问题讨论6:柱的计算长度问题
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浅议门式刚架中梁柱平面外计算长度的取值摘要:门式刚架的破坏和倒塌在很多情况下是由受压最大翼缘的屈曲引起的,对门式刚架梁和柱平面计算长度取值就不容忽视了。
在工程界一般认为加隅撑的檩条可以作为门式刚架斜梁的侧向支撑。
其实这种做法只能应用在特定的条件中。
而钢架柱平面外取通长系杆间距作为其平面计算长度很多时候又不太经济。
既然有墙梁和墙板,我们为何不利用墙梁和墙板建立一个平面外几何不变体系,以墙梁和内翼缘隅撑来减小柱平面外的计算长度,这种设计节约了相当量的钢材。
关键词:钢架计算长度支撑在门式刚架设计中,平面外计算长度通常以支撑点作为取值依据。
这句话大家是看法是一致的。
但是支撑点如何定义,如何取值,那就仁者见仁智者见智了。
下面分别讨论门式刚架结构中梁和柱平面外计算长度如何正确取值。
一、讨论钢梁平面外计算长度如何取值,门式刚架的破坏和倒塌在很多情况下是由受压最大翼缘的屈曲引起的,可见钢梁平面外计算长度正确取值直接影响结构的安全问题。
目前在工程设计上对钢梁平面外计算长度取值大致有两中做法。
第一做法是钢梁平面外计算长度取隅撑的间距,第二做法是钢梁平面外计算长度取屋面水平支撑与钢梁交点的间距。
钢梁平面外计算长度取隅撑的间距的做法很多时候是偏于不安全的。
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)6.1.6条第三款:当实腹式钢梁的下翼缘受压时,必须在受压翼缘侧面布置隅撑作为斜梁的侧向支撑,隅撑的另一端连接在檩条上。
此处提出隅撑可作为钢梁平面外侧向支撑点。
我们再看《钢结构设计规范》(GB50017-2003)4.2.1条可知侧向支撑点必须能阻止钢梁受压翼缘的侧向位移。
综合这两本规范和规程可知:隅撑可作为钢梁平面外侧向支撑点的前提条件是隅撑必须能阻止钢梁受压翼缘的侧向位移。
目前很多钢结构施工单位在隅撑制作时考虑施工过程中误差,特意将隅撑角钢两端的螺栓孔制成长圆孔,而设计单位设计时隅撑角钢与钢梁和檩条连接一般都是采用M12的普通螺栓连接的。
粱、柱、板截面取值原则一、柱按照《混凝土结构设计规范》GB50010-2002。
柱的最小边的尺寸为300mm,但工程中一般框架柱截面高、宽均不小于400mm。
二、粱 1、框架粱(1)、粱宽一般取250mm、300mm、350mm(2)、粱高取跨度的1/10-1/13次粱(1)、宽度为200mm、250mm(2)、粱高为1/10-1/14悬挑梁一般取为悬臂长的1/4~1/6常用的梁高有:250、300、…、750、800、900、1000。
常用的梁宽有:120、150、180、200、220、250、300、以50的模数递增。
现浇结构中,一般主梁至少应比次梁高出50mm,如主梁下部钢筋为双层配置,或附加横向钢筋采用吊筋时,应高出100mm 。
经济夸度:板:1.7-2.7m,主梁:5-8m,次梁:4-6m。
粱截面尺寸取值原则序号构件种类简支多跨连续悬臂说明1 次梁~现浇整体肋形梁2 主梁~现浇整体肋形梁3 独立梁4 框架梁~现浇整体式框架梁5 框架梁~装配整体式或装配式框架梁6 框架扁梁~现浇整体式钢筋混凝土框架扁梁7 框架扁梁~预应力混凝土框架扁梁三、板在一般荷载下,板厚度取板跨的1/36-1/45左右,但不小于100mm(个别房间也不应小于80mm)。
