輕型門式剛架結(jié)構(gòu)中關(guān)于穩(wěn)定分析問題的探討

陳婧

摘 要：門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑中有著廣泛用，但是從實(shí)際情況來看，現(xiàn)行的各項(xiàng)規(guī)程在其穩(wěn)定設(shè)計(jì)中存在許多不足之處，這將會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用造成不良影響。因此，本文主要對(duì)門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題內(nèi)容的分析，同時(shí)闡述了非對(duì)稱情況下變截面式剛架臨界荷載情況，通過相關(guān)分析希望進(jìn)一步優(yōu)化其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，僅供參考。

關(guān)鍵詞：鋼架結(jié)構(gòu)；穩(wěn)定分析；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定

1帶搖擺柱剛架的穩(wěn)定問題的分析

帶搖擺柱剛的多跨鋼架結(jié)構(gòu)如圖1所示，通過圖1可以發(fā)現(xiàn)搖擺柱兩端鉸接，在結(jié)構(gòu)中未提供任何側(cè)向剛度，但是在結(jié)構(gòu)中的中間柱的軸向力對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性會(huì)造成一定影響，其會(huì)導(dǎo)致剛架構(gòu)結(jié)構(gòu)在具體應(yīng)用過程中出現(xiàn)失穩(wěn)，考慮到該內(nèi)容，因此針對(duì)邊柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)乘以一個(gè)放大系數(shù)，有用η表示放大系數(shù)。

邊柱計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)μ1的計(jì)算方式如公式（1）所示。

在公式（1）中，E表示彈性模量，其單位為N/mm2，Pcr表示的為鋼結(jié)構(gòu)在整體失穩(wěn)情況下，截面軸力大小，單位為N，I和l都是鋼結(jié)構(gòu)的中的常數(shù)，其值依據(jù)具體結(jié)構(gòu)而定。

在具體分析過程中，放大系數(shù)η可以通過公式（2）計(jì)算獲取：

在公式（2）中，μ1表示的為帶搖擺柱的多跨剛架邊柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的大??；而μ0表示的則是在除了不存在搖擺柱，其它條件都相同的情況下的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)。

在針對(duì)變截面柱小頭與大頭兩種不同類型的截面慣性矩的具體比值，通過分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，其具體大小在0.028-0.72之間。在具體分析過程中，針對(duì)比值在0.4時(shí)，兩跨結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析，荷載作用下的比較結(jié)果如圖2所示。

通過圖2可以看出，在具體分析過程中過如果K2/K1的數(shù)值超過了0.2，此時(shí)，《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中計(jì)算長(zhǎng)度放大的系數(shù)相對(duì)來說比較安全，因此，并不需要對(duì)相應(yīng)的計(jì)算公式進(jìn)行修正，而如果K2/K1的數(shù)值處于0.1-0.2之間，則應(yīng)當(dāng)對(duì)《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中計(jì)算放大系數(shù)公式進(jìn)行適當(dāng)修正，從而確保最終計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，完成對(duì)結(jié)構(gòu)的合理分析。

當(dāng)K2/K1的數(shù)值處于0.1-0.2之間時(shí)，對(duì)于η的計(jì)算可以通過公式（3）完成。

在公式（3）中false表示為修正系數(shù)，系統(tǒng)參數(shù)間《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》。

通過修正后的參數(shù)，對(duì)不同跨度的帶有搖擺柱的門式鋼架進(jìn)行處理，最終得到的數(shù)據(jù)，更加接近模擬計(jì)算值，并且相對(duì)來說更加安全，從而提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2 非對(duì)稱情況下變截面式剛架臨界荷載分析

從實(shí)際工程的具體情況來看，剛架在具體應(yīng)用過程采用的各項(xiàng)荷載都并不具有對(duì)稱性。但是，在計(jì)算鋼架的整體穩(wěn)定性過程中，通常都會(huì)考慮在整個(gè)結(jié)構(gòu)中，所有的柱在同一時(shí)間出現(xiàn)失穩(wěn)的情況，這樣實(shí)際上就對(duì)結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的作用荷載當(dāng)作對(duì)稱荷載進(jìn)行處理，這顯然與結(jié)構(gòu)的整體情況是不符的。在進(jìn)行實(shí)例分析過程中，針對(duì)鋼架系數(shù)，長(zhǎng)度系數(shù)內(nèi)容的分析，本次分析，主要通過變截面門式鋼架平面鎳穩(wěn)定有限元程序完成。非對(duì)稱荷載下門式剛架如圖3所示。

