抗震要求,按長細比150控制,在7度抗震設防時,按四級框架要求,長細比不大于120√芋,在8度抗震設防時,按三級框架要求,
在實際工程設計中,由于長細比的構造要求,在建筑層高一定的情況下,基本控制了鋼柱的截面,這常常與建筑師要求非常輕盈的效果、鋼柱做小做細的要求沖突,如何正確理解規范長細比控制的要求,合理進行鋼柱設計,是值得深入探討的問題。
2單層鋼框架體系
單層鋼框架結構由鋼柱及鋼梁通過節點剛接連接形成,鋼柱截面一般為實腹式截面,通常為工型、方鋼管、圓鋼管等,鋼梁一般為工字鋼梁或箱型鋼梁。
單層剛接框架的鋼柱通常為偏心受壓柱,受力狀態比較復雜,同時承受軸向壓力、彎矩以及剪力。設計計算時,鋼柱截面應滿足強度、剛度、穩定和長細比限制等要求,截面的各組成部件還應滿足局部穩定的要求。
為滿足強度設計要求,鋼柱的最大組合應力不應超過鋼材的設計強度。對軸心受壓柱,軸心壓力在截面內引起均勻的受壓正應力不超過鋼材的強度設計值;對復雜受力狀態下的框架鋼柱,要求其最大組合應力不應超過鋼材的設計強度。
實腹柱軸心受壓時,當壓力增加到一定大小,柱會由直線平衡狀態突然向剛度較小的側向發生彎曲,有時也可能發生突然扭轉、或同時發生彎曲和扭轉;如壓力再稍增加,則彎曲、扭轉或彎扭變形隨即迅速加大,從而使柱失去承載能力的現象稱為柱整體喪失穩定,并按其失穩變形的情況分別稱為彎曲失穩、扭轉失穩或彎扭失穩。上述論述的情況,即為鋼柱設計的穩定問題。穩定常常會成為細長鋼柱設計的控制工況,即柱在強度到達極限狀態前就會喪失穩定。軸心受壓柱喪失穩定的三種情況中,最常見的是彎曲失穩。影響柱彎曲失穩臨界應力的主要因素是柱的長細比,亦即柱的計算長度與截面回轉半徑的比值。對給定的鋼材,柱愈長或愈細,即長細比愈大,則臨界應力愈小,愈易彎曲失穩。柱在兩個主軸x和y軸方向的長細比不相等時,其彎曲失穩總是順著剛度較弱、即長細比較大的方向發生。
框架鋼柱暨偏心受壓柱同時承受軸心壓力和彎矩。由于彎矩的作用,柱在彎矩作用平面內一開始就有彎曲變形,如軸心壓力和彎矩同時逐漸增大,彎曲變形也相應逐漸增大,但當荷載增加到一定大小時,即使保持荷載不變葚至逐漸減小,而變形卻會繼續迅速增大,這時柱己失去承載能力,這個現象稱為偏心受壓柱在彎矩作用平面內喪失穩定,屬彎曲失穩。如果柱的側向剛度較小且側向支承較差,當荷載增加到一定大小時,柱除在彎矩作用平面內彎曲外,在側向也可能從其原有平面突然向外彎曲,同時發生扭轉,隨即彎扭變形迅速加大,使柱失去承載能力的現象稱為框架鋼柱在彎矩作用平面外喪失穩定,屬彎扭失穩。
當實腹柱的腹板、翼緣板或其他組成部件的厚度相對較小時,可能在柱喪失整體穩定前的較小荷載下產生局部屈曲,即受壓的腹板或翼緣板偏離其原來的平面位置而發生波狀翹曲的現象稱為柱喪失局部穩定。柱的局部喪失穩定后,使柱的受力狀況惡化,有可能導致柱較早地喪失整體穩定。為使鋼柱各組成部件有足夠的局部穩定性,通常按板件的應力和支承等情況限制其寬厚比不超過一定數值。
鋼柱的長細比不應超過規范的要求,因為長細比過大會產生較多不利影響:一是在運輸和安裝過程中,可能因剛度過小而造成彎曲;二是使用期間會因自重或橫向荷載作用明顯下垂;三是長細比過大會產生過大的初彎曲,對整體穩定帶來不利的影響。
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