轻钢压弯构件平面外支承长度的计算
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计算长度、长细比、平面内平面外、回转半径解析计算长度:构件在其有效约束点间的几何长度乘以考虑杆端变形情况和所受荷载情况的系数而得的等效长度,用以计算构件的长细比。
计算焊缝连接强度时采用的焊缝长度。
计算长度是从压杆稳定计算中引出的概念。
计算长度等于压杆失稳时两个相邻反弯点间的距离。
计算长度=K*几何长度。
K为计算长度系数。
记住铰支座可以看成是反弯点,这样两端铰接压杆的计算长度等于两个铰支座的距离,即等于几何长度。
此时,k=1。
K可以大于1,也可小于1.1、在很多教材中规定,不同端部约束条件下轴心受压构件(柱)的计算长度系数:如两端铰接L=1.0;两端固定L=0.5;一端铰支一端固定L=0.7;悬臂L=2.0等2、钢结构规范附录D中柱的计算长度系数,需要根据K1、K2值查表第1条中所列的计算长度系数是理想条件下的;第2条是考虑上下端既不是固定也不是铰接而进行的一种修正。
此外,需要注意国内钢结构的压杆和拉杆都需要按计算长度来计算长细比,实际上拉杆没有失稳的问题,也自然不会有计算长度了,应直接取几何长度。
美国钢结构规范中规定拉杆的长细比直接按几何长度计算,概念正确!平面外与平面内实际上这是钢结构中常用的简化术语。
以钢梁和钢屋架为例,全称应该分别是弯矩作用平面内和弯矩作用平面外,即在竖向平面内失稳的计算长度称为平面内计算长度。
对于三角形钢屋架中央的竖杆还有斜平面计算长度呢,详细看一下有关的参考书吧钢结构杆件截面形心有两个轴,x、y轴,绕这两个轴就有两个回转半径。
受压杆要计算在这两个方向的压杆稳定及纵向弯曲系数,就需要这两个方的计算长度。
在主平面(一般是绕x轴)方向的叫平面内,另一个方向就叫平面外。
例如钢屋架的上弦杆,平面内的计算长度就是节点间的距离,而另方向支撑点间的距离就是平面外的计算长度。
平面内,平面外,举个简单的例子,也就是你在看pkpm的手册里面,特别是关于板这个概念用得多.1、关于板的面内面外,通常刚性板假定面内刚度无穷大,面外刚度为零,面内就是你站在地面,目光平视看到的板的方向就是面内方向,即水平方向的板的刚度,(个人认为)这个时候如果视板为一个构件,简单的认为其轴向刚度无穷大.面外方向就是水平板的垂直方向,就是你站在楼板上,你自身身体的方向,就是面外方向,这个时候视为其抗弯刚度为零(GA和EA一般是不考虑的),也即分析时不考虑.框架结构分析时,特别是在大学期间手算框架时有明显的体现的,2、还有一种是在柱子的计算中提得比较多,即所谓的弯矩作用平面内和弯矩作用平面外.对单向偏压构件,弯矩所在的平面即弯矩作用平面内,是按照压弯构件计算的,弯矩作用平面内就是取一个柱横截面,做一个垂直于柱横截面的平面,弯矩在这个平面内,这个平面就是弯矩作用平面.规范规定在弯矩作用平面外按轴压构件验算,弯矩作用平面外就是与前面所述的包含了弯矩的那个作用面相垂直的平面,当然也垂直于柱截面.(我认为在通常的平面简化计算中这个解释还是比较圆满的)回转半径回转半径是指物体微分质量假设的集中点到转动轴间的距离,它的大小等于转动惯量除总质量后再开平方。
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。
