混凝土排架上门刚柱计算长度系数的取值*

王梅亮，田 雨

（中国寰球工程公司辽宁分公司，辽宁抚顺 113006）

混凝土排架上门刚柱计算长度系数的取值*

王梅亮，田 雨

（中国寰球工程公司辽宁分公司，辽宁抚顺 113006）

在生产建设、尤其是石油化工企业建设中，常会在混凝土柱顶增加门式刚架结构。阐述在该情形下顶部刚架柱平面内计算长度系数的取值问题，在利用PKPM计算的过程中，分析、对比了不同验算规范下PKPM的计算结果，发现了其中的错误。最后利用一阶分析法的基本公式，提出了该情形下柱的计算长度系数的推算方法。

混凝土柱；门刚；抗侧移刚度；位移；计算长度系数

在钢结构设计中，柱的计算长度系数不仅影响到长细比取值，也关系到整个结构的稳定计算。对于底部混凝土、顶部为门式刚架的结构，柱计算长度系数在计算过程中该如何取值呢？本文利用PK PM软件，对抚顺某实际工程的真空过滤机厂房进行了分析，并结合《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002和《钢结构设计规范》GB5001 7-2003，提出了这类结构刚架柱的平面内计算长度系数的取值方法。

1 工程概况及计算简图

某厂房底部为混凝土排架、顶部为门式刚架，跨度18 m，柱距6 m，檐口高度24.5 m。其中，混凝土柱高20.3 m，门刚柱高4.2 m，起坡高度为0.9 m。在位于9.4 m标高处有设备平台，平台均布活荷载4 kN/m2，在位于20.3 m标高处带有32 t吊车1台。计算简图如图1。

图1 结构立面简图Fig.1 Structure elevationdiagram

2 门刚柱的计算长度系数

2.1 PKPM软件中门刚柱的计算长度系数[1-2]

PKPM在计算门刚结构时，选择不同的设计规范对门刚柱计算长度系数的影响很大。对于底部混凝土、顶部门式刚架的结构，程序按照《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002和《钢结构设计规范》GB50017-2003自动计算时，柱的平面内计算长度系数计算结果分别见图2、图3。

图2 按门规CECS 102：2002计算结果Fig.2 Resultaccording to Technical specificationof CECS 102：2002

图3 按钢规GB50017-2003计算结果Fig.3 Resultaccording to code of GB50017-2003

2.2 此类门刚柱的计算长度系数分析[1-3]

从上面计算结果可以看出，当按门规由程序自动计算时，柱平面内计算长度系数异常的大，平面内稳定计算严重超限，这样的计算结果显然是不合理的。而按钢规GB50017-2003自动计算所得的结果从表面看比较理想，下面按照GB50017-2003有侧移柱的计算长度系数的计算方法验证这个结果，计算时假定混凝土柱对上部刚架柱起到基础的作用，即K2=0。

令HN 450×200的截面惯性矩为I，则梁的线刚度 ib=I/（2×9.04），柱的线刚度 ic=I/4.2，有K1=ib/ic=4.2/（2×9.04）=0.23，查表D-2按插值法得出的结果是：

上述的计算结果与PKPM按钢规GB50017-2 003计算所得的结果基本吻合，这就证明了验证前的假定（“混凝土柱对上部刚架起到基础的作用”）与程序自动计算时的依据是相同的。然而事实的情况是，混凝土柱尤其是比较高时，其刚度与基础相比还是相对较弱的，在水平荷载作用下会产生一定的水平位移，这必将对上部门刚柱的计算长度产生一定的影响，因此程序按钢规GB50017-2003自动计算的结果也是不妥的。

3 此类门刚柱计算长度系数的计算方法探寻[1]

通过上面的计算与论证，笔者发现PKPM在计算该类结构时程序自动计算的μ存在不合理之处，那么怎样的人工干预才能得出合理的结果呢？笔者从门规CECS 102：2002一阶分析法得到启发，在柱顶以集中风荷载的形式施加水平力H，得出柱顶的水平位移u，这里的u是混凝土柱与门刚柱位移的叠加，因此得出的侧移刚度K（K=H/u）也体现了混凝土柱刚度对上部门刚柱侧移刚度的影响。PKPM中施加荷载H及计算结果如图4。

图4 水平力加载过程及位移计算结果Fig.4 The level loadandresultof displacement

假定柱顶施加的左右集中风荷载H=10 000 N，仅在该力作用下，得出的柱顶水平位移u=8.9 mm。

按一阶分析法，当柱脚铰接时有：

上式源自CECS 102：2002规程中公式6.1.3-7 a，其中：E=2.06×105N/mm；Ic=3.37×108mm4；K=H/u=10 000/8.9=1 123.6 N/mm；h=4 200 mm。将以上数据代入公式可得到μ=3.78。

笔者认为这个数据是该类型下门刚柱的合理平面内计算长度系数，将程序默认的-1.0改为该数进行计算是比较理想的。

4 结语

本文针对底部混凝土、顶部为门式刚架结构、在门刚柱脚为铰接时门刚柱平面内计算长度系数的讨论，发现了程序在自动计算时存在的问题与不足，并提出了相应的计算方法。当门刚柱脚采用刚接时，亦可以按照本文提出的方法根据门规6.1.3-7b计算公式得出柱平面内的计算长度系数。

[1]CECS 102：2002，门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[S].

[2]GB50017-2003，钢结构设计规范[S].

[3]汪一骏.钢结构设计手册（上册）[M].三版.北京：中国建筑工业出版社，2003.

Effective Length Factor Calculation of the Column of Light-weight Buildings on the Concrete Column

WANGMei-liang，TIAN Yu
（ChinaHuanqiuContracting&Engineering CORP.Liaoning Subcompany，Liaoning Fushun113006，China）

In the actual construction，especially petrochemical enterprise construction，steel structure of light-weight buildings is often designed on the top of concrete column.In this article，effective length factorcalculation of the column of light-weight buildings was discussed.In the process of using PKPM calculation，the calculation results were analyzed and contrasted according to different calculation standards，and some mistakes in the results were discovered.Finally，using the basic formula of the first-orderanalysis method，the calculation method of the effective length factorwas putforward.

Concrete column；Steel structure of light-weight；Lateral resisting stiffness；Displacement；Effective lengthfactor

TU378.3

A

1671-0460（2010）04-0426-03

2010-06-25

王梅亮（1983-），男，江苏沭阳人，助理工程师，2005年毕业于中国石油大学（华东）土木工程专业，现从事结构设计工作。E-mail：wangmlpop@163.com。