建筑結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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

　　按其主要受力性質(zhì)常常又劃分為：拉桿、壓桿和受彎構(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(chēng)為軸心受力構(gòu)件。可分為：

　　1.軸心受拉構(gòu)件

　　構(gòu)件所受的力，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。

　　σ1=F/bh

　　此構(gòu)件的承載能力為σ1≤[σ]

　　式中 [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

　　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：σ1=F/bh

　　但軸心受壓構(gòu)件的實(shí)際承載力是由穩(wěn)定性控制，穩(wěn)定系數(shù)Ψ≤1，故其承載力的表達(dá)式為：

　　σ2=F/Ψbh≤[σ] (6-3)

　　這是因?yàn)槭軌簶?gòu)件承載時(shí)，截面應(yīng)力尚未達(dá)到材料的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值前就會(huì)因彎折而失去 承載能力，這種現(xiàn)象稱(chēng)為喪失穩(wěn)定性。上式中的Ψ值即為按穩(wěn)定考慮的承載力與強(qiáng)度承 載力的比值，稱(chēng)為穩(wěn)定系數(shù)。

　　由此可見(jiàn)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： A1=F/[σ]

　　壓桿所需截面為： A2=F/Ψ[σ]

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

　　Ψ<1，故 A2> A1

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

　　式中 l0——桿件計(jì)算長(zhǎng)度;

　　構(gòu)件的承載能力應(yīng)滿足σmax≤[σ]

　　式中 σmax——邊沿最大拉應(yīng)力

　　σmin——邊沿最小拉應(yīng)力

　　W——截面抵抗矩

　　由上式可見(jiàn)，在受同樣的外拉力時(shí)，偏心受拉構(gòu)件，其應(yīng)力耍比軸心受拉構(gòu)件增大許 多，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免出現(xiàn)這種構(gòu)件

　　2.偏心受壓構(gòu)件

　　(1)定義：構(gòu)件承受的壓力作用點(diǎn)與構(gòu)件的軸心偏離，使構(gòu)件既受壓又受彎時(shí)即為偏 心受壓構(gòu)件(亦稱(chēng)壓彎構(gòu)件)。常見(jiàn)于屋架的上弦桿、框架結(jié)構(gòu)柱、磚墻及磚垛等

　　(2)構(gòu)件的受力狀態(tài)

　　由上式可見(jiàn)，在受同樣的壓力F時(shí)，當(dāng)作用點(diǎn)與截面軸心偏離時(shí)，截面內(nèi)的壓應(yīng)力增加甚多，而且當(dāng)偏心距較大時(shí)截面內(nèi)除壓應(yīng)力外將產(chǎn)生一部分拉應(yīng)力

　　在實(shí)踐中尚有雙向偏心構(gòu)件。

　　(三)受彎構(gòu)件

　　1.定義

　　當(dāng)一水平構(gòu)件在跨間承受荷載，使其產(chǎn)生彎曲，構(gòu)件將產(chǎn)生彎矩和剪力，截面內(nèi)將產(chǎn)生彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力。這種構(gòu)件即稱(chēng)為受彎構(gòu)件。這是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最常見(jiàn)的構(gòu)件

　　2.受彎構(gòu)件的受力狀態(tài)

　　(1)簡(jiǎn)支梁在不同荷載作用下的彎矩df及剪力y，見(jiàn)圖6-6

　　(2)多跨連續(xù)梁在均布荷載作用下的彎矩和剪力，見(jiàn)圖6-7

　　在跨度范圍內(nèi)彎矩和剪力都是變化的

　　(3)粱截面內(nèi)的應(yīng)力分布

　　1)彎曲應(yīng)力

　�、劢孛娴目辜糁饕�靠腹板(即粱的截面中部)

　　(4)受彎構(gòu)件的變形

　　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

　　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

　　(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)件斷而尺寸。