情况产生的跨中弯矩M和跨中挠度,弹性压弯构件，可用截面边缘屈服作为稳定计算准则。假定各种缺陷的等效初弯曲呈跨中挠度为 的正弦曲线。任意横向荷载或端弯矩作用下的计算弯矩为M，则跨中总弯矩应为构件中点截面边缘纤维达到屈服时令M0，即有初始缺陷的轴心压杆边缘屈服时表达式,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,8,2022年9月21日第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学,经整理得 边缘屈服准则导出的相关公式。规范将上式作为格构式压弯构件绕虚轴平面内稳定计算的相关公式，引入抗力分项系数,2022年11月6日,第六届全国

6、混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,9,2022年9月21日第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学,2. 最大强度准则 边缘屈服准则当截面最大受压纤维屈服时构件失去承载能力，适用于格构式构件。实腹式当受压最大边缘刚屈服时尚有较大的强度储备，即容许截面塑性深入。因此宜采用最大强度准则，以具有初始缺陷的构件为计算模型，求解极限承载力。 采用数值计算方法，考虑l1000的初弯曲和实测的残余应力，算出了近200条压弯构件极限承载力曲线。不同的截面形式或截面形式相同但尺寸不同、残余应力的分布不同以及失稳方向的不同等，其曲线都将有很大的差异。200条曲线很难用一统一公式来表达。分析证明采用相关公式的形

7、式可较好地解决。影响极限承载力的因素很多，要得到精确的、符合各种不同情况的理论公式是不可能的。因此，只能根据理论分析的结果，经过数值运算，得出比较符合实际又能满足工程精度要求的实用相关公式。,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,10,2. 最大强度准则 2022年9月21日第六届全国混凝,3规范计算公式将用数值方法得到的压弯构件的极限承载力与用边缘纤维屈服准则导出的相关公式中的轴心压力进行比较，对于短粗的实腹杆，偏于安全；对于细长的实腹杆，偏于不安全。因此借用了边缘纤维屈服时计算公式的形式，但计算弯曲应力时考虑了截面的塑性发展和二阶弯矩，初弯曲和残余应力的影响

8、综合为一个等效偏心距，弯矩为非均匀分布时，用等效弯矩代替，考虑部分塑性深入截面，并引入抗力分项系数，得到实腹式压弯构件弯矩作用平面内的稳定计算式,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,11,3规范计算公式2022年9月21日第六届全国混凝土结构,等效弯矩系数，按下列情况取值：(1) 框架柱和两端支承的构件：无横向荷载作用时： ，M1和M2 为端弯矩，使构件产生同向曲率(无反弯点)时取同号，使构件产生反向曲率(有反弯点时)取异号 有端弯矩和横向荷载同时作用时：使构件产生同向曲率时， ；使构件产生反向曲率时， ； 无端弯矩但有横向荷载作用时： 。(2)悬臂构件和未考

9、虑二阶效应的无支撑纯框架和弱支撑框架， 。,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,12,等效弯矩系数，按下列情况取值：2022年,对于T形截面等单轴对称压弯构件，当弯矩作用于对称轴平面且使较大翼缘受压时，构件失稳时出现的塑性区除存在前述受压区屈服和受压、受拉区同时屈服两种情况外，还可能在受拉区首先出现屈服而导致构件失去承载力，还应按下式计算 式中 受拉侧最外纤维的毛截面模量。 上式第二项分母中的系数1.25也是经过与理论计算结果比较后引进的修正系数。,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,13,对于T形截面等单轴对称压弯构件，当弯

10、矩作用于对称轴平面且使较,6.3.2 弯矩作用平面外的稳定计算 开口薄壁截面压弯构件的抗扭刚度及弯矩作用平面外的抗弯刚度通常较小，当构件在弯矩作用平面外没有足够的支撑以阻止其产生侧向位移和扭转时，构件可能因弯扭屈曲而破坏。构件在发生弯扭失稳时，其临界条件为 可以画出相关曲线如图所示。,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,14,6.3.2 弯矩作用平面外的稳定计算 2022年9月2,如偏安全地取 1.0，则上式成为,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,15,如偏安全地取 1.0，则上式成,并引入非均匀弯矩作用时的等效弯矩系数、箱