板的最小高跨比板的支承形式板的类型单向板双向板悬臂板无梁楼板简支 1/35 1/45 1/35 (有柱冒)连续 1/40 1/50 1/12 1/30 (无柱冒)注:板厚 / 板短边方向的计算跨度框架梁、柱截面尺寸及材料 [来自《混凝土结构》P437]一、梁的截面尺寸(1)、梁截面高度主梁取:1/8---1/14 次梁取:1/8---1/12 [来自《混凝土结构》P266]现浇式~装配式~(为梁的计算跨度,当梁上较大荷载设备时,还可以加大,但不宜大于净跨的1/4)(2)、梁截面高度~且宜≥200mm二、柱的截面尺寸理论一:柱截面尺寸的确定方法,一般是根据柱的轴向压力设计值估算,建议式中: A—柱的截面面积;—混凝土轴心抗压强度设计值N—柱轴压力设计值,可按该柱负荷面积大小,根据竖向荷载的经验数据估算;根据设计经验,民用建筑多层框架结构的竖向荷载标准值(恒+活)平均为14kN/m²左右。
第一章钢结构框架柱的计算长度8.3.1等截面柱,在框架平面内的计算长度应等于该层柱的高度乘以计算长度系数μ0框架应分为无支撑框架和有支撑框架。
当采用二阶弹性分析方法计算内力且在每层柱顶附加考虑假想水平力时,框架柱的计算长度系数可取LO或其他认可的值。
当采用一阶弹性分析方法计算内力时,框架柱的计算长度系数μ应按下列规定确定:1无支撑框架:D框架柱的计算长度系数IJ应按本标准附录E表E.0.2有侧移框架柱的计算长度系数确定,也可按下列简化公式计算:・5K 】K2+4(K+K2)+L52 (1)7.5K1K2+K1+K2«,,「口式中:Ki、K2一分别为相交于柱上端、柱下端的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值,(、K2的修正应按本标准附录E表E.0.2注确定。
2)设有摇摆柱时,摇摆柱自身的计算长度系数应取i.o,框架柱的计算长度系数应乘以放大系数n,n应按下式计算:—h]X(NI/阳) ∕∩O1Q∖LJl+∑(Nf∕R)(8.3.1-2)式中:∑(Nf∕hf)——本层各框架柱轴心压力设计值与柱子高度比值之和;∑(Nι/hi)——本层各摇摆柱轴心压力设计值与柱子高度比值之和。
3)当有侧移框架同层各柱的N/1不相同时,柱计算长度系数宜按式(831-3)计算;当框架附有摇摆柱时,框架柱的计算长度系数宜按式(8.3.1-5)确定;当根据式(8.3.1-3)或式(8.3.1-5)计算而得的μ"J∖于1.0时,应取μl=L-=√FWN El∙=π2EI i∕h^_小后—L2Σ(N,√叫)+Σ(N/G内―√M ---------- κ---------(8.3.1-3)(8. 3.1-4)(8. 3.1-5)式中:N i ——第i 根柱轴心压力设计值(N);N ∈i —第i 根柱的欧拉临界力(N);hi —第i 根柱高度(mm);K ——框架层侧移刚度,即产生层间单位侧移所需的力(N/mm);Ni i ——第j 根摇摆柱轴心压力设计值(N);h j ——第j 根摇摆柱的高度(mm)。
钢结构框架柱计算长度系数说明很多用户对于STS框架柱的计算长度系数计算都存有疑问,尤其是在框架柱存在跃层柱的时候,有的时候会觉得得软件得出的计算长度系数偏大,或者不准确。
下面我通过一个用户的模型,来详细的讲解一下计算长度系数的问题。
1 跃层柱计算长度系数显示的问题首先我们需要了解一下软件对于跃层柱计算长度系数显示结果的问题用户模型如下:选取其中一根柱子,看一下软件(satwe)对于计算长度系数输出:绕构件X轴的计算长度系数两层分别是 2.55和2.92 ,因为分了标准层,所以输出了两个计算长度系数,但如果我么手算的话,肯定是按照一个柱子来求计算长度系数,那么现在软件输出的计算长度系数,和我们手算的到底有什么区别呢?我们可以利用二维门式钢架计算验证一下,抽取这个立面,形成PK文件,二维门刚计算的计算长度系数如下:二维门刚是按照一整根柱子求出了一个计算长度系数1.36计算长度系数主要涉及到构件长细比的计算,截面是确定的,那我们来看计算长度:Satwe计算结果:下段柱计算长度=2.55*4.8米(层高)=12.24米上段柱计算长度=2.92*4.2米(层高)=12.264米二维门刚计算结果:1.36*(4.8+4.2)=12.24米结论:从上面的计算可以得知,satwe对于跃层柱的计算长度系数,是按照一整根柱来得到的,但是输出的时候是分层输出的,所以对于求得的计算长度系数按照层高做了处理,但是结果是一样的,这个我么在后面可以手算验证。
