第二章 第二節(jié) 建筑結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件設(shè)計(jì)

gaocen

        基本構(gòu)件是組成結(jié)構(gòu)體系的單元。按受力特征來(lái)劃分主要有以下三類：軸心受力構(gòu)件、偏心受力構(gòu)件和受彎構(gòu)件。

(一)軸心受力構(gòu)件

當(dāng)構(gòu)件所受外力的作用點(diǎn)與構(gòu)件截面的形心重合時(shí)，則構(gòu)件橫截面產(chǎn)生的應(yīng)力為均勻  分布，這種構(gòu)件稱為軸心受力構(gòu)件。可分為：

1．軸心受拉構(gòu)件

如圖2-1所示構(gòu)件，外力F使構(gòu)件橫斷面僅產(chǎn)生均勻拉應(yīng)力時(shí)即為軸心受拉構(gòu)件。常用于桁架的下弦桿及受拉斜腹桿。

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圖2-1

如圖構(gòu)件內(nèi)的應(yīng)力

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file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.jpg（2-1）

此構(gòu)件的承載能力為  σ1≤[σ]

  [σ]—材料的允許應(yīng)力。這種構(gòu)件最能充分發(fā)揮材料的強(qiáng)度。

2．軸心受壓構(gòu)件

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圖2-2

外力以壓力的方式作用在構(gòu)件的軸心處，使構(gòu)件產(chǎn)生均勻壓應(yīng)力時(shí)，即為軸心受壓構(gòu)件。

其截面應(yīng)力為：

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（2-2）

軸心受壓構(gòu)件截面應(yīng)力σ1尚未達(dá)到材料的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[σ]前就會(huì)因彎折而失去承載能力這種現(xiàn)象稱為喪失穩(wěn)定性。因此其實(shí)際承載力是由穩(wěn)定性控制，穩(wěn)定系數(shù)φ<1，故其承載力的表達(dá)式為：

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（2-3）

式（2-3）中的φ即為按穩(wěn)定考慮構(gòu)件臨界應(yīng)力時(shí)的承載力與強(qiáng)度承載力的比值，稱為穩(wěn)定系數(shù)。由此可見相同材料的拉桿與壓桿受同樣的荷載F作用時(shí)，拉桿 所需的截面尺寸要比 壓桿 小。

    拉桿所需截面為：

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    壓桿所需截面為：

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    [σ]—材料的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(即允許應(yīng)力)。

    φ<1，  故A2>A1

    φ值與桿件的長(zhǎng)細(xì)比λ有關(guān)；λ=l0/i

    l0—桿件計(jì)算長(zhǎng)度，

    i——截面的回轉(zhuǎn)半徑；

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    λ越大，φ越小。則實(shí)際承載力越小。

   一般提高壓桿承載力的措施為：

    (1)選用有較大i值的截面，即面積分布盡量遠(yuǎn)離中和軸；

    (2)改變柱端固接條件或增設(shè)中間支承以改變桿件計(jì)算長(zhǎng)度l0。

二、偏心受力構(gòu)件

    偏心受力構(gòu)件分為兩種：偏心受拉和偏心受壓構(gòu)件。

    1．偏心受拉構(gòu)件

    偏心受拉構(gòu)件又稱拉彎構(gòu)件，如圖2-3示，拉力F作用點(diǎn)與構(gòu)件的軸心偏離，使構(gòu)件產(chǎn)生既受拉又受彎。偏心受拉構(gòu)件截面應(yīng)力是由兩種應(yīng)力疊加的，其邊沿應(yīng)力公式為：    (2)構(gòu)件的受力狀態(tài)

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圖2-3  偏心受拉構(gòu)件

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file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image020.jpg（2-4）

構(gòu)件的承載能力應(yīng)滿足σmax≤[σ]

σmax—邊沿最大拉應(yīng)力；

σmin—邊沿最小拉應(yīng)力；

W——截面抵抗矩。

由（2-4）可見在受同樣的外拉力時(shí)，偏心受拉構(gòu)件應(yīng)力要比軸心受拉構(gòu)件，增大許多，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)盡量避免出現(xiàn)這種構(gòu)件。

2．偏心受壓構(gòu)件

如圖2-4所示，構(gòu)件承受的壓力作用點(diǎn)與構(gòu)件的軸心偏離，構(gòu)件既受壓又受彎，這樣的構(gòu)件稱為偏心受壓構(gòu)件(亦稱壓彎構(gòu)件)。常見于屋架的上弦桿、框架結(jié)構(gòu)柱，磚墻及磚垛等。

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圖2-4  偏心受壓構(gòu)件

    截面產(chǎn)生的邊沿應(yīng)力公式為：

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file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image024.jpg（2-5）

σmax—邊沿最大壓應(yīng)力；

σmin—邊沿最小壓應(yīng)力。

由式（2-5）知，在受同樣的壓力F時(shí)，由于偏心，截面內(nèi)受壓一側(cè)的壓應(yīng)力增加，而且當(dāng)偏心引起的彎矩M距較大時(shí)，截面內(nèi)除壓應(yīng)力外將產(chǎn)生一部分拉應(yīng)力。若壓力作用點(diǎn)在構(gòu)件截面的兩個(gè)方向上均有偏心，則稱為雙向偏心構(gòu)件。