11、形截面的调整系数以及抗力分项系数后，得到压弯构件在弯矩作用平面外稳定计算的相关公式为 所计算构件段范围内(构件侧向支承点间)的最大弯矩； 等效弯矩系数，应根据所计算构件段的荷载和内力情况确定，取值方法与弯矩作用平面内的等效弯矩系数相同。,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,16,调整系数，箱形截面0.7，其他截面1.0； 弯矩作用平面外的轴心受压构件稳定系数； 均匀弯曲梁的整体稳定系数，可采用近似计算公式。,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,17,调整系数，箱形截面0.7，其他截,6.3.3双向弯曲实腹式压弯构件的整体稳定弯

12、矩作用在两个主轴平面内为双向弯曲压弯构件，工程中较为少见。规范规定了双轴对称截面的计算方法。 双轴对称的工字形截面(含H型钢)和箱形截面压弯构件的整体稳定计算,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,18,6.3.3双向弯曲实腹式压弯构件的整体稳定2022年9月21,6.4 实腹式压弯构件的局部稳定 为保证压弯构件中板件的局部稳定，限制翼缘和腹板的宽厚比及高厚比。 6.4.1 受压 翼缘的宽厚比 压弯构件受压翼缘应力情况与梁受压翼缘基本相同，因此自由外伸宽度与厚度之比以及箱形截面翼缘在腹板之间的宽厚比均与梁受压翼缘的宽厚比限值相同。 6.4.2 腹板的高厚比 1.

13、工字形截面 平均剪应力和不均匀正应力共同作用下，临界条件,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,19,6.4 实腹式压弯构件的局部稳定 2022年9月21日,对压弯构件，腹板中剪应力的影响不大，平均剪应力可取腹板弯曲应力的0.3倍，腹板弹性屈曲临界应力为式中，ke为弹性屈曲系数，其值与应力梯度有关。腹板的弹塑性临界应力为式中，kp为塑性屈曲系数，其值与构件的长细比和应力梯度有关。取临界应力为235N/mm2，可得到腹板高厚比与应力梯度之间的关系，此关系可近似地用直线式表示,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,20,对压弯构件，腹

14、板中剪应力的影响不大，平均剪应力可取腹板弯曲应,长细比较小的压弯构件，整体失稳时截面的塑性深度实际上已超过了0.25h0，长细比较大的压弯构件，截面塑性深度则不到0.25 h0，甚至腹板受压最大的边缘还没有屈服。因此， h0/tw之值宜随长细比的增大而适当放大。工字形截面压弯构件腹板高厚比限值,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,21,长细比较小的压弯构件，整体失稳时截面的塑性深度实际上已超过了,2. T形截面 (1)弯矩使腹板自由边受压当 (弯矩较小)时，T形截面腹板中压应力分布不均的有利影响不大，宽厚比限值采用与翼缘板相同；当 (弯矩较大)时，有利影响较大

15、，故提高20,(2)弯矩使腹板自由边受拉热轧剖分T形钢焊接T形钢,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,22,2. T形截面 (2)弯矩使腹板自由边受拉2022年9月2,3.箱形截面 两腹板受力可能不一致，翼缘对腹板的约束因常为单侧角焊缝也不如工字形截面，因而箱形截面的宽厚比限值取为工字形截面腹板的0.8倍。,不小于,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,23,3.箱形截面 不小于2022年9月21日第六届全国混凝土结,4.圆管截面 一般圆管截面构件的弯矩不大，故其直径与厚度之比的限值与轴心受压构件的规定相同。,2022年11月6

16、日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,24,4.圆管截面 2022年9月21日第六届全国混凝土结构基本,6.5 压弯构件的计算长度端部约束条件比较简单的单根压弯构件，利用计算长度系数可直接得到计算长度。对于框架柱，平面内的计算长度需通过框架整体稳定分析得到，平面外的计算长度则需根据支撑点的布置情况确定。 6.5.1 单层等截面框架柱在框架平面内的计算长度进行框架的整体稳定分析时，一般取平面框架作为计算模型，不考虑空间作用。框架分为无支撑框架和有支撑框架，其中有支撑框架根据抗侧移刚度的大小分为强支撑框架和弱支撑框架。当支撑结构(支撑桁架、剪力墙、电梯井等)的侧移刚度(产生单位侧倾角