2 如何核对计算长度系数Satwe对于构件的的计算长度系数的计算是按照《钢规》附录D来计算的,很多用户对软件的计算长度系数存在疑问,但是通过我们的核对,绝大多数的情况,软件还是严格按照规范来计算的,但是对于一些连接情况特别复杂的情况,规范也没有特别说明的的情况,软件也会出现一定的问题,那么我们该怎样核对构件的计算长度系数呢?第一个方法,就是我们上面用到的,抽一榀,用我们的二维门刚来验证。
变电站建筑柱的计算长度系数施毅(温州电力设计有限公司,温州 325000)摘要:混凝土柱的计算长度系数在结构设计中占有非常重要的地位。
本文拟结合规范、PKPM计算程序,通过全户内变电站的工程实例对计算结果进行对比,提出变电工程建筑物中混凝土柱的计算长度系数的取值。
关键词:变电站;变电站建筑;计算长度系数Effective Length factor Of Columns in Substation’s architectureShiYi(Wenzhou Electric Power Design Co.LTD,WenZhou 325000)Abstract:Length factor of concrete columns plays a very important role in structural design. In this essay the author utilize the design codes, PKPM calculation program, study and compare the calculated results for engineering case of indoor substation , finally propose concrete column length factor for substation engineering building. Keywords: substation;substation’s architecture;effective length factor0 引言计算长度l0是指“将具有端部约束的杆件拟作承载力相同而长度不同的两端铰支杆看待”。
以两端铰支杆为例,杆件的长度向这个目标来换算,换算的条件是承载力相同,换算的结果就是计算长度。
而计算长度系数就是指换算长度与杆件实际长度的比值。
目前国家规范采用η-l0法进行框架柱的设计。
问题讨论3多层框架结构底层柱的计算高度问题多层框架结构底层柱的计算高度指的是,在作结构分析时框架结构计算简图中底层柱的计算高度,它与柱的计算长度l 0不是一个概念。
柱的计算长度l 0在《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2002)中,对轴心受压构件指的是稳定计算的长度,对偏心受压构件指的是近似考虑二阶效应时的等效标准柱长度;在《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)中,指的是稳定计算的长度。
应该指出,影响结构内力分析结果的是框架结构计算简图中柱的计算高度,但柱计算长度l 0的任何改变均不影响结构内力分析的结果,它只影响最后的柱配筋计算结果。
多层框架结构柱的计算高度,对于除去底层以外的上面几层从力学概念来说本来是很清楚的,它应该是上下两层梁的形心轴之间的距离。
但是,梁的截面高度经常高低不等,按此规则确定柱的计算高度会使计算简图变得相当复杂。
为了简化,在计算简图习惯上取上下层楼面之间的距离作为计算高度。
除去底层柱以外,这样简化的结果误差不大。
底层柱计算高度的历史变迁:在上个世纪50年代,我国实行“一边倒”政策期间,在建筑结构行业基本上是以前苏联的规范规定为蓝本进行设计。
