1.实腹式轴心受压构件截面形式

（1）实腹式轴心受压构件截面构件要求 若实腹柱的腹板高厚比h₀/t_w＞80，则应设置横向加劲肋，达到避免腹板在施工和运输过程中发生变形、提高柱的抗扭刚度的目的。横向加劲肋的间距不得大于3h₀，其截面尺寸要求双侧加劲肋的外伸宽度b_s应不小于h₀/30+40mm，并且厚度t_s大于外伸宽度的1/15。

轴心受压实腹柱的纵向焊缝（翼缘与腹板的连接焊缝）受力很小，不必计算，可按照构造要求来确定焊缝尺寸。

（2）实腹式轴心受压构件截面设计原则 为了实现经济、合理的设计效果，解决可靠与经济这一对矛盾，在确定实腹式轴心受压构件截面时，应考虑下列四个方面。

1）等稳定性。使实腹式轴心受压构件两个主轴方向的稳定承载能力相等，以达到经济的效果。

2）宽肢薄壁。在满足构件中板件高（宽）厚比限值（局部稳定要求）的条件下，尽量使截面面积分布开展，以便获得较大的惯性矩与回转半径，从而提高实腹式轴心受压构件的截面刚度及整体稳定性。

3）连接方便。实腹式轴心受压构件构造简单，一般选用开敞式截面形式。这是因为开敞式截面便于与其他构件的连接，且制造起来方便，节省钢材。

4）制造省工。尽可能要构造简单，加工省工，取材容易。

（3）常用实腹式轴心受压构件截面形式 实腹式轴心受压构件通常采用双轴对称截面形式。常用截面有轧制普通工字钢截面、焊接工字形截面、H型钢截面、型钢和钢板的组合截面、圆管以及方管截面等多种形式，如图3-6所示。

2.实腹式轴心受压构件截面设计计算

在设计实腹式轴心受压构件截面时，首先根据以上原则确定其合适的截面形式，然后对截面尺寸进行初选，再根据《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）对两个极限状态的要求，验算实腹式轴心受压构件的承载能力极限状态（强度、整体稳定、局部稳定）及正常使用刚度极限状态（刚度）。其具体步骤如下。

1）假设实腹式轴心受压构件的长细比λ，求出所需的截面面积A。通常假定长细比λ为50～100，当轴心压力较大，计算长度较小时，可取较小值，反之则取较大值。按照长细比λ、截面分类及钢种可查《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）的附录C，得轴心受压构件稳定系数φ，则所需的截面面积为

2）求两个主轴所需要的回转半径，计算式为

3）由以上所求得的截面面积A与两个主轴的回转半径i_x、i_y，优先选择轧制型钢，如普通工字钢、H型钢等。若现有型钢规格不能满足所需截面尺寸，则可以采用三个钢板焊接的组合截面，此时需先初定截面的轮廓尺寸，再根据回转半径确定所需截面的高度h与宽度b，即

α₁、α₂为系数，表示h、b与回转半径i_x、i_y之间的近似数值关系。常用的截面回转半径的近似值可由表3-4查得。

图3-6 实腹式轴心受压构件的常用截面形式示意图

a）、b）轧制普通工字钢截面 c）、d）H型钢截面 e）、f）、g）型钢和钢板的组合截面 h）圆管截面 i）、j）方管截面 k）、l）型钢的组合截面

表3-4 各种截面回转半径的近似值

（续）

若选用焊接组合截面时，确定所需要的A、h、b之后，再考虑构造要求、局部稳定以及钢材规格等，确定组合截面的初选尺寸。

【例3-4】 某车间工作平台柱为一实腹式轴心受压柱，柱两端铰接，柱高6m，Q235钢；焊条E43，自动焊翼缘边焰切；轴心压力设计值为4900kN。试设计该工作平台柱截面。

【解】 两端铰接柱，l_0x=l_0y=l=6m，Q235钢，f=215N/mm²，F=4900kN。

（1）初选截面尺寸 截面形式采用三块钢板焊接的I形截面，翼缘边焰切，φ_x按b类截面，φ_y按c类截面，假设λ=70，φ=0.751。

A=F/（φf）=4900×10³/（0.751×215）mm²=30347mm²

i_x=i_y=l₀/λ=6000/70mm=86mm

h=i_x/α₁=86/0.43mm=200mm

b=86/0.24mm=358.3mm(www.daowen.com)

按构造取b=h=360mm

平均厚度t_a=A/（3×b）=30347/（3×360）mm=28mm，t_a过厚，应重选截面。

（2）重选截面尺寸 设h=b=500mm，则

i_x=0.43h=215mm，λ_x=6000/215=27.9

i_y=0.24b=120mm，λ_y=6000/120=50

取λ_max=λy=50，查表得φ=0.775，则

A=4900×10³/（0.775×215）mm²=29407mm²

t_a=A/（3×b）=29407/（3×500）mm=20mm

按局部稳定要求，并考虑平均厚度，则

，取t_w=14mm

（3）验算所选截面 如图3-7所示，则有

A=（2×500×24+450×14）mm²=30300mm²

I_y=（2×24×500³+450×14³）/12mm⁴=5×10⁸mm4

λ_y=6000/129=46.5＜[λ]=150

I_x=（500×498³-486×450³）/12mm⁴=1.456×10⁹mm4

λ_x=6000/219.2=27.38＜[λ]=150

取λ_max=λ_y=46.5，查表得φ=0.798，c类，板厚为24mm，f=200N/mm²。

图3-7 柱截面设计图（例3-4）

1）局部稳定验算。

翼缘部分：

腹板：h₀/t_w=450/14=32.1＜25+0.5×46.5=48.25

满足局部尺寸限制要求。

2）构造要求：h₀/t_w=450/14=32.1＜80，可不设横向加劲肋。

3）焊缝最小高度：

，取h_f=7mm，自动焊接。