格构式轴心受压构件的设计需首先选择分肢截面和缀材的形式,一般而言,中小型构件可采用缀板或缀条的形式,大型构件宜采用缀条的形式。轴心压力较小时分肢可采用槽钢,轴心压力很大时常用角钢和钢板组成的槽形截面作分肢。现以常见的双肢格构式轴心受压构件为例,说明其截面设计的问题。

①按实轴(设为y轴)的整体稳定选择两单肢的截面。

步骤与实腹式构件的计算相同。先假定长细比λy=60～100,当N较大时取较小值,反之取较大值。根据假定的λy、钢材规格和截面类别查得整体稳定系数φ值,即可由式(5.34)求得所需截面面积Areq,注意此为两肢的总面积。而后可求出绕实轴的回转半径iy,req=l0y/λy,如分肢为组合截面,则还应由iy,req求出所需截面宽度b=iy,req/α1。这样就可根据需要的Areq和iy,req初选分肢型钢规格或截面尺寸,并进行实轴整体稳定和刚度验算,必要时还应进行强度验算和板件宽厚比验算。若验算结果不完全满足要求,应重新假定λy再次试选截面,直到满足要求为止。

②按虚轴(设为x轴)与实轴等稳定原则确定两分肢间距。

等稳定原则是λ0x=λy。

对缀条格构式构件,根据预先确定的斜缀条的截面A1x(按A1x=0.1A预估计角钢型号)可以得到λx,req:

对缀板格构式构件,根据假定的分肢长细比λ1[按式(5.44)的最大值取用]就可以得到λx,req:

由λx可求得所需ix,req=l0x/λx,req,从而可以确定分肢间距h=ix,req/α2,并且注意两分肢翼缘间的净空应大于100～150mm,以便于构件内表面的油漆。h的实际尺寸应调整为10mm的倍数。

③初选截面后,按式(5.3)、式(5.20)、式(5.43)和式(5.44)分别进行刚度、整体稳定和分肢稳定的验算,并按前述有关内容进行缀件设计。如有孔洞削弱,还应按式(5.2)进行强度验算。如验算结果不完全满足要求,应调整截面尺寸并重新进行验算,直到满足要求为止。

【例5.2】　图5.23所示为一管道支架,其支柱的轴心压力(包括自重)设计值N=1450kN,柱两端铰接,钢材为Q345钢,焊条为E50型,截面无削弱。试设计成格构式轴心受压构件:①缀条柱;②缀板柱。

【解】　1)缀条柱

(1)按实轴(y轴)的稳定条件确定截面尺寸

假定λy=40,按Q345钢b类截面从附表4.2查得φ=0.863。所需截面面积和回转半径分别为:查附表7.3试选2[18b,截面形式如图5.24所示。实际A=2×29.3=58.6cm2,iy=6.84cm,i1=1.95cm,z0=1.84cm,I1=111cm4。

验算绕实轴稳定:

图5.23　例5.2图

缀条无孔洞削弱,不必验算强度。缀条的连接角焊缝采用两面侧焊,按构造要求取hf=4mm。单面连接的单角钢按轴心受力计算连接时γR=0.85,则:

肢背焊缝长度:

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肢尖焊缝长度:

为方便起见,肢背与肢尖焊缝长度均取4cm。

(5)横隔

柱截面最大宽度为30cm,要求横隔间距≤9×0.30m=2.7m和8m。柱高6m,上下两端有柱头柱脚,中间三分点处设两道钢板横隔,与斜缀条节点配合设置(图5.24)。

图5.24　缀条柱图

2)缀板柱

(1)按实轴(y轴)的稳定条件确定截面尺寸

同缀条柱,选用2[18b(图5.25),λy=48.36。

图5.25　缀板柱图

(2)按绕虚轴(x轴)的稳定条件确定分肢间距

取λ1=22,基本满足λ1≤0.5λmax=0.5×43.86=21.93,且不大于40的分肢稳定要求。

按等稳条件λ0x=λy,得:

两槽钢翼缘间净距=320mm-2×70mm=180mm>100mm,满足构造要求。

验算虚轴稳定:

缀板净距l01=λ1i1=22×1.95cm=42.9cm,取43cm,则

查附表4.2得φ=0.826(b类截面),则