【Steel Code】8.6~8.7：TENSION MEMBERS, COMPRESSION MEMBERS

8.6 受拉构件

8.6.1 拉力承载力

构件的拉力承载力 $P_t$ 通常取为：
$P_t=p_y{A}_e$ （8.66）

其中 $A_e$ 是第9.3.4.4条中截面内所有单元有效面积 $a_e$ 的总和。

8.6.2 偏心连接构件

具有偏心连接的构件通常可以按照单轴或双轴弯曲进行考虑，并使用第8.8条进行设计。然而，对于具有偏心端部连接的角钢、槽钢或T型截面，可以使用如下降低的拉力承载力进行设计。

8.6.3 单角钢、双角钢、槽钢和T型截面

对于通过一个肢连接的单角钢截面、通过腹板连接的单槽钢或通过翼缘连接的单T型截面，拉力承载力应按下式确定：

对于螺栓连接：$P_t=p_y(A_e-0.5a_z)$ （8.67）

对于焊接连接：$P_t=p_y(A_e-0.3a_z)$ （8.68）

其中：
$a_z=A_g-a_1$ （8.69）

• $A_g$ 是第9.3.4.1条中定义的毛截面积总和；
• $a_1$ 是连接肢的毛面积，对于角钢取厚度与肢长的乘积，对于槽钢取腹板深度，对于T型截面取翼缘宽度。

对于在节点板或构件同一侧分别连接的角钢，还应进行第8.8条中的检查。

8.6.4 具有中间连接的双角钢、槽钢和T型截面

对于在节点板两侧连接的双角钢、槽钢和T型截面，当通过螺栓或焊接在其长度内至少每2个受拉屈服强度实心填板间距连接时，其拉力承载力应按下式确定：

对于螺栓连接：$P_t=p_y(A_e-0.25a_z)$ （8.70）

对于焊接连接：$P_t=p_y(A_e-0.15a_z)$ （8.71）

8.7 受压构件

8.7.1 段长度 Segment length

受压构件在任一平面内的段长度 L 定义为构件在该平面内约束其平移的点之间的长度。

8.7.2 一般有效长度 Effective length in general

设计中使用有效长度方法应满足第6.6条中的条件。受压构件的有效长度 $L_E$ 应取为具有相同屈曲阻力的等效长度的销接构件长度。当需要时，需要假想的延长构件长度来估算此有效长度。表8.6中给出了一般等效长度系数。关于长细比限制，请参考第6.6.4条。

除了按照第8.7.9条设计的角钢、槽钢和T型截面外，受压构件或其屈曲影响的有效长度 $L_E$ 应通过屈曲分析或其他公认方法确定。下面给出的指导原则可用于确定简单柱的有效长度系数，这些柱的边界条件在设计中可以可靠地近似。

a) 承载其承载力90%以上的约束构件（按第8.9条）不应被认为能够提供侧向方向约束。

b) 多层框架中连续柱的有效长度取决于相关平面内的约束条件、方向和转动约束、连接刚度和构件刚度。应参考第6.6.3条确定有效长度系数。

c) 沿其长度承受变轴力且截面特性变化的柱应使用解析方法、二阶分析或高级塑性分析进行设计。

d) 推荐的设计有效长度与表8.6中的理论值不同，这是由于边界假设的不确定性。

e) 具有抗弯连接的斜撑构件的屈曲阻力不能通过有效长度方法或弯矩放大方法确定，因为可能发生突然屈曲。在这种情况下应使用二阶或高级分析。

为了更准确地评估受压构件的屈曲阻力，应使用弹性临界荷载分析、二阶P-λ-δ分析或高级分析。对于受屈曲显著影响的结构分析和设计，应进行P-Δ-δ分析作为有效长度方法的替代。不应使用有效长度方法设计在摇摆框架或倾斜中既受弯又被固定的柱。

表8.6 - 理想化柱的有效长度

8.7.3 约束

约束应具有足够的强度和刚度来限制约束点的位移、方向或两者。位置约束应具有足够的刚度以防止显著的侧向位移，并具有足够的强度以承受被约束构件轴力的至少1%。当支撑构件约束多个构件时，应对约束的阻力要求施加降低系数，如下：

