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构式轴心受压构件设计-3.3.5格规范

2023-08-28 理论教育版权反馈

【摘要】：格构式轴心受压构件计算包括绕实轴的稳定计算、绕虚轴的稳定计算、分肢的稳定计算以及缀材受力及连接计算等。表3.3-6a a类截面轴心受压构件的稳定系数φ注：见表3.3-6d注。

格构柱截面如图3.3-4和图3.3-5所示。格构式轴心受压构件计算包括绕实轴的稳定计算、绕虚轴的稳定计算、分肢的稳定计算以及缀材受力及连接计算等。

图3.3-4 格构式构件截面形式

图3.3-5 格构柱组成

1—分肢 2—斜缀条 3—横缀条 4—缀板

1.格构式轴心受压构件对实轴的整体稳定

格构式轴压构件绕实轴（图3.3-4a、b、c中y-y轴）的整体稳定计算与实腹柱完全相同，计算时采用下式：

式中 φ_y——构件绕实轴的稳定系数，由绕实轴的长细比λ_y查表3.3-6确定；

A——分肢的毛截面面积之和。

表3.3-6a a类截面轴心受压构件的稳定系数φ

注：见表3.3-6d注。

表3.3-6b b类截面轴心受压构件的稳定系数φ

（续）

注：见表3.3-6d注。

表3.3-6c c类截面轴心受压构件的稳定系数φ

注：见表3.3-6d注。

表3.3-6d d类截面轴心受压构件的稳定系数φ

注：1.表中数值可按式（3.3-7）计算。

2.当构件的值超出表3.3-6a～d的范围时，稳定系数φ应按式（3.3-7）计算。

2.格构式轴心受压构件对虚轴的整体稳定

格构式轴心受压构件绕虚轴失稳时，要考虑剪切变形的影响，长细比采用换算长细比。

（1）换算长细比计算双肢格构柱的换算长细比λ_0x按下列公式计算：

当缀材为缀条时：

当缀材为缀板时：

式中 A——分肢截面面积之和；

A_1x——构件截面中垂直于x轴的各斜缀条毛截面面积之和；

λ_x——整个构件对虚轴（x轴）的长细比；

λ₁——分肢对最小刚度轴1—1轴的长细比，λ₁=l₀₁/i₁；

l₀₁——分肢计算长度。当缀板与分肢焊接时，l₀₁取相邻两缀板的净距离；当缀板与分肢采用螺栓连接时，l₀₁取相邻两缀板边缘螺栓间的距离；

i₁——分肢对1—1轴的回转半径。

当缀件为缀条的三肢格构柱时，其换算长细比按下式计算：

式中 A₁——构件毛截面中各斜缀条毛截面面积之和；

θ——构件截面内缀条所在平面与x轴的夹角。

四肢格构柱的换算长细比按下式计算：

当缀件为缀条时：

当缀件为缀板时：

式中 λ_y——整个构件对y轴的长细比；

A_1y——构件截面中垂直于y轴的各斜缀条毛截面面积之和。

（2）格构式轴心受压构件对虚轴的整体稳定格构式轴压构件对虚轴的整体稳定计算公式为：

式中 φ_x——构件绕虚轴的稳定系数，由绕虚轴的换算长细比λ_0x查表3.3-6确定。

3.格构式轴心受压构件分肢的稳定

格构式轴心受压构件的分肢可看做独立的轴心受压构件，为了保证格构柱发生整体失稳之前分肢不出现失稳，规范规定分肢的长细比要满足下列要求：

（1）缀条柱缀条柱分肢的长细比不应大于构件两个方向长细比的较大值的0.7倍，即

λ₁≤0.7λ_max （3.3-32）

（2）缀板柱缀板柱分肢的长细比不应大于40，并不应大于两个方向长细比的较大值的0.5倍，即

