【鋼結構實腹式軸心受壓構件的截面設計】
一、截面型式
實腹式軸心受壓構件宜選用雙軸對稱截面。因為單軸對稱截面往往有彎扭屈曲的問題，用料很不經濟。
確定截面型式和各部分尺寸時，為了用料經濟，應使截面的輪廓盡可能（指滿足局部穩定要求）寬展而薄壁，以增大截面的回轉半徑，提高整體穩定承載力和剛度。同時，還應做到對兩個主軸的穩定系數相等（二主軸等穩定）。由于同一截面對兩個主軸可能不屬于同一類截面，因而盡管λx＝λy，但ψx和ψy不一定相等，然而二者相差并不大。設計時可以利用λx＝λy作為考慮等穩定的因素。在截面選取時，除考慮用料經濟外，還要力求構造簡單，制造省工，便于和其它構件連接和易于取材。
直接采用工字型鋼，雖然制造省工，但由于腹板較厚，且對兩個主軸的回轉半徑相差較大，故宜用于兩個方向計算長度不相等且荷載較小的結構中。軋制寬翼緣工字鋼（即H型鋼），具有制造省工的優點，且腹板厚度較翼緣厚度小很多。其中截面高度與寬度相同的型號，對強軸的回轉半徑約是對弱軸回轉半徑的二倍。因此，對于柱長中點有一側向支承的獨立柱，寬翼緣工字鋼將是最理想的截面型式。
鋼板焊成的組合工字行截面，是應用最為廣泛的截面型式。這種截面腹板可以根據局部穩定要求，采用較薄的鋼板，截面較為合理，且便于制造。但為便于翼緣與腹板之間的施焊，一般截面高度需取約等于翼緣寬度。根據輪廓尺寸與回旋半徑的近似關系：ix≈0.43h;iy≈0.24b.在兩個方向的計算長度相等時合理的截面尺寸應為b≈2h。但由于采用h≈b(其截面ix≈2iy)所以也只有在側向有一支撐點時才能達到等穩定的目的。
焊接箱型截面，在兩個方向的回轉半徑接近或相等，抗扭剛度大。但不便于與其它構件連接，只用作高大的承重柱。
此外，還有單角鋼、雙角鋼及圓鋼管，多用于塔架、桁架和網架結構。
二、鋼結構截面選擇步驟
在確定了鋼號、軸心壓力設計值、兩個方向的計算長度Lox,Loy以及截面型式后，可按下列步驟設計截面尺寸。
㈠、試選截面
1、假定長細比，根據截面類別查出ψx、ψy，取ψmin按下式計算需要的截面面積和回轉半徑：
Ar＝N/(ψmin×f)
ixr＝Lox/λ
iyr＝Loy/λ
2、確定型鋼型號或選配截面各板件尺寸
⑴對型鋼截面
以Ar、ixr及iyr查型鋼表，選取合適的型鋼號并進行截面驗算。
⑵對組合截面
Ⅰ）根據回轉半徑的近似值，決定需要的截面高度hr和寬度br：
hr＝ixr/α1
br＝iyr/α2
Ⅱ）按Ar、hr及br確定截面各板件尺寸。
在確定各板件尺寸時，對工字形截面宜取h≈b以便施焊；為用料合理，宜取tw＝(0.4~0.7)t，但不小于6mm；ho和b宜取10mm的倍數，t和tw宜取2mm的倍數。
在確定各板件尺寸過程中，由Ar、hr、br確定的翼緣和腹板太厚，說明假定的λ過大，從而使截面過分集中。此時可直接加大h、b，適當減小截面A，或重設λ；反之，若翼緣和腹板太薄，說明假定的λ過小，造成截面過分開展，此時可適當減小h、b并加大截面A或重設λ。
㈡、截面驗算
確定截面后應進行如下驗算：
1、強度
N/An≤f;當截面無孔洞等削弱時，可不進行強度驗算。
2、整體穩定性
N/(ψmin×A)≤f；同時滿足兩主軸穩定。
3、局部穩定
對型鋼截面一般可不進行局部穩定驗算。
4、剛度
λx≤[λ]和λy≤[λ]。
強度、整體穩定、局部穩定都屬于承載能力極限狀態的驗算；剛度屬于正常使用極限狀態的驗算。