17、的水平力)Sb满足下式要求时，为强支撑框架 Sb3(1.2NbiN0i),2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,25,6.5 压弯构件的计算长度2022年9月21日第六届全国混,当支撑结构的侧移刚度Sb不满足上式的要求时，为弱支撑框架。强支撑框架的失稳形式一般为无侧移的，弱支撑框架的失稳形式为有侧移的。有侧移失稳的框架其临界力比无侧移失稳的框架低得多。因此，除非有阻止框架侧移的支撑体系(包括支撑架、剪力墙等)，框架的承载能力一般以有侧移失稳时的临界力确定。,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,26,当支撑结构的侧移刚度Sb不满足

18、上式的要求时，为弱支撑框架。2,1.无支撑框架 (1)一阶弹性分析方法框架柱的上端与横梁刚性连接。横梁对柱的约束作用取决于横梁的线刚度与柱的线刚度的比值 对于单层多跨框架，值为与柱相邻的两根横梁的线刚度之和与柱线刚度之比,框架柱在框架平面内的计算长度可用下式表达 式中 H柱的几何长度； 计算长度系数，与框架柱柱脚与基础的连接形式及 值有关。,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,27,1.无支撑框架 框架柱在框架平面内的计算长度可用下式表达,有侧移的无支撑框架失稳时，框架柱的 值都大于1.0。柱脚刚接的有侧移无支撑框架柱， 值约在1.02.0之间。柱脚铰接的有侧

19、移无支撑纯框架柱， 值总是大于2.0。 （2）二级弹性分析方法当采用二阶弹性分析方法计算内力且在每层柱顶附加考虑假想水平力Hni时，=1.0。 Qi第i楼层的总重力荷载设计值； ns框架总层数；y钢材强度影响系数，其值为：对Q235钢1.0；Q345钢1.1；Q390钢1.2；Q420钢1.25。,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,28,有侧移的无支撑框架失稳时，框架柱的 值都大于1.0。柱,2.有支撑框架（1）强支撑框架无侧移的强支撑框架框架， 值小于1，查表得。（2）弱支撑框架弱支撑框架框架柱的轴压杆稳定系数 确定下列情况的框架柱计算长度系数时应考虑1）

20、附有摇摆柱（两端铰接柱）的无支撑纯框架柱和弱支撑框架柱的计算长度系数应乘以增大系数 ，摇摆柱的计算长度取为其几何长度。,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,29,2.有支撑框架2022年9月21日第六届全国混凝土结构基本理,2) 当与计算柱同层的其它柱或与计算柱连续的上、下层柱的稳定承载力有潜力时，可利用这些柱的支持作用，对计算柱的计算长度系数进行折减，提供支持作用的柱的计算长度系数则应相应增大。3) 当梁与柱的连接为半刚性构造时，确定柱计算长度应考虑节点连接的特性。 6.5.2 多层等截面框架柱在框架平面内的计算长度 多层多跨框架的失稳形式也分为有侧移失稳和

21、无侧移失稳两种情况，计算时的基本假定与单层框架相同。多层框架无论哪种失稳，每一根柱都要受到柱端构件以及远端构件的影响。因多层多跨框架的未知节点位移数较多，需要展开高阶行列式和求解复杂的超越方程，计算工作量大且很困难。实用工程设计中，引入了简化杆端约束条件的假定，只考虑与柱子直接相连构件的约束作用。,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,30,2) 当与计算柱同层的其它柱或与计算柱连续的上、下层柱的稳定,在确定柱的计算长度时，假设柱子开始失稳时相交于上下两端节点的横梁对于柱子提供的约束弯矩，按其与上下两端节点柱的线刚度之和的比值K1和K2分配给柱子。 K1为相交于

22、柱上端节点的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值； K2为相交于柱下端节点的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值。,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,31,在确定柱的计算长度时，假设柱子开始失稳时相交于上下两端节点的,6.5.3 框架柱在框架平面外的计算长度 框架柱平面外的计算长度由支撑构件的设置情况确定。支撑体系提供柱在平面外的支承点，支承点应能阻止柱在框架平面外发生侧移。柱在平面外的计算长度取支承点间的距离。,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,32,6.5.3 框架柱在框架平面外的计算长度 2022年,6.6实腹式压弯构件