$k_r=\sqrt{0.2+\frac{1}{N_r}}\le 1$ （8.72）

其中 $N_r$ 是被约束的平行构件数量。

8.7.4 长细比

受压构件的长细比应取为有效长度除以所考虑屈曲轴的回转半径。

8.7.5 压缩阻力

构件的压缩阻力 $P_c$ 应按下式确定：

对于1类塑性、2类紧凑和3类半紧凑截面：
$P_c=A_g{p}_c$ （8.73）

对于4类细长截面：
$P_c=A_{eff}{p}_{cs}$ （8.74）

其中：

• $A_{eff}$ 是第7.6条中的有效截面积；
• $A_g$ 是第9.3.4.1条中的毛截面积总和；
• $p_c$ 是第8.7.6条中的压缩强度；
• $p_{cs}$ 是使用 $\bar{\lambda }\sqrt{\frac{A_{eff}}{A_g}}$ 的降低长细比得到的 $p_c$ 值，其中 $\bar{\lambda }$ 是从毛截面积回转半径和有效长度计算的长细比。

8.7.6 压缩强度

压缩强度 $p_c$ 应基于截面类型、设计强度、长细比和应选择的合适屈曲曲线 $a_0$、$a$、$b$、$c$ 或 $d$。这些屈曲曲线的 $p_c$ 值应从表8.8($a_0$)、8.8($a$)至8.8($h$)和图8.4中获得，或者，使用附录8.4中的公式。

对于焊接I、H或箱形截面，$p_y$ 应降低20 N/mm²，然后基于此降低的 $p_y$ 确定 $p_c$。

图8.4 - 具有焊接翼缘板的轧制I或H截面

表8.7 - 不同截面类型的屈曲曲线指定

截面类型	最大厚度 (见注1)	屈曲轴
		x-x	y-y
钢材等级≥S460的热轧结构空心截面或热轧无缝结构空心截面		a₀)	a₀)
钢材等级<S460的热轧结构空心截面		a)	a)
纵向焊缝或螺旋焊缝的冷弯结构空心截面		c)	c)
轧制I型截面	≤40 mm ≥40 mm	a) b)	b) c)
轧制H型截面	≤40 mm ≥40 mm	b) c)	c) d)
焊接I型或H型截面(见注2)	≤40 mm ≥40 mm	b) b)	c) d)
具有焊接翼缘盖板且0.25<U/B<0.80的轧制I型截面(如图8.4所示)	≤40 mm ≥40 mm	a) b)	b) c)
具有焊接翼缘盖板且0.25<U/B<0.80的轧制H型截面(如图8.4所示)	≤40 mm ≥40 mm	b) c)	c) d)
具有焊接翼缘盖板且U/B≥0.80的轧制I型或H型截面(如图8.4所示)	≤40 mm ≥40 mm	b) c)	a) b)
具有焊接翼缘盖板且U/B≤0.25的轧制I型或H型截面(如图8.4所示)	≤40 mm ≥40 mm	b) b)	c) d)
焊接箱形截面(见注3)	≤40 mm ≥40 mm	b) c)	b) c)
圆形、方形或扁钢	≤40 mm ≥40 mm	b) c)	b) c)
轧制角钢、槽钢或T型截面 两个背靠背拼接、搭接或背对背的轧制截面 复合轧制截面		任意轴：c)	任意轴：c)

注：

1. 对于厚度在40mm至50mm之间，pc值可以取相关厚度下40mm以下和40mm以上py值的平均值。
2. 对于翼缘经机械切割而未经后续刃磨或机加工的焊接I型或H型截面，对于40mm以下厚度的翼缘，可以使用40mm厚度的strut曲线b)，对于40mm以上厚度的翼缘，可以使用strut曲线c)或对于40mm厚度以上的翼缘使用strut曲线d)。
3. "焊接箱形截面"类别包括由板材或轧制截面制造的任何箱形截面，条件是所有纵向焊缝都靠近截面角部。本类别不包括具有纵向加劲肋的箱形截面。
4. 使用基于其他公认设计规范的屈曲曲线，允许荷载和材料系数之间的变化，并根据表8.8(a₀)、(a)至(h)进行校准是可接受的。另见表8.8下的脚注。

8.8 轴向力和弯矩组合作用下的受拉构件

受拉构件在双轴弯矩作用下的截面承载力应使用以下方程检查：

$\frac{F_t}{P_t}+\frac{M_x}{M_{cx}}+\frac{M_y}{M_{cy}}\le 1$ （8.77）

其中：

• $F_t$ 是临界位置的设计轴向拉力；
• $M_{cx}$ 是第8.2.2条中绕主轴的弯矩承载力；
• $M_{cy}$ 是第8.2.2条中绕次轴的弯矩承载力；
• $M_x$ 是临界位置绕主轴的设计弯矩；
• $M_y$ 是临界位置绕次轴的设计弯矩；
• $P_t$ 是第8.6.1条给出的拉力承载力。