那时规范中并不存在对多层房屋底层柱计算高度的规定。
在全国范围内,当时的工业厂房主要是单层厂房,正规的多层工业厂房框架结构主要用于电子系统的厂房,当时基本上由我院设计。
向我们提供关键设计经验的主要是前苏联列宁格勒的设计院(第六或第五设计院,现在记不太准),他们的习惯做法是底层柱的计算高度为底层层高加1m。
主要有两方面的考虑:一是在多层厂房中底层混凝土地坪从侧向对混凝土柱有较强的约束,再加上土层对基础的约束,由于这种约束,可以近似认为到达一定深度就能将柱看成已是固定端;二是多层工业厂房与单层工业厂房不同,当时单层工业厂房的柱顶多为铰接,柱的高度是实际高度,多层工业厂房的框架结构是刚性节点,底层柱的计算高度应该是楼层层高扣除梁高的一半。
建筑施工技术构造柱工程量计算
首先,柱的数量是根据建筑设计图纸中的要求确定的。
在图纸中,每个柱子都会标注上相应的编号和尺寸信息。
根据这些信息,我们可以计算出柱子的总数量。
柱子的尺寸是根据设计要求来确定的。
设计图纸中会标注出柱子的高度、宽度和深度等尺寸信息。
有了这些尺寸信息,我们可以计算出柱子的体积。
柱子的体积计算公式为:体积=高度×宽度×深度
一旦柱子的体积计算完成,我们就可以确定所需的材料量。
通常情况下,柱子的材料是混凝土。
根据混凝土的密度和体积,我们可以计算出所需的混凝土重量。
柱子的混凝土重量计算公式为:重量=体积×密度
在计算柱子的材料量时,还需要考虑到一些其他的因素。
例如,柱子的底座和顶部可能需要加入钢筋来增加其强度。
钢筋的数量和长度需要根据设计要求来确定。
此外,柱子的施工过程中还需要考虑到模板的使用,模板的材料、数量和成本也需要计算进去。
在计算柱子的工程量时,还需要考虑到施工过程中的一些特殊情况,例如柱子的加固、加宽或者需要进行修复等。
这些因素都会对柱子的工程量计算产生一定的影响。
总之,柱工程量的计算是建筑施工技术中的一项重要任务,它确保了建筑结构的稳定性和安全性。
柱子的数量、尺寸和材料的使用都需要根据设计要求来确定。
在计算柱子的工程量时,还需要考虑到一些特殊情况,
例如柱子的加固、加宽或者需要进行修复等。
通过准确计算柱子的工程量,我们可以保证建筑施工过程的顺利进行。
1、SATWE 生成数据提示WINSAT-P 错误。
答:模型中存在弧梁,且弧网格与直网格共用两端节点。
此时需要在弧梁上加节点,否则弧梁围成的房间荷载会丢失,导致错误。
2、PMCAD 楼梯各杆件都用斜杆建模,是否可以,计算后对楼梯周边杆件内力及配筋与按梁建有何区别?答:可以按照斜杆来输入梯板,梯梁等各部分。
由于其刚度与梁一致,所以对内力无影响。
但配筋时斜杆考虑拉弯和压弯,梁的配筋初始只给出拉弯。
这里主要考虑楼梯对结构整体的影响,楼梯自身的配筋可不参考整体计算结果,而另外单独计算。
3、www.51设计.com,QQ长期代做。
3、SATWE 结果文件WZQ.OUT 中给出的各层剪力Static Fx 是底部剪力法计算的吗?答:不是底部剪力法。
可不参考。
4、砌体结构,建模后无法生成楼板。
答:因为房间由圈梁围成,砌体中圈梁围成的房间不能生成楼板。
需要由砌体墙或洞口或混凝土梁围成的房间可以生成楼板。
5、基础CAD 桩承台有否考虑冲切验算,计算书中哪里查看?答:通过“自动生成”或“承台布置”的桩承台基础有考虑桩对承台的冲切及剪切计算,如不满足要求,程序自动加厚承台。
具体在点击“单个验算”弹出的计算书中查看。
6、对悬臂独立柱,程序如何取柱子的计算长度系数?答:对独立柱,按一层组装建模,程序按照计算长度系数为1.0 处理;按多个标准层层分段来组装建模独立柱,计算长度系数等于独立柱总高除以该层层高。
可根据实际情况人工修改构件计算长度系数。
7、.转换层刚度不满足规范要求,用加斜撑的方法可行吗?答:可以。
