異形格構柱穩(wěn)定承載力計算

王 濤

(中國建筑西南設計研究院有限公司，四川 成都 610041)

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異形格構柱穩(wěn)定承載力計算

王 濤

(中國建筑西南設計研究院有限公司，四川 成都 610041)

在總結異形格構柱穩(wěn)定承載力研究成果的基礎上，提出了異形格構柱穩(wěn)定承載力較為簡便的計算方法，并將其應用于實際工程中，驗證了該計算方法的正確性和可靠性，為異形柱的設計提供了參考。

異形格構柱，穩(wěn)定承載力，計算方法

異形格構柱建筑造型輕巧,通透性好，被廣泛應用于體育館、會展中心、機場航站樓等公共建筑中。為了增加異形格構柱的通透性，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柱的抗彎剛度，目前對其承載力計算與設計國內外規(guī)范都沒有涉及[1-4]。對于異形柱的分析現(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]，計算流程圖如圖1所示。但非線性有限元方法計算量大，對計算機要求較高，且不易被廣大設計人員掌握，故通用性不強。本文總結已有研究成果，利用異形格構柱特征值屈曲分析結果，計算異形格構柱等效長細比，查閱《鋼結構設計規(guī)范》的受壓構件穩(wěn)定系數(shù)得到異形格構柱的穩(wěn)定承載力[6]，并將此方法應用于實際工程中，計算流程如圖2所示。

1 異形格構柱穩(wěn)定承載力實用計算方法

異形格構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，沒有一個計算長細比的確定方法，這為異形格構柱的設計帶來困難。文獻[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)計算得到異形格構柱的等效長細比。

(1)

其中，λe為等效長細比；Pe為彈性屈曲荷載；E為彈性模量；A為異形格構柱各分肢截面面積之和。

參考GB 50017—2003鋼結構設計規(guī)范對普通柱設計承載力計算以及文獻[1]的研究成果，本文提出異形格構柱的穩(wěn)定設計承載力計算方法，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)等效長細比，GB 50017—2003鋼結構設計規(guī)范附錄C可得；f為材料強度設計值；A為異形格構柱各分肢截面面積之和。

本文與文獻[1]區(qū)別在于，文獻[1]考慮彎矩對穩(wěn)定承載力影響時，首先修正長細比，物理意義明確，但是文獻[1]方法需要精確求解異形柱的彎矩，在實際工程中，異形柱彎矩組成復雜，求解困難，不利于工程應用。本文通過大量算例和文獻，得到了在彎矩比例較低情況下，異形柱穩(wěn)定承載力的計算方法，計算方法簡單。

2 工程實例

成都某大型商場觀光電梯結構平面布置圖以及剖面圖如圖3所示，此結構可以分解為3個異形柱，異形柱所在的軸線號分別為DT-A，DT-B和DT-C，電梯運行荷載施加在異形柱柱頂，運行荷載大小為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，在樓層處主體結構對異性柱有水平方向約束，計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)《鋼結構設計規(guī)范》附錄C，按照C類截面查詢可知φe=0.229；由于三個異形柱寬度差異較大，荷載偏心引起的彎矩會較大，故μ=0.6，根據(jù)式(2)可計算得此異形柱的穩(wěn)定設計承載力F=1 364 kN>70 kN，故此異形柱穩(wěn)定計算滿足要求。

3 結語

本文提出了異形格構柱的穩(wěn)定承載力計算方法，并將此方法應用于實際工程中。此工程已經投入使用，且觀光電梯運行良好，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柱穩(wěn)定承載力實用算法研究[J]．建筑結構，2013,43(15)：63-67.

[2] 蘭 勇，郭彥林，陳國棟.梭形鋼格構柱彈性屈曲性能[J].建筑結構學報，2002，23(5):18-24．

[3] 郭彥林，陳國棟，蘭 勇.三管梭形鋼格構柱穩(wěn)定極限承載力研究[J].建筑結構學報，2002，23(5):25-30.

[4] 蘭 勇，郭彥林，劉 濤，等.三管梭形鋼格構柱縮尺模型破壞性穩(wěn)定試驗研究[J].建筑結構學報，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柱穩(wěn)定承載力非線性有限元分析[J].建筑結構學報，2010，31(5):42-48.

[6] GB 50017—2003，鋼結構設計規(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

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