另外，对于1类塑性或2类紧凑且对称的I型和矩形空心截面构件，可以通过文献中的公式或基于以下假设的截面强度分析进行更精确的检查。如果腹板面积不足以抵抗轴向压力，则分配给承受设计轴向压力的区域，剩余的腹板和翼缘面积用于抵抗弯矩，以获得轴向压力作用下的降低弯矩承载力。在此分析中，公式8.77的第一项为轴向压力忽略，由于在弯矩承载力中包含，应满足。

对于不对称和单对称截面的更精确设计，由于绕主轴的弯矩可能不会在同一位置产生最大应力，可以从轴向压力和单个弯矩以其各自模量计算的应力确定整个截面的最大应力。

受拉构件应通过仅考虑设计弯矩来检查侧向扭转屈曲。

8.7.7 偏心连接

应使用第8.9条中给出的组合荷载公式明确考虑偏心连接的影响。角钢、槽钢和T型截面也可以使用第8.7.9条进行设计。

8.7.8 简单构造

在第6.1条定义的简单结构设计中，不需要考虑模式荷载。对于柱设计，假设所有梁都是满载并简支在柱上。

由于简支梁在柱上产生的名义弯矩应按如下计算：

(a) 对于支承在盖板上的梁，反力应视为作用在柱面或填料边缘朝向梁填料中心使用。

(b) 对于支承在盖板上的屋面桁架，如果反力中心在柱中心，可以忽略偏心。

© 对于支承在钢柱面的梁，反力位置应取为距柱面100mm或刚性支承长度中心的较大值。

(d) 对于上述未涵盖的其他情况，应使用实际偏心。

在多层建筑中，柱通过拼接刚性连接时，任何楼层的净弯矩应按柱刚度或其$I/L$比例在构件间分配。

柱中所有等效弯矩系数应取为1。应使用第8.9条中的组合荷载条件检查柱，有效长度由第6.6.3条确定，取侧向扭转屈曲的有效长细比${\lambda }_{LT}$为：

${\lambda }_{LT}=\frac{0.5L}{r_y}$ （8.75）

其中：

• $L$ 是柱在侧向支撑间的长度或层高；
• $r_y$ 是绕次轴的回转半径。

8.7.9 三角结构和桁架中截面的有效长度

角钢、槽钢和T型截面通常偏心连接，通过焊接或一个、两个或多个螺栓连接，具有不同程度的连接刚度。应使用表8.7中的屈曲曲线"c"，截面的有效长度必须仔细确定，如下所述或通过合理分析如二阶分析。以下公式的使用基于构件两端有效约束抗平移运动的假设。

对于弦杆的面外屈曲，有效长度$L_E$可以取为侧向约束间的距离，除非其他值可以通过屈曲或二阶分析证明。对于弦杆和腹杆的面外屈曲，有效长度$L_E$取为构件长度，除非较小值可以通过屈曲或二阶分析证明。

对于腹杆，应考虑绕主轴和平行于肢部的轴的屈曲。对于通过两个或多个螺栓连接的角钢截面，长细比应按下式计算：

对于绕v-v轴屈曲：${\bar{\lambda }}_{eff,v}=0.35\sqrt{85.8\epsilon +0.7{\lambda }_v}$ 或 ${\lambda }_v$，取较大者

对于绕x-x轴屈曲：${\bar{\lambda }}_{eff,x}=0.5\sqrt{85.8\epsilon +0.7{\lambda }_x}$ 或 ${\lambda }_x$，取较大者 （8.76）

对于绕y-y轴屈曲：${\bar{\lambda }}_{eff,y}=0.5\sqrt{85.8\epsilon +0.7{\lambda }_y}$ 或 ${\lambda }_y$，取较大者

其中：$\epsilon =\sqrt{\frac{275}{p_y}}$，${\lambda }_{eff}$为有效长细比。${\lambda }_v$、${\lambda }_x$和${\lambda }_y$分别为角钢截面绕次要v轴以及x轴和y轴的长细比。

对于单螺栓连接，应采用双螺栓连接轴向力压缩阻力的80%。

对于短构件，应解析考虑荷载偏心的影响。另外，这些截面的屈曲强度可以按照其他柱使用第8.9条中的组合轴力和弯矩方程进行设计，或通过二阶分析，允许偏心连接和构件缺陷，如表8.7的等效构件缺陷给出相同的屈曲强度曲线"c"。

桁架中用作构件的空心截面可以通过焊接或螺栓连接。面内有效长度可以取为连接节点间的距离，除非其他值可以通过屈曲或二阶分析证明。面外屈曲阻力可以通过考虑空心截面的扭转刚度大大增强。这种效应可以在二阶或高级分析中考虑。对于热轧空心截面或冷弯空心截面，应使用表8.7中的曲线"a"来检查屈曲强度。