8、在PMCAD 中层间编辑,插入标准层后,经过SATWE 进行结构内力与配筋计算时出错?答:只提取建模数据文件“工程名.JWS”文件,放入新建文件夹中,重新定义SATWE 参数计算即可。
9、JCCAD 里的墙下条形基础,C15 毛石混凝土基础是不是选择毛石、片石基础?答:是。
10、在PMCAD 输入的吊车荷载,为什么在“平面荷载显示校核”里无法显示呢?答:吊车荷载是移动荷载,通过轨道和吊车梁传递给结构的最不利作用力,这些作用力加载到支撑吊车梁的柱上,在平面荷载校核里不会给出每个柱子的荷载显示。
关于钢结构稳定设计中计算长度的讨论关于钢结构稳定设计中计算长度的讨论⽬前,钢结构因其优良的性能被⼴泛应⽤于⼤跨度结构、⾼层建筑、重型⼚房、⾼耸建筑物和桥梁结构等。
结构设计⾸先要保证安全性,对于⼀般的结构构件,强度计算是基本要求,但是对钢结构构件⽽⾔,其构件材料强度⾼,截⾯⼩,稳定计算往往是⼯程设计中的控制因素。
【1】:钢结构,陈绍蕃失稳和屈曲的概念Bazant[14]、Farshad[15]、Huseyin[16]等引述和讨论了稳定和屈曲的定义,他们从不同的⾓度和范围描述了失稳现象,并指出屈曲是众多失稳现象中的⼀个模式,屈曲是发⽣在结构中的⼀种失稳。
⽂献[14]-[18]讨论了结构产⽣屈曲的原因,可以定义结构的屈曲为处于⾼位能的结构由平衡临界状态随着能量的释放向处于低位能的结构平衡临界状态转移的过程,发⽣平衡转移的那个瞬间状态,就是临界状态。
这也是⽬前⽐较⼴泛被接受的解释[19]。
具体地讲有三种:1)、从能量的⾓度来说,结构失稳就是储存在结构中的应变能形式发⽣转换。
2)、从⼒学要素的性质⽅⾯来说,失稳是结构中承载的主要⼒学要素的性质发⽣了变化。
3)、从变形⾓度来说,失稳在实际上也可以被认为是⼀种从弹性变形到⼏何变形的变形转移。
钢结构构件以轴压、压弯构件居多,如上所述,其核⼼问题是稳定问题。
就单个钢结构构件⽽⾔,影响稳定的主要因素有残余应⼒的分布、初始缺陷、截⾯形状、⼏何尺⼨、材料强度和构件的长度等。
【2】张志刚。
⽽近年来,采⽤新技术设计和建造的⼤型复杂空间钢结构形式(如⽹壳结构、拱、弦⽀穹顶结构等)越来越多,通常这类结构整体上或某些较⼤区域内承受很⼤的压⼒作⽤,也即某些构件承受很⼤轴向压⼒,使得这类结构容易引发整体失稳或某区域内的局部失稳现象。
⼤型复杂结构的这⼀⼒学特征显著不同于传统的⼩跨度或⼩规模简单结构,因⽽,在设计这类结构时,除按常规设计规范验算结构构件的强度及稳定性,结构的刚度外,设计者还要验算结构的整体稳定性。
柱的计算长度
在建筑设计中,柱的长度是一个重要的问题,它决定了建筑物的稳定程度和完整性,以及结构的复杂性。
为了准确地计算柱的长度,必须准确地了解柱的结构。
柱的结构分为柱座和竖柱两部分。
柱座主要用于支撑,而竖柱则用于承担力学负荷,连接柱座和柱头。
柱座和竖柱中每种组成元素的尺寸和数量都必须精准地确定,以保证结构的安全性和可靠性。
在计算柱的长度时,首先必须考虑柱座和竖柱的尺寸。
柱座和竖柱都有存在尺寸规范,如尺寸等级、柱口高度、柱口宽度、柱口深度、柱口颈等。
这些尺寸都要准确地确定,才能得出正确的数据,否则就可能导致错误的计算结果。
此外,还要考虑柱心的位置,因为柱心的位置决定了柱体的合理性和可靠性。
在计算柱长度时,柱心的位置必须与地质条件相符,这样才能确保柱体的安全性和可靠性。
最后,要计算柱的实际长度,还要考虑柱的位置。
柱的位置可以分为垂直位置和水平位置,垂直位置是指柱子在立方体中的位置,水平位置是指柱子在地面上的位置,这两种位置的长度都必须考虑在内。
综上所述,要计算柱的长度,必须考虑柱座和竖柱的尺寸、柱心的位置以及柱的位置等问题,并准确地确定它们,这样才能得出正确的柱长度。
此外,必须考虑柱所处的环境因素,如气候、温度、湿度等,以及地质条件,否则就可能影响柱的长度。
在建筑中,准确计算柱的长度非常重要,这是建筑结构的稳定性
和安全性的一个重要保障。