23、的设计6.6.1 截面形式压弯构件，当承受的弯矩较小时其截面形式与一般的轴心受压构件相同。当弯矩较大时，宜采用弯矩平面内截面高度较大的双轴或单轴对称截面。,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,33,6.6实腹式压弯构件的设计2022年9月21日第六届全国,6.6.2 截面选择及验算 设计步骤（1）计算构件内力设计值；（2）选择截面的形式；（3）确定钢材及强度设计值；（4）确定弯矩作用平面内和平面外的计算长度；（5）初选截面尺寸；（6）进行验算：强度验算 ；整体稳定验算；局部稳定验算；刚度验算。由于压弯构件的验算式中所牵涉到的未知量较多，根据估计所初选出来的截面

24、尺寸不一定合适，因而初选的截面尺寸往往需要进行多次调整。,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,34,6.6.2 截面选择及验算 2022年9月21日第六届全国,6.6.3 构造要求 设计中有时采用较薄的腹板，当腹板的高厚比不满足要求时，可考虑腹板中间部分由于失稳而退出工作，计算时腹板截面面积仅考虑两侧宽度各为 的部分(计算构件的稳定系数时仍用全截面)。也可在腹板中部设置纵向加劲肋，此时腹板的受压较大翼缘与纵向加劲肋之间的高厚比应满足要求。 当腹板的 时，为防止腹板在施工和运输中发生变形，应设置间距不大于 的横向加劲肋。另外，设有纵向加劲肋的同时也应设置横向加劲

25、肋。加劲肋的截面选择与梁中加劲肋截面的设计相同。,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,35,6.6.3 构造要求 2022年9月21日第六届全,6.7 格构式压弯构件的设计截面高度较大的压弯构件，采用格构式可以节省材料。由于截面的高度较大且受有较大的外剪力，故构件常常用缀条连接。常用的格构式压弯构件截面如图所示。当柱中弯矩不大或正负弯矩的绝对值相差不大时，可用对称的截面形式；如果正负弯矩的绝对值相差较大时，常采用不对称截面，并将较大肢放在受压较大的一侧。,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,36,6.7 格构式压弯构件的设计2

26、022年9月21日第六届全国,6.7.1弯矩绕虚轴作用的格构式压弯构件 1. 弯矩作用平面内的整体稳定计算 弯矩绕虚轴作用的格构式压弯构件，由于截面中部空心，不能考虑塑性的深入发展，故弯矩作用平面内的整体稳定计算适宜采用边缘屈服准则,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,37,6.7.1弯矩绕虚轴作用的格构式压弯构件 2022年9月2,式中， 。 为由x轴到压力较大分肢轴线的距离或到压力较大分肢腹板外边缘的距离，二者取较大值。 2. 分肢的稳定计算 在弯矩作用平面外的整体稳定性一般由分肢的稳定计算得到保证，故不必再计算整个构件在平面外的整体稳定性。 将整个构件视

27、为一平行弦桁架，两分肢看作桁架体系的弦杆分肢1：分肢2：,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,38,式中， 。 为由x轴到压力较大分肢,缀条式压弯构件的分肢按轴心压杆计算。分肢的计算长度，在缀材平面内取缀条体系的节间长度；在缀条平面外，取整个构件两侧向支撑点间的距离。 进行缀板式压弯构件的分肢计算时，除轴心力 (或)外，还应考虑由剪力作用引起的局部弯矩，按实腹式压弯构件验算单肢的稳定性。3.缀材的计算计算压弯构件的缀材时，应取构件实际剪力和计算剪力两者中的较大值。其计算方法与格构式轴心受压构件相同。,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用

28、学术会议,39,缀条式压弯构件的分肢按轴心压杆计算。分肢的计算长度，在缀材平,6.7.2弯矩绕实轴作用的格构式压弯构件 当弯矩作用在与缀材面相垂直的主平面内时，构件绕实轴产生弯曲失稳，受力性能与实腹式压弯构件完全相同。因此，弯矩绕实轴作用的格构式压弯构件，弯矩作用平面内和平面外的整体稳定计算均与实腹式构件相同，在计算弯矩作用平面外的整体稳定时，长细比应取换算长细比，整体稳定系数取1.0。6.7.3 双向受弯的格构式压弯构件 1.整体稳定计算 采用与边缘屈服准则导出的弯矩绕虚轴作用的格构式压弯构件平面内整体稳定计算式相衔接的直线式计算,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用

