1、国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计柱的截面验算柱的截面验算1.1.柱的设计内力柱的设计内力 轴力轴力N，框架平面内弯矩，框架平面内弯矩Mx和剪力和剪力Vx，有时承受垂直于框架，有时承受垂直于框架平面的弯矩平面的弯矩My，应按压弯构件验算强度、稳定和刚度。，应按压弯构件验算强度、稳定和刚度。2.2.柱的计算长度柱的计算长度u 框架平面内计算长度框架平面内计算长度 等截面柱：等截面柱：H0=H-框架柱平面内计算长度系数，根据横梁与框架柱线刚框架柱平面内计算长度系数，根据横梁与框架柱线刚度之比（度之比（k1=IB/L:IC/H）及柱脚刚度（铰接）及柱脚刚度（铰接/刚接刚接k2）查）查附
2、表附表20（无侧移）或附表（无侧移）或附表（21）确定。）确定。国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计单阶柱：单阶柱： 上段柱上段柱H01=1H1 下段柱下段柱H02=2H2； 1，2分别为上，下段柱计算长度系数，分别为上，下段柱计算长度系数， 1=2/1， 2-上端自由（梁柱铰接）或可移动但不转动（梁柱刚上端自由（梁柱铰接）或可移动但不转动（梁柱刚接）单阶下柱平面内计算长度系数，根据上下段柱线刚度接）单阶下柱平面内计算长度系数，根据上下段柱线刚度之比（之比（k1）及参数）及参数1查表查表22（23）确定。）确定。1221211IINN
3、HH21112IHKIH国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计双阶柱：双阶柱： 上段柱上段柱H01=1H1 中段柱中段柱H02=2H2 下段柱下段柱H03=3H3； 1，2， 3分别为上，中，下段柱计算长度系数，分别为上，中，下段柱计算长度系数， 1=3/1， 2=3/2， 3-上端自由（梁柱铰接）或可移动但不转动（梁柱刚接）上端自由（梁柱铰接）或可移动但不转动（梁柱刚接）双阶下柱平面内计算长度系数，根据上、中段柱与下段柱双阶下柱平面内计算长度系数，根据上、中段柱与下段柱线刚度之比（线刚度
4、之比（k1, k2）及参数）及参数1 、1查表查表24（25）确定。）确定。国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计u框架平面外的计算长度框架平面外的计算长度取阻止框架平面外位移的支承点（柱的支座、吊车梁、取阻止框架平面外位移的支承点（柱的支座、吊车梁、托架、支撑和纵梁固定节点等）之间的距离。托架、支撑和纵梁固定节点等）之间的距离。l1l2国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计3.3.局部弯矩作用局部弯矩作用当吊车梁的支承结构不能保证沿柱轴线传递支座压力时，由两侧吊车梁支座压力差值R=R1-R2所引起的垂直于框架平面的弯矩为：yMR e 由于阶形柱的腹板或缀条、缀板均不能有效
5、地传递纵向弯矩My，因此认为My完全由吊车肢承受。国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计吊车肢中由N和Mx引起的轴向力：xMNzNhh应注意产生N和Mx 的荷载与产生My的荷载必须相应。这样就可把吊车肢单独作为承受压力N和弯矩My的压弯构件进行补充验算。国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计4.柱的强度验算柱的强度验算 同基本原理，略同基本原理，略5.柱的稳定性验算柱的稳定性验算 同基本原理，略同基本原理，略6.格构柱验算的其它问题格构柱验算的其它问题承受偏心压力或轴心压力且截面高度较大的格构柱，宜采用缀承受偏心压力或轴心压力且截面高度较大的格构柱，宜采用缀条柱而不宜采用缀
6、板柱。条柱而不宜采用缀板柱。对于单层厂房中常用的格构柱，由于缀条体系传递两肢间内力对于单层厂房中常用的格构柱，由于缀条体系传递两肢间内力的情况不易确定，为了可靠起见，偏于安全地认为吊车最大压力的情况不易确定，为了可靠起见，偏于安全地认为吊车最大压力Dmax完全由吊车肢单独承受。此时，吊车肢的总压力为：完全由吊车肢单独承受。此时，吊车肢的总压力为：maxmax()xDBNDzMMNDhh国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计 Dmax作用在台阶处两相邻吊车梁所产生的最大压力；作用在台阶处两相邻吊车梁所产生的最大压力； MD框架计算中由框架计算中由Dmax引起的弯矩。引起的弯矩。当吊车梁
7、采用突缘支座时，吊车梁支座压力的偏心很小，吊车肢当吊车梁采用突缘支座时，吊车梁支座压力的偏心很小，吊车肢即按总压力即按总压力NB值作为轴心受压构件来补充验算其在框架平面内的值作为轴心受压构件来补充验算其在框架平面内的单肢稳定。对其它情况，应和实腹柱一样验算单肢稳定。对其它情况，应和实腹柱一样验算My的作用，即把吊的作用，即把吊车肢作为承受车肢作为承受NB和和My的偏心受压构件来补充验算。的偏心受压构件来补充验算。国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计 7.7.分离柱计算的注意事项分离柱计算的注意事项u屋盖肢：屋盖肢： 受屋盖、墙壁风荷载、吊车横向制动力；受屋盖、墙壁风荷载、吊车横向制
8、动力； 框架平面内的计算长度按不考虑吊车肢的等框架平面内的计算长度按不考虑吊车肢的等 截面柱确定，截面柱确定， 框架框架平面外的计算长度取纵向支承点间距离。平面外的计算长度取纵向支承点间距离。u吊车肢：吊车肢： 按轴心受压构件计算，若有局部弯矩按轴心受压构件计算，若有局部弯矩My， 按压弯构件计算，按压弯构件计算， 在框架平面内的计算长度取水平连系板之在框架平面内的计算长度取水平连系板之 间的距离，间的距离， 在其垂直方向则取纵向支承点之间的距离。在其垂直方向则取纵向支承点之间的距离。国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计8.设有人孔柱段计算 人孔将实腹柱分为两个肢，人孔柱截面的计算
