钢结构中的拉弯和压弯构件：应用和截面形式

同时承受轴心压（或拉）力和绕截面形心主轴的弯矩作用的构件，称为压弯（或拉弯）构件。弯矩可能由轴心力的偏心作用、端弯矩作用或横向荷载作用等三种因素产生，如图6.1、图6.2所示，弯矩由偏心压（拉）力引起时，也称为偏压（或拉）构件。当弯矩作用在截面的一个主轴平面内时称为单向压弯（或拉弯）构件，同时作用在两个主轴平面内时称为双向压弯（或拉弯）构件。由于压弯构件是受弯构件和轴心受压构件的组合，因此压弯构件也称为梁一柱（beam column）。

图6.1　压弯构件

图6.2　拉弯构件

在钢结构中压弯和拉弯构件的应用十分广泛，例如有节间荷载作用的桁架上下弦杆、受风荷载作用的墙架柱、工作平台柱、支架柱、单层厂房结构及多高层框架结构中的框架柱等大多是压弯（或拉弯）构件。

与轴心受力构件一样，拉弯和压弯构件也可按其截面形式分为实腹式构件和格构式构件两种，常用的截面形式有热轧型钢截面、冷弯薄壁型钢截面和组合截面，如图6.3所示。当受力较小时，可选用热轧型钢或冷弯薄壁型钢如图6.3（a）、（b）。当受力较大时，可选用钢板焊接组合截面或型钢与型钢、型钢与钢板的组合截面如图6.3（c）。除了实腹式截面如图6.3（a）、（b）、（c）外，当构件计算长度较大且受力较大时，为了提高截面的抗弯刚度，还常常采用格构式截面如图6.3（d）。图6.3中对称截面一般适用于所受弯矩值不大或正负弯矩值相差不大的情况；非对称截面通常用于所受弯矩值较大、弯矩不变号或正负弯矩值相差较大的情况，即在受力较大的一侧适当加大截面和在弯矩作用平面内加大截面高度。在格构式构件中，通常使弯矩绕虚轴作用，以便根据承受弯矩的需要，更灵活地调整分肢间距。此外，构件截面沿轴线可以变化，例如工业建筑中的阶形柱如图6.4（a）所示、门式刚架中的楔形柱如图6.4（b）所示等。截面形式的选择，取决于构件的用途、荷载、制作、安装、连接构造以及用钢量等诸多因素。(www.xing528.com)

图6.3　拉弯、压弯构件截面形式

（a）型钢截面；（b）冷弯薄壁型钢截面；（c）组合截面；（d）格构式构件的截面

图6.4　变截面压弯构件

在进行设计时，压弯和拉弯构件应同时满足正常使用极限状态和承载能力权限状态的要求。在满足正常使用极限状态方面，与轴心受力构件一样，拉弯和压弯构件也是通过限制构件长细比来保证构件的刚度要求，拉弯构件和压弯构件的容许长细比与轴心受力构件相同。压弯构件承载能力极限状态的计算，包括强度、整体稳定和局部稳定的计算，其中整体稳定计算包括弯矩作用平面内稳定和弯矩作用平面外稳定的计算。拉弯构件承载能力极限状态的计算通常仅需要计算其强度，但是，当构件所承受的弯矩较大时，需按受弯构件进行整体稳定和局部稳定计算。