建筑师和施工人员在计算建筑结构时,必须慎重考虑柱的尺寸、柱心的位置以及柱的位置等问题,以确保柱长度的正确性。
问题讨论6柱的计算长度问题柱的计算长度问题,需要分两个方面讨论。
一是钢筋混凝土结构柱的计算长度,二是钢结构柱的计算长度。
1.钢筋混凝土结构柱的计算长度1.1.单层排架结构柱的计算长度1.1.1.无吊车房屋柱这种情况相对简单,计算长度按照《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2002)表7.3.11—1直接取用即可。
但应注意,在SATWE程序中的隐含值是以多高层框架的规定为准,与单层房屋的规定不同。
应用时应根据实际要求对柱计算长度系数进行修改。
1.1.2.有桥式吊车的房屋柱1.1.2.1.考虑吊车作用计算计算长度应按照《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2002)表7.3.11—1取用。
使用SATWE程序时,应根据有吊车的要求对柱计算长度系数进行修改。
1.1.2.2.不考虑吊车作用计算在有桥式吊车的房屋中,吊车在房屋中的位置并不固定。
因此,内力计算应该包括没有吊车作用时的计算。
在一般程序的内力分析中,有吊车作用时的内力可以完全涵盖无吊车作用时的内力。
但是,无吊车时柱的计算长度一般要大于有吊车时的计算长度。
如果吊车吨位不大,柱配筋很可能是无吊车时起控制作用。
不考虑吊车作用时,柱计算长度系数的修改原则:在SATWE程序中,柱的计算长度实际上隐含的是现浇楼盖多层框架柱的计算规则:底层柱 1.0H,其余各层柱 1.25H。
在吊车梁处如果主跨方向有横梁联系,则该方向的计算长度就是隐含值,否则应按越层柱考虑确定柱的计算长度。
越层柱计算长度的计算规则见第1.3节。
需注意,对于单跨的无吊车房屋柱,规范规定的计算长度是1.5H,不要误认为是1.25H。
1.1.2.3.有桥式吊车的房屋柱使用SATWE程序时的解决方案:宜分两次计算。
先考虑有吊车的作用,注意应按有吊车的要求对柱计算长度系数进行修改后计算。
再考虑无吊车的作用,注意应按无吊车的要求对柱计算长度系数进行修改后计算。
两次计算中,以配筋大者作为设计的依据。
1.2.多层框架柱的计算长度1.2.1.多层框架柱的计算长度应按照《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2002)表7.3.11—2取用。
1.2.2.《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2002)中7.3.11条第二项中规定,“当水平荷载产生的弯矩设计值占总弯矩设计值的75%以上时”,框架柱的计算长度另有计算公式。
规范的条文说明对此已有解释,按照框架结构二阶效应规律的分析,此时直接采用表7.3.11—2中的计算长度是偏于不安全的。
因此,采用SATWE程序计算时,可在设计信息中选取“混凝土柱的计算长度系数计算执行混凝土规范7.3.11—3条”选项,这样做偏于安全。
当然,如果在非地震区,风荷载产生的柱弯矩不大时,没有必要用此选项。
在框架剪力墙结构中,即使在地震区,由于剪力墙的作用使框架的侧向位移相对较小,此时框架柱的二阶效应介于有侧移和无侧移的二阶效应之间,采用有侧移的参数确定框架柱的计算长度已经偏于安全,没有必要再加大计算长度,因此也可不用此选项。
1.2.3.对于多层框架中的越层柱,其计算长度系数应该修正,计算长度的计算规则见1.3。
1.3.越层柱计算长度的计算规则1.3.1.越层柱的计算长度,应该是越层柱的总高与规范规定的计算长度系数的乘积。
在人工计算时,这是一个很容易解决的问题。
1.3.2.在SATWE中,如果越层柱跨越了三层,实际上该柱已被沿高度方向分成了三段,每段柱的高度隐含为各层的层高。