计算长度、长细比、平面内平面外、回转半径解析计算长度:构件在其有效约束点间的几何长度乘以考虑杆端变形情况和所受荷载情况的系数而得的等效长度,用以计算构件的长细比。
计算焊缝连接强度时采用的焊缝长度。
计算长度是从压杆稳定计算中引出的概念。
计算长度等于压杆失稳时两个相邻反弯点间的距离。
计算长度=K*几何长度。
K为计算长度系数。
记住铰支座可以看成是反弯点,这样两端铰接压杆的计算长度等于两个铰支座的距离,即等于几何长度。
此时,k=1。
K可以大于1,也可小于1.1、在很多教材中规定,不同端部约束条件下轴心受压构件(柱)的计算长度系数:如两端铰接L=1.0;两端固定L=0.5;一端铰支一端固定L=0.7;悬臂L=2.0等2、钢结构规范附录D中柱的计算长度系数,需要根据K1、K2值查表第1条中所列的计算长度系数是理想条件下的;第2条是考虑上下端既不是固定也不是铰接而进行的一种修正。
此外,需要注意国内钢结构的压杆和拉杆都需要按计算长度来计算长细比,实际上拉杆没有失稳的问题,也自然不会有计算长度了,应直接取几何长度。
美国钢结构规范中规定拉杆的长细比直接按几何长度计算,概念正确!平面外与平面内实际上这是钢结构中常用的简化术语。
以钢梁和钢屋架为例,全称应该分别是弯矩作用平面内和弯矩作用平面外,即在竖向平面内失稳的计算长度称为平面内计算长度。
对于三角形钢屋架中央的竖杆还有斜平面计算长度呢,详细看一下有关的参考书吧钢结构杆件截面形心有两个轴,x、y轴,绕这两个轴就有两个回转半径。
受压杆要计算在这两个方向的压杆稳定及纵向弯曲系数,就需要这两个方的计算长度。
在主平面(一般是绕x轴)方向的叫平面内,另一个方向就叫平面外。
例如钢屋架的上弦杆,平面内的计算长度就是节点间的距离,而另方向支撑点间的距离就是平面外的计算长度。
平面内,平面外,举个简单的例子,也就是你在看pkpm的手册里面,特别是关于板这个概念用得多.1、关于板的面内面外,通常刚性板假定面内刚度无穷大,面外刚度为零,面内就是你站在地面,目光平视看到的板的方向就是面内方向,即水平方向的板的刚度,(个人认为)这个时候如果视板为一个构件,简单的认为其轴向刚度无穷大.面外方向就是水平板的垂直方向,就是你站在楼板上,你自身身体的方向,就是面外方向,这个时候视为其抗弯刚度为零(GA和EA一般是不考虑的),也即分析时不考虑.框架结构分析时,特别是在大学期间手算框架时有明显的体现的,2、还有一种是在柱子的计算中提得比较多,即所谓的弯矩作用平面内和弯矩作用平面外.对单向偏压构件,弯矩所在的平面即弯矩作用平面内,是按照压弯构件计算的,弯矩作用平面内就是取一个柱横截面,做一个垂直于柱横截面的平面,弯矩在这个平面内,这个平面就是弯矩作用平面.规范规定在弯矩作用平面外按轴压构件验算,弯矩作用平面外就是与前面所述的包含了弯矩的那个作用面相垂直的平面,当然也垂直于柱截面.(我认为在通常的平面简化计算中这个解释还是比较圆满的)回转半径回转半径是指物体微分质量假设的集中点到转动轴间的距离,它的大小等于转动惯量除总质量后再开平方。
4.1.1在主平面内受弯的实腹构件(考虑腹板屈曲后强度者参见本规范第4.4.1条),其抗弯强度应按下列规定计算:`(M_x)/(γ_xW_(nx))+(M_y)/(γ_xW_(ny))≤f`(4.1.1)式中M x、M y——同一截面处绕x轴和y轴的弯矩(对工字形截面:x轴为强轴,y轴为弱轴);Wnx、Wny——对x轴和y轴的净截面模量;γx、γy——截面塑性发展系数;对工字形截面γy=1.20;对箱形截面,γX=Y y=1.05;对其他截面,可按表5.2.1采用;f——钢材的抗弯强度设计值。
