桁架式柱的计算常被忽视的问题2011年02月24日15:43作者:左权胜1次阅读共有评论0条一、桁架式柱钢管桁架作为梁结构的使用是我们所熟悉的,空间体系常用的有倒三角型,即三根钢管作为弦杆,以及有四根钢管的矩形或者梯形的结构形式。钢管桁架作为柱结构来使用也越来越普遍了,实际上它也是一种格构式柱,弦杆就是柱的分肢,腹杆就是柱的缀材。在具体设计过程中,也就是在利用分析设计软件进行计算时,通常意义上的格构柱,在计算模型中我们往往作为一个整体构件,而对桁架式柱,则所有的弦杆腹杆作为模型中的独立的单元,因为现在的计算机的容量处理它们早就不再是问题了。为什么会这样做呢?因为有些结构工程师这样觉得计算会更加精确,每个小构件,软件都给出了它们的应力值。但是有个问题值得讨论一下,我们知道,对受压构件,在设计中要进行强度计算和稳定计算,对强度计算没什么问题,对稳定呢?软件给出的一般是所谓的单杆稳定,弦杆的计算长度系数一般默认取为节间距离,而单杆稳定应力也是基于这个计算长度的,对应单杆稳定,还有一个名词叫整体稳定分析,一般的结构分析软件是不包含这个内容的(当然,如果你有这方面的意识,是完全可以找到计算它的途径)。也就是说,我们有可能忽视了一项计算内容,那会有什么后果呢?下面我们通过一个具体的工程实例进行分析。二、工程实例有某篮球场,长39m,宽44.4m,单跨22.2m共两跨,柱距7.8m,屋面排水坡度按圆弧的坡度内排水,最高处为11.5m,最低处为8.348m。屋面采用单层彩钢板,四周墙面敞开。恒载为0.25KN/m2,活载为0.50KN/m2,基本风压为0.35KN/m2。屋面梁采用焊接H形钢梁;中柱采用焊接H形钢柱;边柱采用四弦杆桁架柱;中柱与钢梁刚接连接,边柱与钢梁铰接连接。结构立面如下图一所示。图一桁架截面参数:四根弦杆采用Φ140x4.0圆管,弦杆中心距均为0.8m;腹杆均为Φ60x3.0圆管;材质均为Q235B。柱高为11.7m。用“3D3S”结构设计软件计算得柱的最大应力比,强度:0.10,稳定:0.12。为了进一步说明问题,我们对此工程的桁架柱的参数作一些修改。材料:Q235级钢桁架高0.4m,宽0.4m;竖腹杆(水平缀条)间距为0.6m截面规格:弦杆(分肢)Φ140x6.0,腹杆(缀条)均为Φ60x3.0对X轴的计算长度:30m对Y轴的计算长度:30m假定轴向力:-658.24KN(压)弯矩Mx:118.56KN·m“3D3S”设计软件中建立三维建模计算此桁架柱,得最大应力比如下:强度应力比:0.84绕x轴、y轴的整体稳定性应力比:0.925下面我们按规范中格构柱公式来计算此桁架柱。⑴.强度计算:根据《钢结构设计规范》GB50017-2003的公式5.2.1截面左上角、右上角应力均为σ=-9.85Mpa截面左下角、右下角应力均为σ=-181.26Mpa截面最大应力为σ=-181.26Mpa,强度应力比为0.84。⑵.稳定计算:a.构件长细比计算根据构件的截面形状进行分类计算截面面积为:10103.36与X轴垂直的斜缀条毛截面面积为:1074.42截面对X轴长细比λx=145.95与Y轴垂直的斜缀条毛截面面积为:1074.42截面对X轴长细比λy=145.95构件截面属于采用缀条的四肢格构式截面换算长细比,根据《钢结构设计规范》GB50017-2003的公式5.1.3-5,5.1.3-6缀条四肢格构柱,长细比λox=147.24缀条四肢格构柱,长细比λoy=147.24b.整体构件的稳定性根据《钢结构设计规范》GB50017-2003的附录C对于x轴:截面属于b类,φx=0.32对于y轴:截面属于b类,φy=0.32截面为闭合截面或格构式不符合《钢结构设计规范》GB50017-2003所列出的分类形式,因此取均匀弯曲受弯构件整体稳定验算φb=1.00。根据《钢结构设计规范》GB50017-2003的公式5.2.6-1,其中My的平面外稳定作用根据规范5.2.3条忽略。整体稳定应力σ=440.70Mpa,应力比=2.05。超出了容许应力,不安全。对于分肢及缀条的强度、稳定性的验算本文从简。从上面的计算分析可以看出,对于长细比比较大的桁架柱,忽视整体稳定计算是不安全的,在对整体稳定分析缺少计算条件的情况下,可以将规范中关于格构柱的理论作为设计参考。