有侧移框架柱计算长度系数的计算

・５２・　第３６卷第３１期　２　０　１　０年１　１月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖｏ１．３６　Ｎｏ．３ｌ　Ｎｏｖ．　２０ｌ０　

・结构・抗震・　

文章编号：１００９・６８２５（２０１０）３１—００５２－０３　

钢框架柱间支撑侧移刚度简化计算及程序设计　

武　江　张略秋黄长华　

摘要：针对ＧＢ　５００１７—２００３钢结构设计规范相关规定，给出了柱脚铰接时各种常见支撑形式的侧移刚度的简化计算方　

法，同时使用ＳＡＰ２０００建立多组模型对计算结果进行验证，结果表明简化计算方法的结果与ＳＡＰ２０００计算结果吻合，可　以用于工程设计。　

关键词：钢结构，支撑，侧移刚度　

中图分类号：ＴＵ３７５．４　文献标识码：Ａ　

火力发电厂钢结构厂房常采用框排架结构体系，即横向为钢　

接框架，所有梁与柱钢接，纵向为铰接排架，横梁与柱铰接。若当　柱脚也设为铰接时，纵向则完全依靠支撑来抵抗水平力，支撑的　

形式，布置方式，侧移刚度大小决定着结构整体的抗侧刚度，而且　

影响框架柱的稳定承载力。如何求取支撑的抗侧刚度，验证支撑　

的抗侧刚度是否满足强支撑的要求，并合理的设置支撑形式及截　

面，本文将给出简化计算方法及程序编制原理以供设计人员参考。　

１　支撑的侧移刚度要求　

按ＧＢ　５００１７—２００３钢结构设计规范（以下简称《钢规》）第５．３．３　

条第２款，支撑结构的侧移刚度（产生单位倾角的水平力）Ｓ满足　

式（１）：　

Ｓ≥３（１．２　一　Ｎ。　）　（１）　

若满足则为强支撑框架，柱的失稳模式为无侧移失稳，若不　能满足，则为弱支撑框架，柱的稳定承载力介于无侧移与有侧移　

之间，轴压稳定系数需按《钢规》（５．３．３－２）式计算。　

图１主厂房结构示意图　

如图１所示，主厂房的纵向柱列，所有框架梁与柱铰接，柱脚　

也为铰接，支撑布置在厂房纵向１／３的位置。两道支撑分别支撑　

相邻８根柱，对于柱底部为铰接，横梁也为铰接的情况，若不考虑　

支撑刚度，此列柱为机动体系，柱子有侧移稳定承载力　．Ｎｏ。＝０，　

刁云云，等：影响钢框架柱计算长度系数的因素

・综述・

影响钢框架柱计算长度系数的因素

刁云云刘坚黄襄云（广州大学广州５１０４０５）

摘要计算长度系数法避免了对结构做整体屈曲分析，因此得到广泛应用。钢框架柱的计算长度系数与多因素有关，体现在初始几何缺陷、荷载条件、节点连接刚度、支撑刚度、层间相互作用和二阶效应等方面。国内外的许多学者已经推导了一些框架柱的计算长度系数公式，但一般是在一定的假设条件下推导出来的，没有充分考虑影响框架柱的计算长度系数因素。通过综述这些因素的影响，为今后提出更精确的计算长度系数方法提供参考。关键词框架柱计算长度系数因素

ＦＡＣＴＯＲＳ　ＡＦＦＥＣＴＩＮＧ　ＥＦＦＥＣＴＩＶＥ　ＬＥＮＧＴＨ　ＣＯＥＦＦＩＣＩＥＮＴ　ＯＦ　ＳＴＥＥＬ　ＦＲＡＭＥ　ＣＯＬＵＭＮＳ

Ｄｉａｏ　Ｙｕｎｙｕｎ Ｌｉｕ　Ｊｉａｎ Ｈｕａｎｇ　Ｘｉａｎｇｙｕｎ（Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０４０５）

ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｌｅｎｇｔｈ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｖｏｉｄｓ　ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ　ｂｕｃｋｌｉｎｇ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｆｏｒ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，　ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，　Ｉｔ　ｉｓ　ｕｓｅｄｗｉｄｅｌｙ．　Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｌｅｎｇｔｈ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｏｆ　ａ　ｓｔｅｅｌ　ｆｒａｍｅ　ｃｏｌｕｍｎ　ｉｓ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｔｏ　ｍａｎｙ　ｆａｃｔｏｒｓ，　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｇｅｏｍｅｔｒｉｃｉｍｐｅｒｆｅｃｔｉｏｎ，　ｌｏａｄｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，　ｎｏｄｅ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ　ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ，　ｂｒａｃｉｎｇ　ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ，　ｉｎｔｅｒｓｔｏｒｙ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｅｃｏｎｄ－ｏｒｄｅｒｅｆｆｅｃｔ．　Ｓｏｍｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｌｅｎｇｔｈ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｆｏｒｍｕｌａｓ　ｆｏｒ　ｓｔｅｅｌ　ｆｒａｍｅ　ｃｏｌｕｍｎｓ　ａｒｅ　ｄｅｄｕｃｅｄ　ｂｙ　ｍａｎｙ　ｓｃｈｏｌａｒｓ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ　ａｎｄａｂｒｏａｄ，　ｂｕｔ　ｔｈｅｙ　ａｒｅ　ｕｓｕａｌｌｙ　ｄｅｄｕｃｅｄ　ｕｎｄｅｒ　ｓｏｍｅ　ａｓｓｕｍｐｔｉｏｎｓ，　ｗｉｔｈｏｕｔ　ｔｈｅ　ｆｕｌｌ　ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆａｃｔｏｒｓ　ａｆｆｅｃｔｉｎｇｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｌｅｎｇｔｈ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｏｆ　ｓｔｅｅｌ　ｆｒａｍｅ　ｃｏｌｕｍｎｓ．　＂Ｔｈｅｓｅ　ｆａｃｔｏｒｓ　ａｒｅ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ｔｈｅｙ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ａ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｅｘｐｌｏｒｉｎｇｍｏｒｅ　ｅｘａｃｔ　ｍｅｔｈｏｄ　ｃｏｍｐａｃｔｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｌｅｎｇｔｈ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ．ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ ｆｒａｍｅ　ｃｏｌｕｍｎｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｌｅｎｇｔｈ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｆａｃｔｏｒ

