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1、,第五章 整体结构中的 压杆和压弯构件,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,1、桁架中压杆的计算长度 2、框架稳定和框架柱计算长度,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第五章 整体结构中的 压杆和压弯构件,5.1.1 弦杆和单系腹杆的计算长度 在桁架中，不同的杆件提供的约束程度不同。最突出的差别来自杆件的轴力性质。 拉力具有使杆件拉直的特性，而压力则趋向使杆件弯曲。因此，拉杆提供的约束比压杆大得多，并且拉力越大，约束作用也越大。反之，承受较大压力的杆件提供的约束几乎微不足道。 第二个因素
2、是杆件线刚度的大小，起约束作用杆件的线刚度相对比较大。 最后一个因素是和所分析的杆直接刚性相连的杆件作用大，较远的杆件作用小，常常忽略不计。,5.1 桁架中压杆的计算长度,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第五章 整体结构中的 压杆和压弯构件,单系腹杆：用节点板与弦杆连接的腹杆 斜平面：指与桁架平面斜交的平面，适用于构件截面两主轴均不在桁架平面内的单角钢腹杆与双角钢十字形截面腹杆。,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第五章 整体结构中的 压杆和压弯构件,桁架1,桁架2,桁架3,横向水
3、平支撑,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第五章 整体结构中的 压杆和压弯构件,5.1.2 变内力杆件的计算长度 受压弦杆的侧向支承点间距离 l1 ，时常为弦杆节间长度的两倍(如图示) , 而弦杆两节间的轴线压力可能不相等(设 Nl N2 )。由于杆截面没有变化，受力小的杆段相对地比受力大的杆段刚强，用Nl 验算弦杆平面外稳定时如用 11 为计算长度显然过于保守。此时应按下式确定平面外的计算长度。,再分式腹杆的受压主斜杆在桁架平面外的计算长度，也应按式上式确定。桁架平面内的计算长度则取节点间的距离。,钢结构设计原理 Design Prin
4、ciples of Steel Structure,第五章 整体结构中的 压杆和压弯构件,5.1.3 交叉腹杆的计算长度 在桁架平面内，无论另一杆件为拉杆或压杆，认为两杆可互为支承点。 在桁架平面内，拉杆和压杆的计算长度都取节点与交叉点之间的距离，即取: l 0x=0.5 l 。,2. 在桁架平面外，相交的拉杆可以作为压杆的平面外 支承点，而压杆除非受力较小且又不断开，否则不能 起支点作用。 拉杆的计算长度取l 0y=l 。,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第五章 整体结构中的 压杆和压弯构件,在桁架平面外，杆件计算长度的确定与杆件受拉
5、或受压有关，也与轴力大小及杆件断开情况有关。 GB50017 规范对交叉腹杆中压杆的计算长度给出下列计算公式。,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第五章 整体结构中的 压杆和压弯构件,5.2 框架稳定和框架柱的计算长度,一. 框架的稳定 二. 单层多跨等截面框架柱的计算长度 三. 多层多跨等截面框架柱的计算长度 四. 变截面阶形柱的计算长度 五. 框架平面内稳定的其他问题 六. 在框架平面外的计算长度,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第五章 整体结构中的 压杆和压弯构件,5.2 框
6、架稳定和框架柱的计算长度 5.2.1 框架的稳定,图54a称之为无侧移失稳； 图54b称之为有侧移失稳。 分析结果表明，在其他条件 不变时，一般刚架的有侧移屈曲 荷载要远小于无侧移的屈曲荷载。 如果图 54a的支撑不够强劲，不 能满足 GB50017 规范规定的侧移 刚度要求时，则为弱支撑刚架。它的稳定特性介于无侧移和有侧移刚架之间。 对一般框架而言，框架柱的临界荷载不仅和失稳形式有关，还和框架横梁的刚度及柱脚与基础的连接型式有关。,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第五章 整体结构中的 压杆和压弯构件,钢结构设计原理 Design Pr
7、inciples of Steel Structure,第五章 整体结构中的 压杆和压弯构件,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第五章 整体结构中的 压杆和压弯构件,5 . 2 . 2 单层多跨等截面框架柱的计算长度 横梁对柱的约束作用取决于横梁的线刚度I0/L和柱的线刚度I/H的比值K0 ,即：,有侧移框架,无侧移框架,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第五章 整体结构中的 压杆和压弯构件,考虑到柱与基础的刚性连接很难做到完全嵌固，因此和表 43 的单根柱类似，需要把这类柱的计算长
8、度系数适当放大， GB50017 规范给出的实用系数也列于表 52 。 由表可见，无侧移柱的计算长度系数放大很多。为计算方便，也可把表 52 中的产值归纳出具有足够精确度的实用计算公式。,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第五章 整体结构中的 压杆和压弯构件,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第五章 整体结构中的 压杆和压弯构件,GB50017 规范对不同于典型对称框架的情况规定有修正的方法。 一种情况是当与柱相连的梁远端为铰接或嵌固时的修正。修正方法是对横梁线刚度乘以下列系数：,钢
9、结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第五章 整体结构中的 压杆和压弯构件,需要进行修正的第二种情况是横梁有轴压力 Nb 使其刚度下降。此时需要把梁线刚度乘以下列折减系数：,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第五章 整体结构中的 压杆和压弯构件,5 . 2 . 3 多层多跨等截面框架柱的计算长度 对于多层多跨框架，其失稳形式也分为无侧移与有侧移两种情况。 计算的基本假定与单层多跨框架类同。柱的计算长度系数和横梁的约束作用有直接关系，它取决于在该柱上端节点处相交的横梁线刚度之和与柱线刚度之和
10、的比值 Kl ，同时还取决于该柱下端节点处相交的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值 K2 ，系数之值见附表 181 （无侧移）和附表 182 （有侧移）。,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第五章 整体结构中的 压杆和压弯构件,B1,B2,B3,B4,C1,C2,C3,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第五章 整体结构中的 压杆和压弯构件,5 . 2 . 4 变截面阶形柱的计算长度 厂房柱考虑承受吊车荷载作用时，从经济角度常采用阶形柱。柱的计算长度是分段确定的，但它们的计算长度系数之
11、间有内在关系。 根据柱的上端与横梁的连接是属于铰接还是刚接的条件，分为图 5 9a与b两种失稳形式。 由于柱的上端在框架平面内无法设置阻止框架发生侧移的支承，阶形柱的计算长度按有侧移失稳的条件确定。上下段柱的计算长度分别是：,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第五章 整体结构中的 压杆和压弯构件,5.2.5 框架平面内稳定的其他问题 工程中的框架并非都是横梁端部和柱刚接。有时，为了把抗侧力的任务集中在一部分结构，可以把少数柱做成摇摆柱。 图 5 10 给出两种带有摇摆柱的框架，都是有侧移失稳的框架。框架a的三根框架柱在按两跨框架得出计算长
12、度系数后，应乘以增大系数：,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第五章 整体结构中的 压杆和压弯构件,5 . 2 . 6 在框架平面外柱的计算长度 柱在框架平面外的计算长度取决于支撑构件的布置。支撑结构使柱在框架平面外得到支承点。柱在框架平面外失稳时，支承点可以看做变形曲线的反弯点，并取计算长度等于支承点之间的距离。,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第五章 整体结构中的 压杆和压弯构件,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第五章 整体结构中的 压杆和压弯构件,钢结构设计原理 Design Principles of Steel Structure,第五章 整体结构中的 压杆和压弯构件,