当梁受压翼缘的自由外伸宽度与其厚度之比大于13`sqrt(235//f_y)`而不超过15`sqrt(235//f_y)`时,γx=1.0。
f y应取为钢材牌号所指屈服点。
对需要计算疲劳的梁,宜取γx=γy=1.0。
4.1.2在主平面内受弯的实腹构件(考虑腹板屈曲后强度者参见本规范第4.4.1条),其抗剪强度应按下式计算:`τ=(VS)/(It_w)`(4.1.2)式中V——计算截面沿腹板平面作用的剪力;S——计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩;I——毛截面惯性矩;t w——腹板厚度;fv——钢材的抗剪强度设计值。
4.1.3当梁上翼缘受有沿腹板平面作用的集中荷载、且该荷载处又未设置支承加劲肋时,腹板计算高度上边缘的局部承压强度应按下式计算:`σ_c=(varphiF)/(t_wl_z)≤f`(4.1.3-1)式中F——集中荷载,对动力荷载应考虑动力系数;ψ——集中荷载增大系数;对重级.工作制吊车梁ψ=1. 35;对其他梁,ψ=1.0;l z——集中荷载在腹板计算高度上边缘的假定分布长度,按下式计算:l2=a+5h y+2h R ( 4.1.3-2 )a——集中荷载沿梁跨度方向的支承长度,对钢轨上的轮压可取50mm;h y——自梁顶面至腹板计算高度上边缘的距离;h R——轨道的高度,对梁顶无轨道的梁h R=0;f——钢材的抗压强度设计值。
钢结构受弯构件计算4.1 梁的类型和应用钢梁在建筑结构中应用广泛,主要用于承受横向荷载。
在工业和民用建筑中,最常见的是楼盖梁、墙架梁、工作平台梁、起重机梁、檩条等。
钢梁按制作方法的不同,可分为型钢梁和组合梁两大类,如图4-1所示。
型钢梁又可分为热轧型钢梁和冷弯薄壁型钢梁。
前者常用工字钢、槽钢、H 型钢制成,如图4-1(a)、(b)、(c)所示,应用比较广泛,成本比较低廉。
其中,H 型钢截面最为合理,其翼缘内外边缘平行,与其他构件连接方便。
当荷载较小、跨度不大时可用冷弯薄壁C 型钢[图4-1(d)、(e)]或Z型钢[图4-1(f)],可以有效节约钢材,如用作屋面檩条或墙面墙梁。
受到尺寸和规格的限制,当荷载或跨度较大时,型钢梁往往不能满足承载力或刚度的要求,这时需要用组合梁。
最常见的是用三块钢板焊接而成的H 形截面组合梁[图4-1(g)],俗称焊接H 型钢,其构造简单,加工方便。
当所需翼缘板较厚时,可采用双层翼缘板组合梁[图4-1(h)]。
荷载很大而截面高度受到限制或对抗扭刚度要求较高时,可采用箱形截面梁[图4-1(i)]。
当梁要承受动力荷载时,由于对疲劳性能要求较高,需要采用高强度螺栓连接的H 形截面梁[图4-1(j)]。
混凝土适用于受压,钢材适用于受拉,钢与混凝土组合梁[图4-1(k)]可以充分发挥两种材料的优势,经济效果较明显。
图4-1 梁的截面形式(a)工字钢;(b)槽钢;(c)H 型钢;(d),(e)C型钢;(f)Z型钢;(g)H 形截面组合梁;(h)双层翼缘板组合梁;(i)箱形截面梁;(j)高强度螺栓连接的H 形截面梁;(k)钢与混凝土组合梁为了更好地发挥材料的性能,钢材可以做成截面沿梁长度方向变化的变截面梁。
