桁架式柱的計(jì)算常被忽視的問題

　　通過工程實(shí)例的計(jì)算結(jié)果，揭示桁架式柱在設(shè)計(jì)中容易被忽視的問題以及帶來的后果，進(jìn)一步說明結(jié)構(gòu)工程師對(duì)設(shè)計(jì)軟件使用所應(yīng)持的正確態(tài)度。

　　關(guān)鍵詞:桁架式柱 整體穩(wěn)定 計(jì)算軟件

　　一、桁架式柱轉(zhuǎn)自環(huán)球網(wǎng)校edu24ol.com

　　鋼管桁架作為梁結(jié)構(gòu)的使用是我們所熟悉的，空間體系常用的有倒三角型，即三根鋼管作為弦桿，以及有四根鋼管的矩形或者梯形的結(jié)構(gòu)形式。鋼管桁架作為柱結(jié)構(gòu)來使用也越來越普遍了，實(shí)際上它也是一種格構(gòu)式柱，弦桿就是柱的分肢，腹桿就是柱的綴材。在具體設(shè)計(jì)過程中，也就是在利用分析設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行計(jì)算時(shí)，通常意義上的格構(gòu)柱，在計(jì)算模型中我們往往作為一個(gè)整體構(gòu)件，而對(duì)桁架式柱，則所有的弦桿腹桿作為模型中的獨(dú)立的單元，因?yàn)楝F(xiàn)在的計(jì)算機(jī)的容量處理它們?cè)缇筒辉偈菃栴}了。

　　為什么會(huì)這樣做呢?因?yàn)橛行┙Y(jié)構(gòu)工程師這樣覺得計(jì)算會(huì)更加精確，每個(gè)小構(gòu)件，軟件都給出了它們的應(yīng)力值。但是有個(gè)問題值得討論一下，我們知道，對(duì)受壓構(gòu)件，在設(shè)計(jì)中要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和穩(wěn)定計(jì)算，對(duì)強(qiáng)度計(jì)算沒什么問題，對(duì)穩(wěn)定呢?軟件給出的一般是所謂的單桿穩(wěn)定，弦桿的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)一般默認(rèn)取為節(jié)間距離,而單桿穩(wěn)定應(yīng)力也是基于這個(gè)計(jì)算長(zhǎng)度的，對(duì)應(yīng)單桿穩(wěn)定，還有一個(gè)名詞叫整體穩(wěn)定分析，一般的結(jié)構(gòu)分析軟件是不包含這個(gè)內(nèi)容的(當(dāng)然，如果你有這方面的意識(shí)，是完全可以找到計(jì)算它的途徑)。也就是說，我們有可能忽視了一項(xiàng)計(jì)算內(nèi)容，那會(huì)有什么后果呢?下面我們通過一個(gè)具體的工程實(shí)例進(jìn)行分析。

　　二、工程實(shí)例

　　有某籃球場(chǎng)，長(zhǎng)39m，寬44.4m，單跨22.2m共兩跨，柱距7.8m，屋面排水坡度按圓弧的坡度內(nèi)排水，最高處為11.5m，最低處為8.348m。屋面采用單層彩鋼板，四周墻面敞開。恒載為0.25KN/ m2，活載為0.50 KN/ m2，基本風(fēng)壓為0.35 KN/ m2。屋面梁采用焊接H形鋼梁;中柱采用焊接H形鋼柱;邊柱采用四弦桿桁架柱;中柱與鋼梁剛接連接，邊柱與鋼梁鉸接連接。

　　桁架截面參數(shù)：四根弦桿采用Φ140x4.0圓管，弦桿中心距均為0.8m;腹桿均為Φ60x3.0圓管;材質(zhì)均為Q235B。柱高為11.7m。用“3D3S”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件計(jì)算得柱的最大應(yīng)力比，強(qiáng)度：0.10，穩(wěn)定：0.12。

　　為了進(jìn)一步說明問題，我們對(duì)此工程的桁架柱的參數(shù)作一些修改。

　　材料：Q235級(jí)鋼

　　桁架高0.4m，寬0.4m;豎腹桿(水平綴條)間距為0.6m

　　截面規(guī)格：弦桿(分肢)Φ140x6.0，腹桿(綴條)均為Φ60x3.0

　　對(duì)X軸的計(jì)算長(zhǎng)度：30m

　　對(duì)Y軸的計(jì)算長(zhǎng)度：30m

　　假定軸向力：-658.24KN(壓)

　　彎矩Mx：118.56KN·m

　　在“3D3S”設(shè)計(jì)軟件中建立三維建模計(jì)算此桁架柱，得最大應(yīng)力比如下：

　　強(qiáng)度應(yīng)力比：0.84

　　繞x軸、y軸的整體穩(wěn)定性應(yīng)力比：0.925

　　下面我們按規(guī)范中格構(gòu)柱公式來計(jì)算此桁架柱。

　?、?強(qiáng)度計(jì)算：

　　根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003的公式5.2.1

　　截面左上角、右上角應(yīng)力均為σ=-9.85Mpa

　　截面左下角、右下角應(yīng)力均為σ=-181.26Mpa

　　截面最大應(yīng)力為σ=-181.26Mpa，強(qiáng)度應(yīng)力比為0.84。

　?、?穩(wěn)定計(jì)算：轉(zhuǎn)自環(huán)球網(wǎng)校edu24ol.com

　　a.構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比計(jì)算

　　根據(jù)構(gòu)件的截面形狀進(jìn)行分類計(jì)算

　　截面面積為：10103.36

　　與X軸垂直的斜綴條毛截面面積為：1074.42

　　截面對(duì)X軸長(zhǎng)細(xì)比λx=145.95

　　與Y軸垂直的斜綴條毛截面面積為：1074.42

　　截面對(duì)X軸長(zhǎng)細(xì)比λy=145.95

　　構(gòu)件截面屬于采用綴條的四肢格構(gòu)式截面

　　換算長(zhǎng)細(xì)比，根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003的公式5.2.3-5，5.1.3-6

　　綴條四肢格構(gòu)柱，長(zhǎng)細(xì)比λox=147.24

　　綴條四肢格構(gòu)柱，長(zhǎng)細(xì)比λoy=147.24

　　b.整體構(gòu)件的穩(wěn)定性

　　根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003的附錄C

　　對(duì)于x軸：截面屬于b類，φx=0.32

　　對(duì)于y軸：截面屬于b類，φy=0.32

　　截面為閉合截面或格構(gòu)式不符合《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003所列出的分類形式，因此取均勻彎曲受彎構(gòu)件整體穩(wěn)定驗(yàn)算φb=1.00。

　　根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003的公式5.2.6-1，其中My的平面外穩(wěn)定作用根據(jù)規(guī)范5.2.3條忽略。

　　整體穩(wěn)定應(yīng)力σ=440.70Mpa，應(yīng)力比=2.05。超出了容許應(yīng)力，不安全。

　　對(duì)于分肢及綴條的強(qiáng)度、穩(wěn)定性的驗(yàn)算本文從簡(jiǎn)。

　　從上面的計(jì)算分析可以看出，對(duì)于長(zhǎng)細(xì)比比較大的桁架柱，忽視整體穩(wěn)定計(jì)算是不安全的，在對(duì)整體穩(wěn)定分析缺少計(jì)算條件的情況下，可以將規(guī)范中關(guān)于格構(gòu)柱的理論作為設(shè)計(jì)參考。

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