2015第六章 拉弯和压弯构件十二周

4、螺栓计算

根据承受拉力大小选择螺栓直径以及个数
三、刚接柱脚设计
（一）形式和构造 有整体式和分离式两种类型。实腹柱或分肢间距 小于1.5m的格构柱，常采用整体式柱脚；分肢间距不 小于1.5m的格构柱常采用分离式柱脚。 刚接柱脚的锚栓常承受较大的拉力，其直径和数 量需由计算确定。锚栓应固定在焊于靴梁上的刚度较 大的锚栓支承托座上，使柱脚与基础形成刚性连接。 顶板或角钢上宜开缺口（宽度不小于锚栓直径的1.5 倍），并且锚栓位置宜在底板之外。在安放垫板、固 定锚栓的螺母后，再将这些零件与支承托座相互焊接， 以免松动。
轴力先通过柱与靴梁连接的竖向焊缝传给靴梁， 然后从靴梁通过其与底板连接的水平焊缝传给底板， 再传给基础。柱身与底板的水平焊缝由于质量不易保 证，计算时通常不考虑其受力，焊缝的焊脚尺寸按构 造条件确定。靴梁外伸较长时，可设隔板，将底板区 格划小，并提高靴梁的侧向刚度。 （二）铰接柱脚的计算
1. 底板的计算 （1）底板的长度L和宽度B的确定（混凝土抗压） 假设底板与基础接触面上的应力为均匀分布，则底 板的宽度B和长度L可按下式计算（螺栓分布） B×L=N/fc + A0
Байду номын сангаас
3.靴梁和隔板的设计 方法与铰接柱脚类似。在计算靴梁与柱身连接的 竖直焊缝时，应按可能承受的最大内力N1计算 N M N1 2 h 4.锚栓的设计
锚栓既要固定柱脚位置，还要承受柱脚底部的N 和M作用引起的拉力Nt。假定拉应力的合力由锚栓承 受，由对压应力合力作用点D 的力矩平衡条件∑Md=0，
所需底板厚度 t 6M max / x f 设计时应尽可能地使各区格的弯矩值接近，可通 过重新划分区格或对个别区格增加隔板的方法来实现， 以节约钢材 。 2.靴梁计算 靴梁按支承于柱身两侧的连接焊缝处的单跨双伸 臂梁计算其强度。设计时常先计算靴梁与柱身间的连 接焊缝，再验算靴梁的强度。 （1）靴梁与柱身间连接焊缝计算 一般采用4条竖向焊缝，先选定hf 然后可确定焊缝 长度lw。 w
第六节 框架梁与柱的连接和柱的拼接
连接问题：
梁柱连接（铰接、刚接） 梁梁连接 柱头连接 柱脚连接