常用的有楔形梁,这种梁仅改变腹板高度,而翼缘的厚度、宽度及腹板的厚度均不改变。
因其加工方便,经济性能较好,目前已经广泛用于轻型门式刚架房屋中。
简支梁可以在支座附近降低截面高度,除节约材料外,还可以节省净空,已广泛应用于大跨度起重机梁中,另外,还可以做成改变翼缘板的宽度或厚度的变截面梁。
混凝土—型钢组合柱平面外计算长度的确定【摘要】本文以梁柱屈曲理论为依据推导出在无柱间支撑情况下混凝土—型钢组合柱的上段钢柱计算长度系数,并采出通用有限元程序对结果进行了校核,希望对以后该类型结构的设计起一定的指导作用关键词:混凝土—型钢组合柱、计算长度一、问题的提出在石油化工行业中,为了架设管道常使用管架结构,因此管架是石油化工厂中最常见的构筑物。
管架一般有多层,有时为了防火或其他原因,底层管架采用钢筋混凝土结构,而上层采用钢结构,我们可以将这种管架称为混凝土—型钢组合管架,如图1所示。
对于这种结构,如何确定上层钢柱的计算长度需分如下几种情况进行分析:一、钢柱平面内的计算长度:由于混凝土梁、柱以及钢梁、钢柱均采用刚接,可根据各梁柱的线刚度比按《钢结构设计规范》(GB50017-2003)附录D-1、D-2公式来计算钢柱平面内的计算长度;二、钢柱平面外计算长度:1、底层混凝土管架顶在各柱间有纵梁相连且相隔一个或几个柱间有柱间支撑,如图2所示。
在这种情况下,可近似认为混凝土的侧移和转动能力均被限制,可作为上层钢柱的固定支座,因此上层钢柱的计算长度可近似取为0.7h1;2、底层混凝土管架顶在各柱间无纵梁相连,且各柱间无柱间支撑,如图3所示,在这种情况下,各榀管架在纵向相当一排架结构,管架底层柱对上层钢柱只提供弹性约束,不能看作是上层钢柱的固定支座,因此上层钢柱的计算长度不易确定。
如果按2h1考虑,一定偏于不安全,如果按2(h1+h2)考虑,又过于保守。
下面就针对这种情况下上层钢柱的计算长度作进一步分析。
图1 管架正立面 图2 管架侧立面(有柱间支撑及纵梁)图3 管架侧立面(无柱间支撑及纵梁) 图4 计算简图二、钢柱平面外计算长度的确定由图4可知,柱顶有轴线荷载P1,变截面处有轴线荷载P2,柱上、下段长度和刚度分别为h1 、E1 I1和h2 、E2 I2,根据压杆在屈曲下的平衡条件可得:(1)(2)式中 v——柱顶挠度;、——分别为上段和下段任意截面的挠度;——变截面处的挠度。
关于门式钢架平面外计算长度的讨论在门钢设计中,平面外计算长度通常以支撑点作为取值依据。
但在有檩条和墙梁的结构体系中,是否可以通过建立以檩条和墙梁为刚架反弯点的构造,从而使得平面外计算长度大为降低。
请各位仁者见仁,发表意见对隅撑设置的规定1) 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,而斜梁下翼缘与刚架柱的相交处受压最大。
2) 在檐口位置,刚架斜梁与柱内翼缘交接点附近的檩条和墙梁处应各设置一道隅撑。
3) 在斜梁下翼缘受压区均应设置隅撑,其间距不应大于相应受压翼缘宽度的16 倍。
4)当斜梁下翼缘不设隅撑时,应采取保证刚架稳定的可靠措施,如设置刚性撑杆或加大截面等。
5)柱的隅撑应根据具体情况设置。
当柱高较大时,要求分段进行平面外稳定性验算,此时应设几道隅撑。
平面外计算长度个人认为以隅撑设置的位置作为取值依据。