λ₁≤0.5λ_max且λ₁≤40（3.3-33）

式中 λ_max——两个方向长细比（对虚轴取换算长细比）的较大值，当λ_max＜50时，取λ_max=50；

λ₁——分肢对最小刚度轴1—1轴的长细比。

4.缀件设计

（1）缀件面承担的剪力为了简化计算，认为剪力沿构件全长不变。此剪力由缀件体系承受，剪力的大小按下式计算：

式中 A——分肢截面面积之和。

对于双肢格构柱，剪力V由两侧缀件平面承担，每侧承担剪力V₁=V/2。

（2）缀条计算

1）斜缀条承受的轴向力。斜缀条承受的轴向力按下式计算：

N_t=V₁/（ncosα）（3.3-35）

式中 V₁——分配到一个缀条面的剪力，对于双肢格构柱，V₁=V/2；

n——承受剪力的斜缀条数，单缀条体系（图3.3-6a），取n=1；双缀条体系（图3.3-6b），取n=2；

α——斜缀条与水平方向的夹角（图3.3-6a、b）。

2）斜缀条整体稳定计算。斜缀条的整体稳定计算公式为

式中 φ——缀条的稳定系数，由对单角钢最小刚度轴的长细比按b类截面查表3.3-6b确定；

A——单缀条毛截面面积；

m——折减系数，按表3.1-6采用。

3）缀条与分肢连接焊缝计算

当缀条通过两条侧焊缝与分肢连接时，角钢肢背和肢尖焊缝按下式计算：

肢背焊缝：

肢尖焊缝：

式中 k₁、k₂——角钢肢背、肢尖的内力分配系数，查表3.4-2确定；

h_f1、h_f2——角钢肢背、肢尖焊缝的焊脚尺寸；

l_w1、l_w2——角钢肢背、肢尖焊缝的计算长度；

m——折减系数，按表3.1-6采用。

（3）缀板计算

1）缀板受力计算。计算中假定缀板与分肢刚接，缀板和分肢构成一多层刚架体系。在分肢和缀板的反弯点处取出隔离体（图3.3-7），由平衡条件可以计算出缀板受到的剪力V_j和弯距M_j：

V_j=V₁l₁/a （3.3-38）

M_j=V₁l₁/2 （3.3-39）

式中 l₁——相邻两缀板中心间距离；

a——分肢轴线间的距离。

图3.3-6 缀条受力

a）单缀条体系 b）双缀条体系

图3.3-7 缀板受力

2）缀板承载力计算。根据缀板受到的弯距M_j和剪力V_j，可以验算缀板与分肢连接处（见图3.3-8）缀板的抗弯承载力和抗剪承载力是否满足规范要求。

图3.3-8 缀板和缀条与分肢的连接

3）缀板与分肢连接焊缝计算。缀板采用三面围焊和柱分肢相连，缀板在分肢上的搭接长度一般取20～30mm，计算时可偏安全地仅考虑端部的竖向焊缝（计算长度取b），不考虑绕角部分，也不扣除考虑两端缺陷的2h_f。

连接焊缝的强度按下列公式验算：

式中 h_f——焊缝焊脚尺寸；

f^w_f——角焊缝强度设计值，按表3.1-3采用；

β_f——正面角焊缝强度设计值增大系数，对承受静力荷载及间接承受动力荷载的结构，取β_f=1.22；对直接承受动力荷载的结构，取β_f=1.0；

b——缀板截面高度。

4）缀板线刚度应满足的条件

在缀板柱中，同一截面处缀板的线刚度之和不得小于柱较大分肢线刚度的6倍，即

式中 I_b——缀板截面惯性矩，I_b=tb³/12；

t——缀板厚度；

a——缀板柱分肢轴线间的距离；

I₁——分肢截面对自身形心轴1—1轴的惯性矩。

在设计时，若使缀板宽度b≥2a/3，缀板厚度t≥a/40及t≥6mm，就可以满足规范对缀板线刚度的要求。