29、学术会议,40,6.7.2弯矩绕实轴作用的格构式压弯构件 2022年9,2. 分肢的稳定计算 分肢按实腹式压弯构件计算，将分肢作为桁架弦杆计算其在轴力和弯矩共同作用下产生的内力上式适用于My作用在构件的主平面时的情形，当不是作用在构件的主轴平面而是作用在肢的轴线平面(图中分肢l的l-l轴线平面)，则视为全部由该分肢承受。 3. 格构柱的横隔及分肢的局部稳定 格构柱不论截面大小，均应设置横隔，横隔的设置方法与轴心受压格构柱相同。 格构柱分肢的局部稳定同实腹式柱。,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,41,2. 分肢的稳定计算 2022年9月21日第六届全国混,6

30、.8 框架的梁柱连接框架梁柱的连接一般用刚接，少数用铰接。梁端采用刚接可以减小梁跨中的弯矩，但制作施工较复杂。 梁柱刚性连接不仅要求连接能可靠地传递剪力而且能有效地传递弯矩。图(a)的构造是通过上下两块水平板将弯矩传给柱子，梁端剪力则通过支托传递。图(b)是通过翼缘连接焊缝将弯矩全部传给柱子，而剪力则全部由腹板焊缝传递。为使翼缘连接焊缝能在平焊位置施焊，要在柱侧焊上衬板，同时在梁腹板端部预先留出槽口，上槽口是为了让出衬板的位置，下槽口是为了满足施焊的要求。,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,42,6.8 框架的梁柱连接2022年9月21日第六届全国混凝土,图

31、(c)为梁采用高强度螺栓连于预先焊在柱上的牛腿形成的刚性连接，梁端的弯矩和剪力是通过牛腿的焊缝传递给柱子，而高强度螺栓传递梁与牛腿连接处的弯矩和剪力。梁上翼缘的连接范围内，柱的翼缘可能在水平拉力的作用下向外弯曲致使连接焊缝受力不均；在梁下翼缘附近，柱腹板又可能固水平压力的作用而局部失稳。因此，一般需在对应于梁的上、下翼缘处设置柱的水平加劲肋或横隔。,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,43,图(c)为梁采用高强度螺栓连于预先焊在柱上的牛腿形成的刚性连,6.9 框架柱的柱脚框架柱的柱脚可做成铰接或刚接。铰接柱脚只传递轴心压力和剪力，其计算和构造与轴心受压柱的柱脚

32、相同，但所受剪力较大，一般需采取抗剪的构造措施。刚接柱脚除传递轴心压力和剪力外，还要传递弯矩。 整体式的刚接柱脚，用于实腹柱和分肢距离较小的格构柱。格构式柱由于两分肢的距离较大，采用整体式柱脚所耗费的钢材较多，多采用分离式柱脚，每个分肢下的柱脚相当于一个轴心受力的铰接柱脚。为了加强分离式柱脚在运输和安装时的刚度，应设置缀材把两个柱脚连接起来。,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,44,6.9 框架柱的柱脚2022年9月21日第六届全国混凝土结,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,45,2022年9月21日第六届全国混凝土结构基

33、本理论及工程应用学,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,46,2022年9月21日第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,47,2022年9月21日第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学,刚接柱脚在弯矩作用下产生的拉力需由锚栓来承受，所以锚栓须经过计算。为了保证柱脚与基础能形成刚性连接，锚栓不宜固定在底板上，在靴梁侧面焊接两块肋板，锚栓固定在肋板上面的水平板上。为了便于安装，锚栓不宜穿过底板。为了安装时便于调整柱脚的位置，水平板上锚栓孔的直径应是锚栓直径的1.52.0倍，待柱子就位并调整

