抗震要求,按長(zhǎng)細(xì)比150控制,在7度抗震設(shè)防時(shí),按四級(jí)框架要求,長(zhǎng)細(xì)比不大于120√芋,在8度抗震設(shè)防時(shí),按三級(jí)框架要求,
在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中,由于長(zhǎng)細(xì)比的構(gòu)造要求,在建筑層高一定的情況下,基本控制了鋼柱的截面,這常常與建筑師要求非常輕盈的效果、鋼柱做小做細(xì)的要求沖突,如何正確理解規(guī)范長(zhǎng)細(xì)比控制的要求,合理進(jìn)行鋼柱設(shè)計(jì),是值得深入探討的問題。
2單層鋼框架體系
單層鋼框架結(jié)構(gòu)由鋼柱及鋼梁通過節(jié)點(diǎn)剛接連接形成,鋼柱截面一般為實(shí)腹式截面,通常為工型、方鋼管、圓鋼管等,鋼梁一般為工字鋼梁或箱型鋼梁。
單層剛接框架的鋼柱通常為偏心受壓柱,受力狀態(tài)比較復(fù)雜,同時(shí)承受軸向壓力、彎矩以及剪力。設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí),鋼柱截面應(yīng)滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定和長(zhǎng)細(xì)比限制等要求,截面的各組成部件還應(yīng)滿足局部穩(wěn)定的要求。
為滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求,鋼柱的最大組合應(yīng)力不應(yīng)超過鋼材的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。對(duì)軸心受壓柱,軸心壓力在截面內(nèi)引起均勻的受壓正應(yīng)力不超過鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;對(duì)復(fù)雜受力狀態(tài)下的框架鋼柱,要求其最大組合應(yīng)力不應(yīng)超過鋼材的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。
實(shí)腹柱軸心受壓時(shí),當(dāng)壓力增加到一定大小,柱會(huì)由直線平衡狀態(tài)突然向剛度較小的側(cè)向發(fā)生彎曲,有時(shí)也可能發(fā)生突然扭轉(zhuǎn)、或同時(shí)發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn);如壓力再稍增加,則彎曲、扭轉(zhuǎn)或彎扭變形隨即迅速加大,從而使柱失去承載能力的現(xiàn)象稱為柱整體喪失穩(wěn)定,并按其失穩(wěn)變形的情況分別稱為彎曲失穩(wěn)、扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)或彎扭失穩(wěn)。上述論述的情況,即為鋼柱設(shè)計(jì)的穩(wěn)定問題。穩(wěn)定常常會(huì)成為細(xì)長(zhǎng)鋼柱設(shè)計(jì)的控制工況,即柱在強(qiáng)度到達(dá)極限狀態(tài)前就會(huì)喪失穩(wěn)定。軸心受壓柱喪失穩(wěn)定的三種情況中,最常見的是彎曲失穩(wěn)。影響柱彎曲失穩(wěn)臨界應(yīng)力的主要因素是柱的長(zhǎng)細(xì)比,亦即柱的計(jì)算長(zhǎng)度與截面回轉(zhuǎn)半徑的比值。對(duì)給定的鋼材,柱愈長(zhǎng)或愈細(xì),即長(zhǎng)細(xì)比愈大,則臨界應(yīng)力愈小,愈易彎曲失穩(wěn)。柱在兩個(gè)主軸x和y軸方向的長(zhǎng)細(xì)比不相等時(shí),其彎曲失穩(wěn)總是順著剛度較弱、即長(zhǎng)細(xì)比較大的方向發(fā)生。
框架鋼柱暨偏心受壓柱同時(shí)承受軸心壓力和彎矩。由于彎矩的作用,柱在彎矩作用平面內(nèi)一開始就有彎曲變形,如軸心壓力和彎矩同時(shí)逐漸增大,彎曲變形也相應(yīng)逐漸增大,但當(dāng)荷載增加到一定大小時(shí),即使保持荷載不變葚至逐漸減小,而變形卻會(huì)繼續(xù)迅速增大,這時(shí)柱己失去承載能力,這個(gè)現(xiàn)象稱為偏心受壓柱在彎矩作用平面內(nèi)喪失穩(wěn)定,屬?gòu)澢Х(wěn)。如果柱的側(cè)向剛度較小且側(cè)向支承較差,當(dāng)荷載增加到一定大小時(shí),柱除在彎矩作用平面內(nèi)彎曲外,在側(cè)向也可能從其原有平面突然向外彎曲,同時(shí)發(fā)生扭轉(zhuǎn),隨即彎扭變形迅速加大,使柱失去承載能力的現(xiàn)象稱為框架鋼柱在彎矩作用平面外喪失穩(wěn)定,屬?gòu)澟なХ(wěn)。
當(dāng)實(shí)腹柱的腹板、翼緣板或其他組成部件的厚度相對(duì)較小時(shí),可能在柱喪失整體穩(wěn)定前的較小荷載下產(chǎn)生局部屈曲,即受壓的腹板或翼緣板偏離其原來(lái)的平面位置而發(fā)生波狀翹曲的現(xiàn)象稱為柱喪失局部穩(wěn)定。柱的局部喪失穩(wěn)定后,使柱的受力狀況惡化,有可能導(dǎo)致柱較早地喪失整體穩(wěn)定。為使鋼柱各組成部件有足夠的局部穩(wěn)定性,通常按板件的應(yīng)力和支承等情況限制其寬厚比不超過一定數(shù)值。
鋼柱的長(zhǎng)細(xì)比不應(yīng)超過規(guī)范的要求,因?yàn)殚L(zhǎng)細(xì)比過大會(huì)產(chǎn)生較多不利影響:一是在運(yùn)輸和安裝過程中,可能因剛度過小而造成彎曲;二是使用期間會(huì)因自重或橫向荷載作用明顯下垂;三是長(zhǎng)細(xì)比過大會(huì)產(chǎn)生過大的初彎曲,對(duì)整體穩(wěn)定帶來(lái)不利的影響。
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