混凝土排架上門剛柱計算長度系數的取值*

王梅亮，田 雨

（中國寰球工程公司遼寧分公司，遼寧撫順 113006）

混凝土排架上門剛柱計算長度系數的取值*

王梅亮，田 雨

（中國寰球工程公司遼寧分公司，遼寧撫順 113006）

在生產建設、尤其是石油化工企業建設中，常會在混凝土柱頂增加門式剛架結構。闡述在該情形下頂部剛架柱平面內計算長度系數的取值問題，在利用PKPM計算的過程中，分析、對比了不同驗算規范下PKPM的計算結果，發現了其中的錯誤。最后利用一階分析法的基本公式，提出了該情形下柱的計算長度系數的推算方法。

混凝土柱；門剛；抗側移剛度；位移；計算長度系數

在鋼結構設計中，柱的計算長度系數不僅影響到長細比取值，也關系到整個結構的穩定計算。對于底部混凝土、頂部為門式剛架的結構，柱計算長度系數在計算過程中該如何取值呢？本文利用PK PM軟件，對撫順某實際工程的真空過濾機廠房進行了分析，并結合《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》CECS102：2002和《鋼結構設計規范》GB5001 7-2003，提出了這類結構剛架柱的平面內計算長度系數的取值方法。

1 工程概況及計算簡圖

某廠房底部為混凝土排架、頂部為門式剛架，跨度18 m，柱距6 m，檐口高度24.5 m。其中，混凝土柱高20.3 m，門剛柱高4.2 m，起坡高度為0.9 m。在位于9.4 m標高處有設備平臺，平臺均布活荷載4 kN/m2，在位于20.3 m標高處帶有32 t吊車1臺。計算簡圖如圖1。

圖1 結構立面簡圖Fig.1 Structure elevationdiagram

2 門剛柱的計算長度系數

2.1 PKPM軟件中門剛柱的計算長度系數[1-2]

PKPM在計算門剛結構時，選擇不同的設計規范對門剛柱計算長度系數的影響很大。對于底部混凝土、頂部門式剛架的結構，程序按照《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》CECS102：2002和《鋼結構設計規范》GB50017-2003自動計算時，柱的平面內計算長度系數計算結果分別見圖2、圖3。

圖2 按門規CECS 102：2002計算結果Fig.2 Resultaccording to Technical specificationof CECS 102：2002

圖3 按鋼規GB50017-2003計算結果Fig.3 Resultaccording to code of GB50017-2003

2.2 此類門剛柱的計算長度系數分析[1-3]

從上面計算結果可以看出，當按門規由程序自動計算時，柱平面內計算長度系數異常的大，平面內穩定計算嚴重超限，這樣的計算結果顯然是不合理的。而按鋼規GB50017-2003自動計算所得的結果從表面看比較理想，下面按照GB50017-2003有側移柱的計算長度系數的計算方法驗證這個結果，計算時假定混凝土柱對上部剛架柱起到基礎的作用，即K2=0。

令HN 450×200的截面慣性矩為I，則梁的線剛度 ib=I/（2×9.04），柱的線剛度 ic=I/4.2，有K1=ib/ic=4.2/（2×9.04）=0.23，查表D-2按插值法得出的結果是：

上述的計算結果與PKPM按鋼規GB50017-2 003計算所得的結果基本吻合，這就證明了驗證前的假定（“混凝土柱對上部剛架起到基礎的作用”）與程序自動計算時的依據是相同的。然而事實的情況是，混凝土柱尤其是比較高時，其剛度與基礎相比還是相對較弱的，在水平荷載作用下會產生一定的水平位移，這必將對上部門剛柱的計算長度產生一定的影響，因此程序按鋼規GB50017-2003自動計算的結果也是不妥的。

3 此類門剛柱計算長度系數的計算方法探尋[1]

通過上面的計算與論證，筆者發現PKPM在計算該類結構時程序自動計算的μ存在不合理之處，那么怎樣的人工干預才能得出合理的結果呢？筆者從門規CECS 102：2002一階分析法得到啟發，在柱頂以集中風荷載的形式施加水平力H，得出柱頂的水平位移u，這里的u是混凝土柱與門剛柱位移的疊加，因此得出的側移剛度K（K=H/u）也體現了混凝土柱剛度對上部門剛柱側移剛度的影響。PKPM中施加荷載H及計算結果如圖4。

圖4 水平力加載過程及位移計算結果Fig.4 The level loadandresultof displacement

假定柱頂施加的左右集中風荷載H=10 000 N，僅在該力作用下，得出的柱頂水平位移u=8.9 mm。

按一階分析法，當柱腳鉸接時有：

上式源自CECS 102：2002規程中公式6.1.3-7 a，其中：E=2.06×105N/mm；Ic=3.37×108mm4；K=H/u=10 000/8.9=1 123.6 N/mm；h=4 200 mm。將以上數據代入公式可得到μ=3.78。

筆者認為這個數據是該類型下門剛柱的合理平面內計算長度系數，將程序默認的-1.0改為該數進行計算是比較理想的。

4 結語

本文針對底部混凝土、頂部為門式剛架結構、在門剛柱腳為鉸接時門剛柱平面內計算長度系數的討論，發現了程序在自動計算時存在的問題與不足，并提出了相應的計算方法。當門剛柱腳采用剛接時，亦可以按照本文提出的方法根據門規6.1.3-7b計算公式得出柱平面內的計算長度系數。

[1]CECS 102：2002，門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程[S].

[2]GB50017-2003，鋼結構設計規范[S].

[3]汪一駿.鋼結構設計手冊（上冊）[M].三版.北京：中國建筑工業出版社，2003.

Effective Length Factor Calculation of the Column of Light-weight Buildings on the Concrete Column

WANGMei-liang，TIAN Yu
（ChinaHuanqiuContracting&Engineering CORP.Liaoning Subcompany，Liaoning Fushun113006，China）

In the actual construction，especially petrochemical enterprise construction，steel structure of light-weight buildings is often designed on the top of concrete column.In this article，effective length factorcalculation of the column of light-weight buildings was discussed.In the process of using PKPM calculation，the calculation results were analyzed and contrasted according to different calculation standards，and some mistakes in the results were discovered.Finally，using the basic formula of the first-orderanalysis method，the calculation method of the effective length factorwas putforward.

Concrete column；Steel structure of light-weight；Lateral resisting stiffness；Displacement；Effective lengthfactor

TU378.3

A

1671-0460（2010）04-0426-03

2010-06-25

王梅亮（1983-），男，江蘇沭陽人，助理工程師，2005年畢業于中國石油大學（華東）土木工程專業，現從事結構設計工作。E-mail：wangmlpop@163.com。