梁柱刚接：上下翼缘传递弯矩，腹板传递剪力
主梁与柱
一. 框架梁与柱的连接 设计原则 安全可靠、传力路线明确简捷、构造简单、 便于制造和安装。 连接分类 1.柔性连接也称简支连接 （1）梁支承于柱顶 a.平缘支座梁 梁端支承加劲肋应与柱翼缘对正，梁的 反力由梁端支承加劲肋直接传给柱翼缘。构造简单， 传力明确，对制造和安装要求都不高，但当两相邻 梁的反力不等时，柱为偏心受压。 b.突缘支座梁 梁的反力通过突缘支座传给柱。突缘支 座板下边应刨平与柱顶板顶紧。在柱腹板两侧应设 加劲肋。
底板宽度B 可根据柱截面宽度和部件分布结构布 置确定，取B= b+2tb+2c , tb为靴梁厚度,通常取 10~16mm; c为底板悬臂部分长度，一般取20~100mm，当有锚栓 孔时，c（2~5）d 。采用的B值应为10mm的倍数，且 使底板长度L≤2B。底板下的压应力应满足 q = N/( B × L- A0) fc （2）底板厚度计算 底板是一块整体板，计算时可将靴梁、隔板及柱 身截面视作底板的支承，它们把底板划分为不同支承 条件的矩形区格，每一区格可独立地按弹性理论计算 由基础反力引起的最大弯矩，以此来确定底板厚度。 为简化计算，对四边和三边支承板，通常偏安全均按 板边简支考虑。
第一节 概
述
一、定义
同时承受弯矩和轴心拉力或轴心压力的构件称为拉弯 构件或压弯构件。压弯构件也称为梁—柱。
二、应用
单层厂房的柱、多层或高层房屋的框架柱、承受不对 称荷载的工作 平台柱、以及支架 柱、塔架、桅杆塔 等常是压弯构件； 桁架中承受节间内 荷载的杆件则是压 弯或拉弯构件。
由于弯矩可看成由偏心力引起，故也称偏拉或偏压构件
1.柔性连接 （2）梁支承于柱侧 梁的反力较小时，将梁搁置在 柱侧牛腿上，为防止梁扭转，可在梁顶部设小角钢与 柱相连。构造简单，安装方便。当梁的反力较大时， 可在柱上焊一厚钢板承托，梁端突缘支座板与承托刨 平顶紧。 2.刚性连接 应在柱腹板位于梁的上、下翼缘处设置水平加劲 肋或隔板，以防止柱翼缘在梁受拉翼缘的水平拉力作 用下变形过大和柱腹板在梁受压翼缘的水平压力作用 下发生承压破坏和局部失稳。应验算梁与柱的连接在 弯矩和剪力作用下的承载力和节点域的抗剪强度。
（二）整体式柱脚计算 1.底板面积 由构造要求确定宽度B，悬臂长宜取20~50mm。 由底板最大压应力不超过混凝土fc，确定底板的长度 L： N 6M max 2 fc BL BL 2.底板厚度 计算各区格底板单位宽度上的最大弯矩，可偏安 全地取各区格中的最大压应力作为作用于底板单位面 积的均匀压应力q进行计算。根据底板的最大弯矩， 来确定底板的厚度。
二、实腹式压弯构件的截面设计 截面设计可按下列步骤进行： 1、确定构件承受的内力设计值； 2、选择截面型式； 3、选择钢材及确定钢材强度设计值； 4、确定弯矩作用平面内和外的计算长度； 5、根据经验或已有资料初选截面尺寸； 6、对初选截面进行验算：①强度验算；②刚度 验算；③弯矩作用平面内整体稳定验算；④弯矩作用 平面外整体稳定验算；⑤局部稳定验算。 验算不满足要求，或富裕过大，应对初选截面进 行修改，重新进行验算，直至满意为止。
试验表明，由于节点域四周边缘构件的约束作用，节 点域的实际抗剪屈服强度有较大提高。设计时可取提高系 数为4/3，忽略柱剪力Vc1和轴力对节点域抗剪强度的影响， 按下式计算抗剪强度：
M b1 M b 2 4 fV Vp 3
VP ---节点域的体积。工字形或H形钢截面柱： VP=hb*hc*tw 当节点域的厚度不满足上式要求时，宜将柱腹板在节 点域局部加厚或加焊贴板。
4h f l w N / 0.7 f f


