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單層鋼結(jié)構(gòu)框架鋼柱長細(xì)比設(shè)計探討
信息來源:   發(fā)布時間:2016-8-17   瀏覽:

抗震要求,按長細(xì)比150控制,在7度抗震設(shè)防時,按四級框架要求,長細(xì)比不大于120√芋,在8度抗震設(shè)防時,按三級框架要求,
    在實際工程設(shè)計中,由于長細(xì)比的構(gòu)造要求,在建筑層高一定的情況下,基本控制了鋼柱的截面,這常常與建筑師要求非常輕盈的效果、鋼柱做小做細(xì)的要求沖突,如何正確理解規(guī)范長細(xì)比控制的要求,合理進(jìn)行鋼柱設(shè)計,是值得深入探討的問題。
2單層鋼框架體系
    單層鋼框架結(jié)構(gòu)由鋼柱及鋼梁通過節(jié)點剛接連接形成,鋼柱截面一般為實腹式截面,通常為工型、方鋼管、圓鋼管等,鋼梁一般為工字鋼梁或箱型鋼梁。
    單層剛接框架的鋼柱通常為偏心受壓柱,受力狀態(tài)比較復(fù)雜,同時承受軸向壓力、彎矩以及剪力。設(shè)計計算時,鋼柱截面應(yīng)滿足強度、剛度、穩(wěn)定和長細(xì)比限制等要求,截面的各組成部件還應(yīng)滿足局部穩(wěn)定的要求。
    為滿足強度設(shè)計要求,鋼柱的最大組合應(yīng)力不應(yīng)超過鋼材的設(shè)計強度。對軸心受壓柱,軸心壓力在截面內(nèi)引起均勻的受壓正應(yīng)力不超過鋼材的強度設(shè)計值;對復(fù)雜受力狀態(tài)下的框架鋼柱,要求其最大組合應(yīng)力不應(yīng)超過鋼材的設(shè)計強度。
    實腹柱軸心受壓時,當(dāng)壓力增加到一定大小,柱會由直線平衡狀態(tài)突然向剛度較小的側(cè)向發(fā)生彎曲,有時也可能發(fā)生突然扭轉(zhuǎn)、或同時發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn);如壓力再稍增加,則彎曲、扭轉(zhuǎn)或彎扭變形隨即迅速加大,從而使柱失去承載能力的現(xiàn)象稱為柱整體喪失穩(wěn)定,并按其失穩(wěn)變形的情況分別稱為彎曲失穩(wěn)、扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)或彎扭失穩(wěn)。上述論述的情況,即為鋼柱設(shè)計的穩(wěn)定問題。穩(wěn)定常常會成為細(xì)長鋼柱設(shè)計的控制工況,即柱在強度到達(dá)極限狀態(tài)前就會喪失穩(wěn)定。軸心受壓柱喪失穩(wěn)定的三種情況中,最常見的是彎曲失穩(wěn)。影響柱彎曲失穩(wěn)臨界應(yīng)力的主要因素是柱的長細(xì)比,亦即柱的計算長度與截面回轉(zhuǎn)半徑的比值。對給定的鋼材,柱愈長或愈細(xì),即長細(xì)比愈大,則臨界應(yīng)力愈小,愈易彎曲失穩(wěn)。柱在兩個主軸x和y軸方向的長細(xì)比不相等時,其彎曲失穩(wěn)總是順著剛度較弱、即長細(xì)比較大的方向發(fā)生。
    框架鋼柱暨偏心受壓柱同時承受軸心壓力和彎矩。由于彎矩的作用,柱在彎矩作用平面內(nèi)一開始就有彎曲變形,如軸心壓力和彎矩同時逐漸增大,彎曲變形也相應(yīng)逐漸增大,但當(dāng)荷載增加到一定大小時,即使保持荷載不變葚至逐漸減小,而變形卻會繼續(xù)迅速增大,這時柱己失去承載能力,這個現(xiàn)象稱為偏心受壓柱在彎矩作用平面內(nèi)喪失穩(wěn)定,屬彎曲失穩(wěn)。如果柱的側(cè)向剛度較小且側(cè)向支承較差,當(dāng)荷載增加到一定大小時,柱除在彎矩作用平面內(nèi)彎曲外,在側(cè)向也可能從其原有平面突然向外彎曲,同時發(fā)生扭轉(zhuǎn),隨即彎扭變形迅速加大,使柱失去承載能力的現(xiàn)象稱為框架鋼柱在彎矩作用平面外喪失穩(wěn)定,屬彎扭失穩(wěn)。
    當(dāng)實腹柱的腹板、翼緣板或其他組成部件的厚度相對較小時,可能在柱喪失整體穩(wěn)定前的較小荷載下產(chǎn)生局部屈曲,即受壓的腹板或翼緣板偏離其原來的平面位置而發(fā)生波狀翹曲的現(xiàn)象稱為柱喪失局部穩(wěn)定。柱的局部喪失穩(wěn)定后,使柱的受力狀況惡化,有可能導(dǎo)致柱較早地喪失整體穩(wěn)定。為使鋼柱各組成部件有足夠的局部穩(wěn)定性,通常按板件的應(yīng)力和支承等情況限制其寬厚比不超過一定數(shù)值。
    鋼柱的長細(xì)比不應(yīng)超過規(guī)范的要求,因為長細(xì)比過大會產(chǎn)生較多不利影響:一是在運輸和安裝過程中,可能因剛度過小而造成彎曲;二是使用期間會因自重或橫向荷載作用明顯下垂;三是長細(xì)比過大會產(chǎn)生過大的初彎曲,對整體穩(wěn)定帶來不利的影響。




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