三、受彎構(gòu)件

       水平構(gòu)件在跨間承受荷載，構(gòu)件發(fā)生彎曲且產(chǎn)生彎矩和剪力，從而使構(gòu)件截面內(nèi)產(chǎn)生彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力。這種構(gòu)件即稱為受彎構(gòu)件。這是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最常見的單跨梁和多跨梁就屬于受彎構(gòu)件。

(1)簡(jiǎn)支梁在不同荷載作用下的彎矩圖及剪力圖見圖2-5

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圖2-5  簡(jiǎn)支梁在不同荷載作用下的彎矩及剪力（重要）

（2）多跨連續(xù)梁在均布荷載作用下的彎矩和剪力見圖2-6。

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圖2-6  多跨連續(xù)梁在均布荷載作用下的彎矩和剪力（重要）

（3）梁截面內(nèi)的應(yīng)力分布

    1）彎曲應(yīng)力（圖10-8）

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（重要）

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  2）邊沿最大應(yīng)力：

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file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image032.jpg（2-7）

式中  y—距中和軸的距離；

+σmax—邊沿最大拉應(yīng)力；

—σmax—邊沿最大壓應(yīng)力。

       彎曲應(yīng)力沿截面高度為三角形分布，中和軸處應(yīng)力為零；順時(shí)針彎曲時(shí)中和軸以上為壓應(yīng)力，中和軸以下為拉應(yīng)力；逆時(shí)針彎曲時(shí)，中和軸以上為拉應(yīng)力，以下為壓應(yīng)力。見圖2-7.

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圖2-7  彎曲壓力分布

3）剪應(yīng)力

剪應(yīng)力在截面上的分布也是不均勻的，其分布規(guī)律如圖2-8。

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圖2-8  剪應(yīng)力分布

平均剪應(yīng)力：

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截面上的剪應(yīng)力

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file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image040.jpg（2-9）

I——截面慣性矩；

S——計(jì)算點(diǎn)以上截面對(duì)中和軸的面積矩；

b——界面寬度。

剪應(yīng)力沿截面分布具有如下特征：剪應(yīng)力在梁高方向的分布是中和軸處最大，以近拋物線的形狀分布，在截面邊沿處剪應(yīng)力為零。沿梁長(zhǎng)度方向，支座處剪力最大，剪應(yīng)力也最大；截面的抗剪主要靠腹板（即梁的截面中部）。

（4）受彎構(gòu)件的變形

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file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image042.jpg

受彎構(gòu)件在荷載作用下要產(chǎn)生彎曲，于是將產(chǎn)生彎曲變形，使梁產(chǎn)生撓度。

1）梁的撓度跨中最大。

2）撓度的大小與正彎矩成正比。

3）跨度相同、荷載相同時(shí)，簡(jiǎn)支梁的撓度比連續(xù)梁、二端固定或一端固定一端簡(jiǎn)支的梁要大。

4）撓度的大小與梁的EI（抗彎剛度）成反比。

（5）受彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1）要滿足彎曲應(yīng)力不超過(guò)材料的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。即最大彎矩處的最大彎曲應(yīng)力必須小于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image044.jpg

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（2-10）

  2）梁內(nèi)最大剪力的斷面平均剪應(yīng)力不超過(guò)材料抗剪的設(shè)計(jì)值。

  3）梁的最大撓度值不得超過(guò)規(guī)范規(guī)定的數(shù)值。

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四、幾種基本構(gòu)件的比較

上述幾種基本構(gòu)件的合理應(yīng)用，就能取得合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1．軸心受拉構(gòu)件是受力最好的構(gòu)件

（1）最能充分發(fā)揮材料性能。因在外力作用下，沿構(gòu)件全長(zhǎng)及截面的內(nèi)力及應(yīng)力都是均勻分布。

（2）在承受相同的荷載下，與受壓和受彎構(gòu)件相比所需的斷面最小。

（3）只有具有最多數(shù)量的軸拉構(gòu)件和較少軸壓和受彎構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)體系才是最省材料和經(jīng)濟(jì)合理的體系。

2．軸壓構(gòu)件

承載力受穩(wěn)定的影響，故應(yīng)避免長(zhǎng)桿受壓，設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意側(cè)向穩(wěn)定。

3．偏心受壓構(gòu)件

在相同截面下，因受偏心彎矩的影響，其承載力將隨偏心距的加大而大為減小。而且也要考慮側(cè)向穩(wěn)定的影響。

4．受彎構(gòu)件

（1）構(gòu)件內(nèi)的內(nèi)力不均勻分布，因此不能充分發(fā)揮材料的作用。

（2）還存在變形能否滿足要求的問(wèn)題，有時(shí)雖已滿足強(qiáng)度要求，變形不能滿足時(shí)，則應(yīng)按變形要求增大構(gòu)件斷面尺寸。  

dasd1a

我頂啊。接著頂  

cherry.z

慢慢來(lái)，呵呵  

kenawcl

好帖子，謝樓主

方便面

哦...............  

gMTrLjUr

暈死也不加點(diǎn)分  

CnUjVxOQ

太棒了！  

ZKXBLNmp

不錯(cuò)!  

tyr5507

自己知道了