我为人人兄:窃以为不能以隅撑作为平面外计算长度取值依据,设隅撑仅保证梁下翼缘或柱内翼缘受压力作用下的稳定,不能对平面外构件受力产生约束,也不能约束平面外的位移,所以不应作为侧向支撑点而作为平面外计算长度的取值依据.具体参阅<钢规>有关规定.在门式钢框架结构中,隅撑设置的位置可作为屋面钢梁侧向支撑点,前提是:1)按规范设置屋面水平支撑、柱间支撑、屋面刚性系杆(压杆)2)屋面水平支撑、柱间支撑、屋面刚性系杆三者必须构成封闭体,以保证平面外具有相对足够大的刚度体系3)隅撑与屋面檩条间的连接必须构成三角形,即此处螺栓连接孔不能采用长圆孔4)隅撑必须满足规范中强度和稳定性要求1)按规范设置屋面水平支撑、柱间支撑、屋面刚性系杆(压杆)————压杆与水平支撑或柱间支撑共同构成平面不变体系,承受纵向水平力,作为刚架平面外的反弯点,可以视作刚架平面外铰支座,所以平面外的计算长度可以取两个压杆间距离2)屋面水平支撑、柱间支撑、屋面刚性系杆三者必须构成封闭体,以保证平面外具有相对足够大的刚度体系————这个自然,但如何量化?照此说法,还是不能降低平面外计算长度,这个刚度体系还是由屋面水平支撑、柱间支撑、屋面刚性系杆三者必须构成封闭体来保证的。
探讨门式刚架中钢梁平面外计算长度首先明确隅撑的概念。
1、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,因此门式刚架中斜梁的无支撑长度可以认为是有隅撑的檩条的间距。
规范中没有明确的规定;在门式刚架轻型房屋钢结构技术规程中有如下规定:实腹式刚架斜梁的出平面计算长度,应取侧向支撑点间的距离;当斜梁两翼缘侧向支撑点的距离不等时,应取最大受压翼缘侧向支撑点的间距。
2、PKPM计算时平面外计算长度只要有檩条就取3m,不管檩条是否刚性连接平面外计算长度取3m是因为每3米设隅撑一道,如果不是3m设隅撑,计算长度也相应改变。
3、设斜拉条是为了把檩条的力传给钢架梁,或柱,不设不行4、以前对平面外计算长度有点共识:檩条可以一定程度的减少梁的上翼缘失稳,隅撑可以减少梁的下翼缘扭转失稳,所以一般取平面外计算长度为隅撑间距。
(檩条与隅撑视作共同对梁作用)......但是现在有的设计院在设隅撑时把它设在刚架应力大的地方,比如屋脊、沿口处,而在应力较小的部位,往往间距很大才设一根,(考虑安装过程中的稳定性)甚至不设隅撑,这种方法得到了一些设计人员的认可,那么这样的设置方法下,平面外计算长度该如何选取呢?刚架计算时,我们的梁高厚比经常大于80,甚至大于170,(普钢规范中应设横向和纵向加劲肋的限值),但是我们在实际中往往没有依据这种做法,很少用加劲肋,新规范中也没有明确提出加劲肋的问题,有人提出隅撑可看作起到加劲肋的作用,不知道这重说法对不对。
(有点离题:)但是也算一种误区吧)5、对于设置系杆的问题我也有一些想法。
对于屋脊处的系杆,新规范上说“刚性系杆可由檩条兼作,此时檩条应满足对压弯构件的刚度和承载力的要求”,在从前的帖子中有人提出过理论上的计算方法,验算屋脊处两根檩条共同作用能否满足刚性系杆的要求,但是我们在设计时往往没有演算,直接加了系杆了事,现在做了一个四面砖墙围护的钢构厂房,监理提出:因为砖墙围护有可靠的整体稳定性,砼抗风柱按照悬臂结构计算,柱顶位移在限值之内,这样传到钢构上的风载被大大减小,屋脊处两根檩条受到的力也大大减小,假如开间不大的话,那么这两根檩条应该能兼作系杆。