桁架式柱的計算常被忽視的問題
發(fā)布時間：2010-01-14 共1頁
通過工程實例的計算結果，揭示桁架式柱在設計中容易被忽視的問題以及帶來的后果，進一步說明結構工程師對設計軟件使用所應持的正確態(tài)度。
關鍵詞:桁架式柱 整體穩(wěn)定 計算軟件
一、桁架式柱
鋼管桁架作為梁結構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構形式。鋼管桁架作為柱結構來使用也越來越普遍了，實際上它也是一種格構式柱，弦桿就是柱的分肢，腹桿就是柱的綴材。在具體設計過程中，也就是在利用分析設計軟件進行計算時，通常意義上的格構柱，在計算模型中我們往往作為一個整體構件，而對桁架式柱，則所有的弦桿腹桿作為模型中的獨立的單元，因為現在的計算機的容量處理它們早就不再是問題了。
為什么會這樣做呢？因為有些結構工程師這樣覺得計算會更加精確，每個小構件，軟件都給出了它們的應力值。但是有個問題值得討論一下，我們知道，對受壓構件，在設計中要進行強度計算和穩(wěn)定計算，對強度計算沒什么問題，對穩(wěn)定呢？軟件給出的一般是所謂的單桿穩(wěn)定，弦桿的計算長度系數一般默認取為節(jié)間距離，||而單桿穩(wěn)定應力也是基于這個計算長度的，對應單桿穩(wěn)定，還有一個名詞叫整體穩(wěn)定分析，一般的結構分析軟件是不包含這個內容的（當然，如果你有這方面的意識，是完全可以找到計算它的途徑）。也就是說，我們有可能忽視了一項計算內容，那會有什么后果呢？下面我們通過一個具體的工程實例進行分析。
二、工程實例
有某籃球場，長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：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；材質均為Q235B。柱高為11.7m。用“3D3S”結構設計軟件計算得柱的最大應力比，強度：0.10，穩(wěn)定：0.12。
為了進一步說明問題，我們對此工程的桁架柱的參數作一些修改。
材料：Q235級鋼
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X軸的計算長度：30m
對Y軸的計算長度：30m
假定軸向力：-658.24KN（壓）
彎矩Mx：118.56KN·m
在“3D3S”設計軟件中建立三維建模計算此桁架柱，得最大應力比如下：
強度應力比：0.84
繞x軸、y軸的整體穩(wěn)定性應力比：0.925
下面我們按規(guī)范中格構柱公式來計算此桁架柱。
?、?強度計算：
根據《鋼結構設計規(guī)范》GB50017-2003的公式5.2.1
截面左上角、右上角應力均為σ=-9.85Mpa
截面左下角、右下角應力均為σ=-181.26Mpa
截面最大應力為σ=-181.26Mpa，強度應力比為0.84。
⑵.穩(wěn)定計算：
a.構件長細比計算
根據構件的截面形狀進行分類計算
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X軸長細比λx=145.95
與Y軸垂直的斜綴條毛截面面積為：1074.42
截面對X軸長細比λy=145.95
構件截面屬于采用綴條的四肢格構式截面
換算長細比，根據《鋼結構設計規(guī)范》GB50017-2003的公式5.2.3-5，5.1.3-6
綴條四肢格構柱，長細比λox=147.24
綴條四肢格構柱，長細比λoy=147.24
b.整體構件的穩(wěn)定性
根據《鋼結構設計規(guī)范》GB50017-2003的附錄C
對于x軸：截面屬于b類，φx=0.32
對于y軸：截面屬于b類，φy=0.32
截面為閉合截面或格構式不符合《鋼結構設計規(guī)范》GB50017-2003所列出的分類形式，因此取均勻彎曲受彎構件整體穩(wěn)定驗算φb=1.00。
根據《鋼結構設計規(guī)范》GB50017-2003的公式5.2.6-1，其中My的平面外穩(wěn)定作用根據規(guī)范5.2.3條忽略。
整體穩(wěn)定應力σ=440.70Mpa，應力比=2.05。超出了容許應力，不安全。
對于分肢及綴條的強度、穩(wěn)定性的驗算本文從簡?！ ?BR> 從上面的計算分析可以看出，對于長細比比較大的桁架柱，忽視整體穩(wěn)定計算是不安全的，在對整體穩(wěn)定分析缺少計算條件的情況下，可以將規(guī)范中關于格構柱的理論作為設計參考。