34、到设计位置后，再用垫板套住锚栓并与水平板焊牢，垫板上的孔径只比锚栓直径大l2mm。 剪力由底板与基础间的摩擦力或专门设置的抗剪键传递，柱脚按承受弯矩和轴心压力计算。,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,48,刚接柱脚在弯矩作用下产生的拉力需由锚栓来承受，所以锚栓须经过,6.9.1整体式刚接柱脚1. 底板的计算整体式柱脚，底板的宽度b可根据构造要求确定，悬伸长度c一般取2030mm。在最不利弯矩与轴心压力作用下，底板下压应力的分布是不均匀的。底板在弯矩作用平面内的长度L，应由基础混凝土的抗压强度条件确定,底板厚度由压应力产生的弯矩计算。计算方法与轴心受压柱脚相同

35、。对于偏心受压柱脚，由于底板压应力分布不均，分布压应力q可偏安全地取为底板各区格下的最大压应力。此种方法只适用于底板全部受压时的情况，若算得为拉应力，则应采用下面锚栓计算中所算得的基础压应力进行底板的厚度计算。,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,49,6.9.1整体式刚接柱脚底板厚度由压应力产生的弯矩计算。计算,2. 锚栓的计算锚栓使柱脚固定于基础并承受拉力。若弯矩较大 将 为负，为拉应力，此拉应力的合力由柱脚锚栓承受。 计算锚栓时，采用使其产生最大拉力的组合内力N和M (N偏小，M偏大的一组)。一般情况下，可不考虑锚栓和混凝土基础的弹性性质，求得底板两侧的

36、应力。压应力分布长度及最大压应力 已知，根据 便可求得锚栓拉力,按此拉力可计算一侧锚栓的个数和直径。此法轴线上力不平衡，Nt往往偏大。因此，当计算所得锚栓直径大于60mm时，应考虑锚栓和混凝土基础的弹性性质，按下述方法计算锚栓的拉力。,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,50,2. 锚栓的计算按此拉力可计算一侧锚栓的个数和直径。此法轴线,假定变形符合平截面假定，应力应变如图所示竖向力平衡锚栓轴线力矩平衡,；,；,步骤：假定 等于锚栓的抗拉强度 ，算出 查出最为接近的k值(不必用插入法)；求出锚栓拉力确定一侧锚栓的直径和个数。,2022年11月6日,第六届全国混

37、凝土结构基本理论及工程应用学术会议,51,假定变形符合平截面假定，应力应变；步骤：假定 等于,锚栓的拉应力 上式算得的与假定的不会正相等，锚栓的实际应力在 与 之间。 锚栓的直径一般较大，粗大的螺栓受拉时不能忽略螺纹处应力集中的不利影响；锚栓是保证柱脚刚接的最主要部件，应使其弹性伸长不致过大，所以规范取了较低的抗拉强度设计值。如对Q235钢锚栓取140N/mm2；对Q345钢锚栓取l80 N/mm2，分别相当于受拉构件强度设计值(第二组钢材)的0.7倍和0.6倍。 锚栓不宜直接连于底板上，因底板刚度不足，不能保证锚栓受拉的可靠性。锚栓通常支承于焊于靴梁的肋板上，肋板上同时搁置水平板和垫板。 肋

38、板顶部的水平焊缝以及肋板与靴梁的连接焊缝(此焊缝为偏心受力)应根据每个锚栓的拉力来计算。锚栓支承垫板的厚度根据其抗弯强度计算。,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,52,锚栓的拉应力 2022年9月21日第六届全国混凝土结构基本理,3.靴梁、隔板及其连接焊缝的计算 靴梁与柱身连接焊缝“a”，应按可能产生的最大内力计算，并以此焊缝所需要的长度来确定靴梁的高度。靴梁按支于柱边缘的悬伸梁验算其截面强度。靴梁的悬伸部分与底板间的连接焊缝共有4条，应按整个底板宽度下的最大基础反力计算。在柱身范围内，靴梁内侧不便施焊，只考虑外侧两条焊缝受力，可按该范围内最大基础反力计算。 隔板的计算同轴心受力柱脚，它所承受的基础反力均偏安全地取该计算段内的最大值计算。,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,53,3.靴梁、隔板及其连接焊缝的计算 2022年9月21日,6.9.2 分离式柱脚 每个分离式柱脚按分肢可能产生的最大压力作为承受轴向力的柱脚设计。但锚栓应由计算确定。分离式柱脚的两个独立柱脚所承受的最大压力为：,2022年11月6日,第六届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术会议,54,6.9.2 分离式柱脚 2022年9月21日第六届全,感谢聆听,感谢聆听,