此时,程序中隐含柱的计算长度为该段柱隐含的层高与计算长度系数的乘积。
举例来说,某柱跨越三层,层高H i依次为3.8m、4m、5.5m ,柱的总高H = 3.8 + 4 + 5.5 = 13.3 m 。
当规范规定的计算长度系数为1.25时,该越层柱的计算长度应为1.25×13.3 = 16.625 m 。
如果在程序中不修改计算长度系数,则对于越层柱的各段,程序隐含的计算长度分别为4.75m、 5m、6.875m 。
显然不合要求,而且偏于不安全。
1.3.3.解决方案:将规范规定的计算长度系数乘以总高与本段柱隐含层高的比值,得出应修改的计算长度系数。
1.3.4.仍以上例为准,各段的修改计算长度系数及对应的柱计算长度如下:段高(m) 各段的修改计算长度系数对应的柱计算长度(m)3.8 1.25×13.3/3.8 =4.375 4.375×3.8 = 16.6254 1.25×13.3/4 = 4.15625 4.15625×4 = 16.6255.5 1.25×13.3/5.5 = 3.0227 3.0227×5.5 = 16.625可以看出,对于同一根柱的三个不同段高3.8m、4m、5.5m ,在输入三个不同的修改后的计算长度系数4.375 、4.15625 、3.0227之后,程序计算后将得到同一个柱的计算长度值16.625m 。
按照这里给出的解决方案可以得到设计人员要求的结果。
1.3.5.分段柱修正计算长度系数的几个应注意之处:A1A2A3 A4 A5□━━━━━□━━━━━□━━━━━□━━━━━□B1┃┃┃┃┃┃┃┃┣━━━━━╋━━━━━┫┃┃┃┃┃┃┃┃┃□━━━━━□━━━━━□□□B2┃┃┃越层柱┃┃┃┃┃┣━━━━━╋━━━━━┫┃┃┃┃┃┃┃┃┃□━━━━━□━━━━━□━━━━━□━━━━━□B3┃悬挑梁上面的计算简图中,“A4、B2”柱为越层柱,在越层柱范围内,“A4、B3”柱上每层A4方向均有一悬挑梁。
对于越层柱“A4、B2”,横向、竖向均应按越层柱修正计算长度系数;对于“A4、B1”柱,竖向应按越层柱修正计算长度系数,横向可不修正;对于“A5、B2”柱,横向应按越层柱修正计算长度系数,竖向可不修正;对于“A4、B3”柱,SATWE 程序认为不是越层柱,这是一个判断错误,实际上,此处的悬挑梁对“考虑结构侧移和构件挠曲引起的附加内力”不起作用,因此,仍然是竖向应按越层柱修正计算长度系数,横向可不修正;对于“A5、B1”柱和“A5、B3”柱,均可不按越层柱修正计算长度系数。
2. 钢结构柱的计算长度2.1. 桁架类构件的计算长度此处构件计算长度的确定方法,规范规定得比较清楚,容易理解也不容易产生歧义,不是本文讨论的范围。
相关的内容可直接查看《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)第5.3.1~5.3.2条。
2.2. 单层厂房阶形柱的计算长度《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)第5.3.4条作了规定。
需要注意的是,表5.3.4关于单层厂房阶形柱计算长度折减系数的规定,考虑了阶形柱主要承受吊车荷载的因素。
当吊车荷载集中在一个柱上时,其它柱的竖向荷载就较小,荷载大的柱要丧失稳定,必然受到荷载小的柱的支承作用,从而可以比按独立柱求得的计算长度小一些。
对于不承受吊车荷载的单层厂房柱,使用折减系数时应该慎重对待,建议折减系数值比规范规定的值取得更大一些,例如增大0.1 。
2.3. 单、多层框架柱的计算长度2.3.1. 《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)中对计算长度系数μ值的规定2.3.1.1. 无支撑纯框架(内力分析未考虑二阶弹性分析方法)中,框架柱的计算长度系数μ按附录D 表D —2有侧移框架柱的计算长度系数确定。
