異形格構(gòu)柱穩(wěn)定承載力計(jì)算

王 濤

(中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610041)

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異形格構(gòu)柱穩(wěn)定承載力計(jì)算

王 濤

(中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610041)

在總結(jié)異形格構(gòu)柱穩(wěn)定承載力研究成果的基礎(chǔ)上，提出了異形格構(gòu)柱穩(wěn)定承載力較為簡(jiǎn)便的計(jì)算方法，并將其應(yīng)用于實(shí)際工程中，驗(yàn)證了該計(jì)算方法的正確性和可靠性，為異形柱的設(shè)計(jì)提供了參考。

異形格構(gòu)柱，穩(wěn)定承載力，計(jì)算方法

異形格構(gòu)柱建筑造型輕巧,通透性好，被廣泛應(yīng)用于體育館、會(huì)展中心、機(jī)場(chǎng)航站樓等公共建筑中。為了增加異形格構(gòu)柱的通透性，其綴件一般為橫隔板或者橫向的鋼梁，不布置斜向支撐，所以大大消弱了異形格構(gòu)柱的抗彎剛度，目前對(duì)其承載力計(jì)算與設(shè)計(jì)國(guó)內(nèi)外規(guī)范都沒有涉及[1-4]。對(duì)于異形柱的分析現(xiàn)在大部分采用非線性有限元方法，通過力—位移曲線，得到極限承載力[5]，計(jì)算流程圖如圖1所示。但非線性有限元方法計(jì)算量大，對(duì)計(jì)算機(jī)要求較高，且不易被廣大設(shè)計(jì)人員掌握，故通用性不強(qiáng)。本文總結(jié)已有研究成果，利用異形格構(gòu)柱特征值屈曲分析結(jié)果，計(jì)算異形格構(gòu)柱等效長(zhǎng)細(xì)比，查閱《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)得到異形格構(gòu)柱的穩(wěn)定承載力[6]，并將此方法應(yīng)用于實(shí)際工程中，計(jì)算流程如圖2所示。

1 異形格構(gòu)柱穩(wěn)定承載力實(shí)用計(jì)算方法

異形格構(gòu)柱由于各分肢的相互作用受橫向隔板(或者橫向鋼梁)影響較大，沒有一個(gè)計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比的確定方法，這為異形格構(gòu)柱的設(shè)計(jì)帶來困難。文獻(xiàn)[1]提出了利用彈性屈曲分析得到的特征值屈曲荷載，通過式(1)計(jì)算得到異形格構(gòu)柱的等效長(zhǎng)細(xì)比。

(1)

其中，λe為等效長(zhǎng)細(xì)比；Pe為彈性屈曲荷載；E為彈性模量；A為異形格構(gòu)柱各分肢截面面積之和。

參考GB 50017—2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)普通柱設(shè)計(jì)承載力計(jì)算以及文獻(xiàn)[1]的研究成果，本文提出異形格構(gòu)柱的穩(wěn)定設(shè)計(jì)承載力計(jì)算方法，如式(2)所示，本公式僅在彎矩比例較小的情況下適用。

F=μφeAf

(2)

其中，μ為考慮荷載偏心以及彎矩對(duì)異形柱不利的修正系數(shù)，此系數(shù)小于1，建議取0.6～0.8；φe為等效穩(wěn)定系數(shù)，根據(jù)等效長(zhǎng)細(xì)比，GB 50017—2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范附錄C可得；f為材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；A為異形格構(gòu)柱各分肢截面面積之和。

本文與文獻(xiàn)[1]區(qū)別在于，文獻(xiàn)[1]考慮彎矩對(duì)穩(wěn)定承載力影響時(shí)，首先修正長(zhǎng)細(xì)比，物理意義明確，但是文獻(xiàn)[1]方法需要精確求解異形柱的彎矩，在實(shí)際工程中，異形柱彎矩組成復(fù)雜，求解困難，不利于工程應(yīng)用。本文通過大量算例和文獻(xiàn)，得到了在彎矩比例較低情況下，異形柱穩(wěn)定承載力的計(jì)算方法，計(jì)算方法簡(jiǎn)單。

2 工程實(shí)例

成都某大型商場(chǎng)觀光電梯結(jié)構(gòu)平面布置圖以及剖面圖如圖3所示，此結(jié)構(gòu)可以分解為3個(gè)異形柱，異形柱所在的軸線號(hào)分別為DT-A，DT-B和DT-C，電梯運(yùn)行荷載施加在異形柱柱頂，運(yùn)行荷載大小為70 kN。材料為Q345，梁柱截面形式均為矩管，梁截面尺寸為300×200×10×10，柱截面尺寸為300×300×14×14。

由于DT-B軸異形柱分肢間距最大，橫向鋼梁對(duì)分肢的約束效果最差，為受力最不利的異形柱，故取DT-B軸異性柱基于MIDAS建立宏觀單元模型，如圖4所示，柱腳為鉸接，在樓層處主體結(jié)構(gòu)對(duì)異性柱有水平方向約束，計(jì)算得彈性屈曲荷載為3 290 kN。根據(jù)式(1)可知λe=140.6；根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄C，按照C類截面查詢可知φe=0.229；由于三個(gè)異形柱寬度差異較大，荷載偏心引起的彎矩會(huì)較大，故μ=0.6，根據(jù)式(2)可計(jì)算得此異形柱的穩(wěn)定設(shè)計(jì)承載力F=1 364 kN>70 kN，故此異形柱穩(wěn)定計(jì)算滿足要求。

3 結(jié)語

本文提出了異形格構(gòu)柱的穩(wěn)定承載力計(jì)算方法，并將此方法應(yīng)用于實(shí)際工程中。此工程已經(jīng)投入使用，且觀光電梯運(yùn)行良好，證明了此方法的正確性和可靠性。

[1] 田 偉，干 鋼.考慮彎矩作用梭形格構(gòu)柱穩(wěn)定承載力實(shí)用算法研究[J]．建筑結(jié)構(gòu)，2013,43(15)：63-67.

[2] 蘭 勇，郭彥林，陳國(guó)棟.梭形鋼格構(gòu)柱彈性屈曲性能[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2002，23(5):18-24．

[3] 郭彥林，陳國(guó)棟，蘭 勇.三管梭形鋼格構(gòu)柱穩(wěn)定極限承載力研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2002，23(5):25-30.

[4] 蘭 勇，郭彥林，劉 濤，等.三管梭形鋼格構(gòu)柱縮尺模型破壞性穩(wěn)定試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2002，23(5):41-48.

[5] 田 偉，向新岸，趙 陽，等.考慮彎矩作用梭形鋼格構(gòu)柱穩(wěn)定承載力非線性有限元分析[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2010，31(5):42-48.

[6] GB 50017—2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

Computation on load-carrying capacity of profiled latticed column

Wang Tao

(ChinaBuildingSouthwestDesignAcademyCo.,Ltd,Chengdu610041,China)

Summarizing the research results, convenient calculation method of load-carrying capacity for profiled latticed column has been proposed. The convenient calculation method has been applied to the actual project, it testifies the correctness and reliability of the computation method, and reference of design for profiled latticed column is provided.

profiled latticed column, load-carrying capacity, calculation method

1009-6825(2016)05-0060-02

2015-12-09

王 濤(1985- )，男，工程師

TU312

A