（2）靴梁与底板间的水平焊缝计算 按传递柱全部压 力N计算，一般不计入柱与底板间和隔板与底板间的 焊缝。但由于这些焊缝的存在，靴梁与底板间焊缝可 按均匀传递N计算。 w hF N / 0.7 f f f l w （3）靴梁强度验算 每个靴梁承受由底板传来的基础反 力，按线性均布荷载qb=q×B/2计算(有隔板时仍可按 此均布反力qb计算)。按求得的最大弯矩和最大剪力验 算靴梁截面的抗弯和抗剪强度。 3.隔板的计算 （肋板） 隔板按简支梁计算。为简化计算，可按荷载最大 宽度处的分布荷载值作为全跨均布荷载进行计算。根 据隔板的支座反力计算其与靴梁连接的竖向焊缝，确 定隔板高度hd。计算隔板与底板间的连接焊缝。验算 隔板截面的抗弯强度和抗剪强度。
三、格构式压弯构件的截面设计 格构式压弯构件大多用于单向压弯，且弯矩绕截 面的虚轴作用时的情况。常采用缀条柱。截面设计步 骤如下，其它形式可参照进行。 1、按构造要求或凭经验初选两分肢轴线间距离或 两肢背面间的距离b。 2、求两分肢所受轴力N1和N2,按轴心受压构件确 定两分肢截面尺寸。 3、缀条截面设计和缀条与分肢的连接设计。 4、对整体格构式构件进行各项验算。不满足要求 时，作适当修正，直到全部满足要求，且不过于保守 为止。
二. 铰接柱脚的设计 （一）形式和构造 1. 无靴梁的铰接柱脚 柱底端切割平齐, 与底板焊接，用两 个锚栓（d=20~30 mm)固定在基础上。 柱所受的力通过焊 缝传给底板，再传 给基础。适用于轴 力很小的柱。
2. 有靴梁的铰接柱脚 当柱的轴力较大时，通常采用增设靴梁、隔板 的方法，把底板分成几个较小区格，减小基础反力 引起的底板弯矩值，使底板厚度减小。
五、压弯构件的设计要求
1. 压弯构件的破坏方式： （4）局部失稳（屈曲） 将导致压弯构件整体稳定承载力降低。 2. 设计要求： 应进行强度、刚度、整体稳定性和局部稳定性计算。
计算内容：
腹板的高厚比不能满足上述要求时的处理方法
① 加大腹板厚度，使其满足要求。但此法当h0较大时， 可能导致多费钢材。 ② 在腹板两侧设置纵向加劲肋，使加劲肋与翼缘间腹 板高厚比满足上述要求。此法将导致制造工作量增加。 每侧加劲肋的外伸宽度不应小于10 tw，厚度不应小于 0.75 tw。 ③ 在计算构件的强度和稳定性时，利用腹板屈曲后强 度的概念，对腹板仅考虑其计算高度两侧各20 tw的宽 度范围为有效截面，不计腹板的中间部分（但在计算 构件的稳定系数时，仍采用全部截面）。此法当h0较 大时，比较经济。
3.半刚性连接
除承受梁端传来的竖向剪力外，还可以承受一定数 量的弯矩。设计半刚性连接的框架时，需要知道节点的 弯矩~转角关系关系。
二. 框架柱的拼接
在多层框架中，柱的安装单元长度常为2~3层柱高， 常在上层横梁上表面以上0.8~1.2m左右处设置柱与柱的工 地拼接。 工字形截面柱的拼接可采用坡口焊缝连接、摩擦型高 强度螺栓连接、以及上述两者的混合连接。
在钢结构中拉弯构件的应用较少，钢屋架中下弦杆一 般属于轴心拉杆，但在下弦杆的节点间作用有横向荷 载时就属于拉弯构件。 需进行强度和刚度（限制长细比）计算。 强度破坏：出现塑性铰或者边缘出现屈服 稳定问题：拉力很小、弯矩很大——弯扭屈曲

五、压弯构件的设计要求
1. 压弯构件的破坏方式： （1）强度破坏。 （2）弯矩作用平面内丧失整体稳定 当N<Nux时，构件内、外力矩的平衡是稳定的。当 N达到Nux后，在减小荷载情况下v 仍不断增大，截面内 力矩已不能与外力矩保持稳定的平衡。称这种现象为压 弯构件丧失弯矩作用平面内的整体稳定，它属于弯曲失 稳（屈曲）。 （3）弯矩作用平面外丧失整体稳定 当荷载达某一值Nuy ，构件将突然发生弯矩作用平 面外的弯曲变形，并伴随绕纵向剪切中心轴的扭转，而 发生破坏。称这种现象为压弯构件丧失弯矩作用平面外 的整体稳定，它属于弯扭失稳（屈曲）。
N t ( M Na) / x
可得锚栓需要的截面面积
An
依此选用锚栓的数量和规格。
Nt a ft