實腹式軸心受壓構件翼緣與腹板間的縱向連接焊縫，只承受由初彎曲、初偏心和偶然橫向力作用等產生的很小剪力。因此不必計算而按構造要求采用hf＝（4~8）mm。
當腹板計算高厚比ho/tw＞80時，為防止腹板在施工和使用中發生鼓曲變形，應設置橫向加勁肋，其間距不得大于3ho。當設置縱向加勁肋加強腹板時，應在在縱橫向加勁肋相交處將縱向加勁肋斷開，以橫向加勁肋作為縱向加勁肋的支撐點，同時可避免兩個方向的焊縫交叉。
對于大型實腹柱，為增加其抗扭剛度，避免在運輸安裝過程中產生扭轉變形，應設置橫隔。橫隔的間距不得大于柱截面較大寬度的9倍或8米，且運送單元的兩端均應設置橫隔。另外，在受有較大水平力處亦應設置，以避免產生局部變形。橫隔與橫向加勁肋的區別在于：橫隔幾乎鋪滿全截面，而橫向加勁肋通常較窄。
【鋼結構格構式軸心受壓構件設計】
格構柱由肢件（柱肢）以及把肢件連成整體的綴材（綴條或綴板）所組成。
肢件通常采用二個槽鋼或工字鋼。以槽鋼作柱肢時，槽鋼翼緣可以向截面外，也可以向截面內放置。以翼緣向內最為常用，這樣可以有一個平整的外表面，而且與翼緣向外相比，在輪廓尺寸相同的情況下，前者可以獲得較大的截面慣性矩。在受力很大的柱中，肢件有時采用焊接組合工字形截面。對長度較大而受力不大的柱，肢件可以采用四個角鋼或三根鋼管。格構柱可以用調整肢件間距方法實現等穩定性。
綴材有綴條和綴板兩種。一般采用單角鋼作綴條，綴板采用鋼板制作。綴條體系可全部以斜綴條組成，也可由橫綴條和斜綴條共同組成。采用綴條連接肢件時稱為綴條柱；采用綴板連接肢件時稱為綴板柱。常見格構柱：雙肢綴條柱、雙肢綴板柱、四肢柱、三肢柱。
實軸：格構柱橫截面上通過肢件腹板的主形心軸稱為實軸，用y~y表示；
虛軸：格構柱橫截面上通過肢件之間空隙的主形心軸稱為虛軸，用x~x表示。
軸壓格構柱的設計需要考慮：強度、整體穩定、單肢穩定、剛度、綴條及綴板的計算等問題。
一、強度
軸壓格構柱的強度計算與實腹式軸壓柱相同，即：
N/An≤f
式中An為柱肢的凈截面面積之和（不應計入綴條和綴板的面積）。當柱截面無削弱時不必進行強度計算。
二、整體穩定
1、對實軸y~y（繞y~y軸）的計算
格構柱繞實軸y失穩的情況，其穩定計算與實腹柱計算相同。
N/(ψy×A)≤f
ψy為由構件對y軸的長細比λy查得的軸壓構件穩定性系數。
A為柱肢的毛截面面積之和。
2、對虛軸x~x（繞x~x軸）的計算
格構柱繞虛軸x失穩的情況與實腹柱的計算不同。
（原因是：格構柱的柱肢間僅由間隔的綴材相連，柱繞虛軸x彎曲時產生的剪力只能由柔弱的綴材承擔，因而剪切變形較大。構件由剪切變形產生的較大附加撓度使其繞虛軸的臨界力降低較多，不可忽略。實腹柱的腹板是連續的鋼板，構件截面抗剪剛度大，剪切變形對構件臨界力的影響很小，可忽略不計。）
為簡化計算，格構柱設計中采用加大對虛軸長細比的方法來考慮剪切變形使臨界力降低的不利影響。加大后的長細比稱為換算長細比，用λox表示。用λox設計時，對虛軸x穩定的計算式仍為：
N/(ψx×A)≤f
ψx為用換算長細比λox查得的軸心受壓構件穩定性系數。
（換算長細比計算見其它資料）
三、單肢穩定性
格構柱的每個單肢也是實腹式受壓構件，單肢在每個綴條或綴板之間的部分在壓力作用下也可能喪失穩定性。設計時應保證單肢不早于整體失穩。