９丘１　４　

半刚性钢框架柱计算长度系数计算方法的比较　

杨娟张志国陈吉娜　

（河北石家庄铁道学院土木工程分院）　

Ｉ摘要】本文介绍了现有的三种半刚性钢框架柱计算长度系数的计算方法：一般屈曲方程法；横梁刚度修　

正法；转角位移方程法。并分析、比较了此三种方法，得出结论：屈曲方程法计算复杂，一般不采用；　

另外两种方法相对计算简单，并且可以借助已有的结论及规范，因此采用较多。　

【关键词】半刚性连接有侧移钢框架无侧移钢框架柱计算长度系数　

１引言　

传统的钢框架分析和设计中，为简化分析和　

设计过程，一般假定梁柱连接是完全刚性或完全　

铰接。但试验结果已证明：实际的钢框架连接方　

式往往介于两者之问，既不是完全刚性连接，又　

不是完全铰接连接，而是呈半刚性连接方式。因　

此，在确定框架柱的计算长度时应考虑半刚性连　

杨娟，河北石家庄铁道学院土木工程分院　

地址：石家庄铁道学院研究生公寓西区５２０舍，０５００４３　

Ｅｍａｉｌ：ｙａｎ￣ｕａｎ８３１１０２＠１６３．ｃｏｒｎ　接的影响。　

对于半刚性钢框架柱的计算长度的取值，现　

有以下三种计算方法：半刚性连接框架柱的一般　

屈曲方程法；半刚性连接的横梁刚度修正法；半　

刚性连接转角位移方程法。本文将分别介绍三种　

计算方法，并对此三种计算方法进行对比。　

２半刚性连接钢框架梁的单元刚度矩阵　

节点半刚接时的梁单元模型可以用图１表示，　

设尺　和尺ｋＢ分别为图１所示横梁两端的弹簧割线　

转动刚度，０ｋ４、ＯｋＢ分别为节点Ａ，Ｂ的梁柱相对　

转角，ＯｋＡ＝＾　Ｂ／尺　，　Ｂ＝ＭＢ　／ＲｋＢ，Ａ表示Ａ，　

一　一　＿一　一　一　一　一　＿一一＿一＿一　一一＿一＾一一＿＾一　斜拉结构因其跨越能力强等优点而被应用于　④在消除斜拉索垂度时，索张力对结构的固有　

许多大跨结构中，但也因结构轻柔、振动频率密集　频率的影响不大，实际中其影响可以忽略；　

等特点，在计算其风振和地震响应时应计及高阶振　⑤综合各参数对结构固有频率的影响，结构参　

结构设计指导书

第一部分 结构计算

一、框架结构体系及其布置

1.1、框架结构组成

框架结构是由梁、柱、节点及基础组成的结构形式，横梁和立柱通过节点连为一体，形成承重结构，将荷载传至基础。

1.2、框架结构种类

根据施工方法的不同，分为整体式、装配式和装配整体式三种。本次设计采用整体式框架结构。

1.3、框架结构布置

横向承重框架、纵向承重框架、纵横双向承重框架。

1.4变形缝的设置

1、沉降缝

设置沉降缝是为了避免地基不均匀沉降在房屋构件中引起裂缝。房屋扩建时，新建部分与原有建筑结合处也可设置沉降缝分开。沉降缝将建筑物从基础至屋顶全部分开，各部分能够自由沉降。

2、伸缩缝

设置伸缩缝是为了避免温度应力和混凝土收缩应力而使房屋产生裂缝。伸缩缝仅将上部结构从基础顶面断开，基础不断开。

3、防震缝

当房屋平面复杂、立面高差悬殊、各部分质量和刚度截然不同时，应设置防震缝。 对有抗震设防要求的房屋，其沉降缝和伸缩缝均应符合防震缝要求，并尽可能三缝合并设置。

1.5、结构布置应注意的几个原则

1、满足使用要求、尽可能的与建筑设计的划分一致。

2、柱网的布置应规则整齐且每个楼层的柱网尺寸应相同，构件类型应尽可能的少。

3、变形缝的设置应满足有关的规范要求。

4、满足施工简便、经济合理的要求。二、框架梁、柱截面尺寸

2.1梁、柱截面形状采用矩形、T型、圆形等截面形式。

2.2梁、柱截面尺寸：以矩形截面选择为例。

1、梁截面尺寸

一般取：h=(1/8～1/12)l，b=(1/2～1/3)h。

2、柱截面尺寸

柱截面高度可取：h＝(1/15～1/20)H，柱截面宽度可取：b=(1～2/3)h。

并按下述方法进行初步验算。

① 框架柱承受竖向荷载为主时，可先按负荷面积估算出柱轴力，再按轴心受压柱验算。考虑到弯矩影响，适当将柱轴力乘以1.2～1.4的放大系数。

②

对有抗震设防的框架结构，需要限制柱的轴压比。

 ——为柱的轴压比限值，与抗震等级有关。③ 框架柱截面高度不宜小于400mm，宽度不宜小于350mm。为避免发生剪切破坏，柱净高与截面长边之比宜大于4。