导算μ值的公式为0cos )(6sin 3621221=⋅++⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-μπμπμπμπK K K K 相关的参数说明见附录D 。
2.3.1.2. 有支撑框架中的强支撑框架(规范中提的弱支撑框架很难遇到)中,框架柱的计算长度系数μ按附录D 表D —1无侧移框架柱的计算长度系数确定。
导算μ值的公式为μπμπμπμπμπcos 4)(2sin 4)(22122121212⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⋅⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛K K K K K K K K 0821=+K K2.3.2. 导算μ值公式的基本假定2.3.2.1. 材料是线弹性的;2.3.2.2. 框架只承受作用在节点上的竖向荷载;2.3.2.3. 框架中的所有柱子是同时丧失稳定的,即各柱同时达到其临界荷载;2.3.2.4. 当柱子开始失稳时,相交于同一节点的横梁对柱子提供的约束弯矩,按柱子的线刚度之比分配给柱子;2.3.2.5. 在无侧移失稳时,横梁两端的转角大小相等方向相反;在有侧移失稳时,横梁两端的转角不但大小相等而且方向亦相同。
2.3.3. 无侧移失稳与有侧移失稳的计算简图示意图1 无侧移失稳的计算简图 图2 有侧移失稳的计算简图2.3.4. 《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)中对计算长度系数相关的补充规定2.3.4.1. 附有摇摆柱(两端铰接柱)的无支撑纯框架柱和弱支撑框架柱的计算长度系数应乘以增大系数η: ()()∑∑+=f f H N H N 111η (5.3.6)2.3.4.2. 当与计算柱同层的其他柱或与计算柱连续的上下层柱的稳定承载力有潜力时,可利用这些柱的支持作用,对计算柱的计算长度系数进行折减,提供支持作用的柱的计算长度系数则应相应增大。
2.3.5. 钢结构框架柱计算长度相关问题的一些思考2.3.5.1. 规范中对钢结构框架柱计算长度与钢筋混凝土框架柱计算长度的规定,实际上都是基于对结构的二阶效应分析。
因为对整体结构作二阶效应分析难度较大,规范是在局部范围内对单个构件作出的近似规定。
但两类规范采用的近似表达方式互不相同,因此在工程设计中反映出的矛盾也不同。
2.3.5.2. 在《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)中,对多层框架的失稳形式简化成第2.3.3条中的图1与图2。
同时对第2.3.1条两个公式中的K 1与K 2又定义为是“横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值” 。
从μ值的推导过程中可以看出,在力学模型上对应于在图1与图2中保持本层柱的线刚度不变的条件下,按照上、下柱与本层柱的线刚度的一定比例降低横梁的线刚度的一个修正的计算简图。
当上、下柱的线刚度(特别是下柱的线刚度)明显大于本层柱的线刚度时,从力学原理上来说,应该可以减少该柱的计算长度系数。
但从第2.3.1条中的两个公式来看,反而需要增加柱的计算长度系数,这是明显的不合理。
2.3.5.3. 论证上述不合理的一个例子图 3 图 4这是在一个实际工程中遇到的例子。
为了更容易明确讨论的焦点,计算简图中的细节不予表达。
图3是原已设计完成并满足规范要求的计算简图,其中各柱的截面均相同;图4是在原图各处截面不改变的基础上,仅在底层局部增加一个平台的计算简图。
为了便于讨论问题,简图中标了几个杆件号。
在图3的计算简图中,所有柱的长细比均满足规范要求,但在图4的计算简图中,却出现了①号柱计算长度超标、②号柱计算长度仍合格的不合理状况。