在具體計(jì)算過程中，H的取值為6.0m，L的取值為18m；屋面的坡度為1/9，用i表示；斜梁分段參數(shù)的取值為1/3，利用a表示；整個(gè)結(jié)構(gòu)中的焊接界面通過焊接的方式制作，翼緣板的規(guī)格都為248mm×9.8mm，腹板為5.8mm；楔形柱截面的具體高度主要集中在280-280mm之間，梁高在截面變化分別為580mm，280mm，580mm。β1表示的為結(jié)構(gòu)豎向的荷載系數(shù)，β2表示的水平荷載比例系數(shù)，初始荷載的大小為100kN，用P表示，同時(shí)在該過程中還設(shè)置了荷載參λ=Pcr/P，為剛架整體失穩(wěn)臨界荷載與初始荷載的比值。在具體分析過程中，針對(duì)不同的β1和β2的組合，鋼架平面內(nèi)穩(wěn)定有限元的計(jì)算結(jié)果也會(huì)有所不同。

通過具體分析可以發(fā)現(xiàn)，在對(duì)輕型門式剛架構(gòu)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析過程時(shí)，柱的計(jì)算長(zhǎng)度一方面會(huì)與結(jié)構(gòu)受到的各項(xiàng)因素有著緊密聯(lián)系，另一方面也許實(shí)際荷載情況有著一定關(guān)系。此外，結(jié)構(gòu)荷載的作用形式的不同也會(huì)導(dǎo)致鋼架的穩(wěn)定性表現(xiàn)出一定的差異性。相應(yīng)的分析結(jié)果表明，在結(jié)構(gòu)中存在柱間支緩，在一定程度上可以提高結(jié)構(gòu)自身的穩(wěn)定性。

如果分析時(shí)，不考慮水平荷載對(duì)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性造成的影響，取β1=1.0（柱與柱間沒有相應(yīng)的支援效果）和β1=0.5（柱與柱之間存在的較大的支援作用），此時(shí)剛架整體失穩(wěn)臨界荷載的最大相差達(dá)到了35%。除此之外，依據(jù)分析結(jié)果也可以發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)中存在的水平荷載對(duì)于單層門式剛架的失穩(wěn)影響并不強(qiáng)烈。

結(jié)束語：

通過對(duì)輕型剛架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行深入分析，大量的計(jì)算結(jié)果表明：

鋼結(jié)構(gòu)在具體應(yīng)用過程中，其受到的荷載作用并非對(duì)稱分布的，這一情況的存在會(huì)對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成較為嚴(yán)重的影響。因此，在問題處理時(shí)，以對(duì)稱荷載方式對(duì)鋼架進(jìn)行處理，這在一定程度上低估了剛架結(jié)構(gòu)的在具體應(yīng)用中的整體穩(wěn)定性。

結(jié)構(gòu)受主彎矩作用影響，導(dǎo)致鋼架結(jié)構(gòu)整體平面的穩(wěn)定性下降，此外屋面的坡度大小，也會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性造成一定程度影響。需要特別注意的是，如果屋面的具體坡度以及梁柱的具體長(zhǎng)細(xì)比都較大時(shí)，此時(shí)要考慮主彎矩對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成的影響。

對(duì)帶搖擺柱剛架的穩(wěn)定問題進(jìn)行了深入分析，同時(shí)也對(duì)非對(duì)稱情況下變截面式剛架臨界荷載問題進(jìn)行了闡述，實(shí)現(xiàn)對(duì)輕型門式鋼結(jié)構(gòu)問題可續(xù)理解讀，以供相關(guān)工作人員參考。

參考文獻(xiàn)

[1]趙研，龔桂林.輕型門式剛架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J]. 四川建筑. 2014（05）

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