9、内力弯矩M、轴力N、剪力V在肢顶或肢底中产生的内力为：12NMNc14VhM 算出和后，按压弯构件验算，而其计算长度一般取人孔的净空高度，框架柱的人孔构造及计算简图如图所示。国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计阶形柱变截面处的构造阶形柱变截面处的构造 阶形柱变截面处是上、下段柱连接和支承吊车梁的重要部位，必须具有足够的强度和刚度，因此，阶形柱无论采用实腹式柱还是采用格构式柱，均是以刚度较大的肩梁将各段柱连在一起，形成整体以实现上下段柱之间内力的传递。肩梁单腹臂肩梁：省料，多用于上下两段柱均为实腹柱、下段柱为较小的格构柱。双腹臂肩梁：刚
10、度大，整体性好，用于下段为格构柱的重型柱中。国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计u单腹壁式肩梁：单腹壁式肩梁：组成： 腹板a 平台板b 加劲肋c 下横隔板d 肩梁高度可取（0.40.7）h2,肩梁腹板厚由剪切强度确定，但不宜小于12mm图图3-29 3-29 单腹壁式肩梁的连接构造单腹壁式肩梁的连接构造国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计1 1212BABN hRhRNNR靴梁近似按跨度为h2的简支梁设计：假定作用于上段柱下端的最不利内力M、N仅由上段柱的翼缘承受，则每个翼缘的内力为N1和N2，112NMNh212NMNh由RA确定焊缝 ，由RB+Dmax确定焊缝 国家
11、级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计u双腹壁式肩梁：双腹壁式肩梁：下段柱为格构式柱、拼接刚度要求较高的重型柱。下段柱为格构式柱、拼接刚度要求较高的重型柱。l肩梁惯性矩宜大于上柱的惯性矩；肩梁惯性矩宜大于上柱的惯性矩；l肩梁线刚度与下柱单肢线刚度之比一般宜不小于肩梁线刚度与下柱单肢线刚度之比一般宜不小于2525； l肩梁高跨比可控制在肩梁高跨比可控制在0.350.350.70.7之间；之间；l上柱段翼缘应以开槽口方式直插到肩梁的下翼缘并与焊接。上柱段翼缘应以开槽口方式直插到肩梁的下翼缘并与焊接。国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设
12、计国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计柱脚构造和计算柱脚构造和计算1 1形式和构造形式和构造 国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计u平板式刚接柱脚： 适用于压力和弯矩都较小，且在底板与基础间只产生压应力时，它类似于轴心受压柱柱脚。底板国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计u靴梁式刚接柱脚： 由底板、靴梁、肋板组成，它适用于实腹式柱和小型格构式柱。 需设置锚栓来承受拉力，锚栓从底板外缘穿过并固定在靴梁两侧由肋板和水平板组成的支座上。 底板靴梁肋板国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计u分离式柱脚， 它比整
13、块底板经济，多用于大型格构式柱。 各分肢柱脚相当于独立的轴心受力铰接柱脚，相邻柱肢下的柱脚反力所形成的合力和合力矩与柱底反力平衡。 分离式柱各分肢柱脚之间须作必要的联系，以保证一定的空间刚度。国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计2 2柱脚计算方法柱脚计算方法 底板面积、底板厚度、锚栓直径、加劲肋的确定，柱端剪底板面积、底板厚度、锚栓直径、加劲肋的确定，柱端剪力的验算等内容同轻钢结构柱脚。力的验算等内容同轻钢结构柱脚。 柱端压力的传递路径柱端压力的传递路径靴梁、隔板或靴梁、隔板或肋板与底板之肋板与底板之间的焊缝间的焊缝柱端与底板柱端与底板之间的焊缝之间的焊缝底板底板柱端压力柱端压力质
14、量不可靠，质量不可靠，不考虑。不考虑。国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计 靴梁的计算靴梁的计算靴梁可作为承受由底板传来的反力并支承于柱边的悬臂梁计算。根据算得的悬臂梁内力，可以确定靴梁所需的截面高度和板厚；根据悬臂梁支座反力，可以确定靴梁与柱身角焊缝的长度和焊脚尺寸，并根据焊缝长度确定靴梁高度。靴梁高度不宜小于450mm。国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计3.对柱脚的防腐蚀应特别加以重视。钢结构设计规范GB50017-2003的8.9.3条（强制性条文）要求：“柱脚在地面以下的部分应采用强度等级较低的混凝土包裹（保护层厚度不应小于20mm），并应使包裹的混凝土高出地面不小于150mm。当柱脚底面在地面以上时，柱脚底面高出地面不小于100mm。” 国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计国家级精品课程国家级精品课程钢结构设计钢结构设计厂房柱设计厂房柱设计小结小结 了解柱的截面形式和构造了解柱的截面形式和构造 掌握柱的截面验算掌握柱的截面验算 了解阶形柱变截面处的构造了解阶形柱变截面处的构造 掌握柱脚构造和计算掌握柱脚构造和计算