（單肢的長細比λ1，保證單肢穩定的條件見規范）
考慮到綴板柱除可能因幾何缺陷使單肢的壓力不等外，單肢還承擔由剪力引起的局部彎矩作用，因此對其單肢長細比的要求比對綴條柱更嚴格。
計算時，λmax取λox與λy的較大值。λ1＝Lo1/i1，Lo1為單肢計算長度。對綴條柱取相鄰綴條節點中心線間的距離；對焊接綴板柱取相鄰兩綴板間的凈距離；螺栓連接柱取相鄰兩綴板邊緣螺栓的距離；i1為單肢對自身平行于虛軸的單肢形心軸的回轉半徑。
四、綴材計算
㈠、鋼結構格構式壓桿的剪力
軸壓格構柱由于初彎曲等缺陷或達臨界狀態的彎曲時，各截面將產生剪力，此剪力由綴材承擔。因此，在計算綴材前需先確定構件截面剪力。
㈡、綴材設計
1、綴條計算
分析綴條內力時，將每個綴材面作為節點鉸接的平行弦桁架，綴條則是該桁架的腹桿。一個綴材面承受剪力V1＝V/2的作用，根據結構力學分析桁架內力。
Nt＝V1/cosα
由于剪力的方向取決于柱彎曲的方向，所以斜綴條在實際工作中既可受壓，也可受拉。為安全計，常按軸心壓桿計算。但綴條一般采用單角鋼且以一面與柱肢連接，實為偏心受力，故將鋼材和連接材料強度的設計值進行折減。
不論斜綴條還是橫綴條都應滿足容許長細比的要求，即
λ≤[λ]＝150。
2、綴板計算
⑴綴板內力
一個綴材面承受相應的剪力V1＝V/2的作用。在分析綴板內力時，把每個綴材面看作單跨的多層剛架，并假定變形時以綴板中點及綴板之間各柱肢的中點為反彎點進行內力分析。
⑵綴板的構造要求
綴板應滿足剛度要求。規范規定：綴板柱中，同一截面處綴板的線剛度之和不得小于柱較大分肢線剛度的6倍。
五、剛度
格構柱的λy、λox及綴條長細比均不應大于150，以滿足剛度要求。
六、橫隔
與大型實腹柱一樣，為了提高構件的抗扭剛度，避免在運輸和安裝過程中產生幾何形狀的改變，以及傳遞必要的內力。格構柱也應在承受較大水平力處和運送單元的兩端設置橫隔，其間距不得大于柱截面最大寬度的9倍或8米。橫隔可用鋼板或交叉角鋼組成。
七、鋼結構構件截面設計
格構柱對截面二主軸x和y均為b類截面。因而，只需使λy＝λox，便可獲得相等的ψx和ψy，做到二主軸等穩定設計。另外，雙肢柱整個截面對y軸的回轉半徑iy，與其中一個單肢截面對y1軸（y1軸與y軸重合）的回轉半徑iy1相等。
在確定了軸心壓力設計值N，兩個方向的計算長度Lox、Loy和鋼號，以及截面型式（中小型柱可采用綴條柱或綴板柱，大型柱宜采用綴條柱）后，可按下列步驟進行設計。
1、按對實軸y的穩定性要求選定單肢截面
⑴假定長細比λy，查出ψy，并計算需要的截面面積對實軸的回轉半徑。
Ar＝N/(ψ×yf)
iyr＝Loy/λy
⑵按Ar/z和iy由型鋼表選取合適的型鋼規格，并進行對y軸的整體穩定及剛度驗算。
2、對虛軸x根據等穩定性要求確定柱肢間距b
⑴、根據等穩定要求λox＝λy求需要的長細比λx；
⑵、由需要的長細比λx求需要的回轉半徑ixr，并根據輪廓尺寸與回轉半徑的關系確定需要的截面寬度br
ixr＝Lox/λx
br＝ixr/α2
⑶、按確定的b，對虛軸x驗算整體穩定及剛度。
3、截面有削弱時應進行強度驗算
4、綴材設計與單肢穩定性驗算
綴材設計一般不應影響截面選擇結果。如實取的綴條角鋼面積小于初估截面A1x，應對虛軸穩定性重新驗算。布置綴條或綴板時應注意使單肢的長細比λ1滿足要求，同時綴條的長細比不應大于150。