异形格构柱稳定承载力计算

王 涛

(中国建筑西南设计研究院有限公司，四川 成都 610041)



异形格构柱稳定承载力计算

王 涛

(中国建筑西南设计研究院有限公司，四川 成都 610041)

在总结异形格构柱稳定承载力研究成果的基础上，提出了异形格构柱稳定承载力较为简便的计算方法，并将其应用于实际工程中，验证了该计算方法的正确性和可靠性，为异形柱的设计提供了参考。

异形格构柱，稳定承载力，计算方法

异形格构柱建筑造型轻巧,通透性好，被广泛应用于体育馆、会展中心、机场航站楼等公共建筑中。为了增加异形格构柱的通透性，其缀件一般为横隔板或者横向的钢梁，不布置斜向支撑，所以大大消弱了异形格构柱的抗弯刚度，目前对其承载力计算与设计国内外规范都没有涉及[1-4]。对于异形柱的分析现在大部分采用非线性有限元方法，通过力—位移曲线，得到极限承载力[5]，计算流程图如图1所示。但非线性有限元方法计算量大，对计算机要求较高，且不易被广大设计人员掌握，故通用性不强。本文总结已有研究成果，利用异形格构柱特征值屈曲分析结果，计算异形格构柱等效长细比，查阅《钢结构设计规范》的受压构件稳定系数得到异形格构柱的稳定承载力[6]，并将此方法应用于实际工程中，计算流程如图2所示。

1 异形格构柱稳定承载力实用计算方法

异形格构柱由于各分肢的相互作用受横向隔板(或者横向钢梁)影响较大，没有一个计算长细比的确定方法，这为异形格构柱的设计带来困难。文献[1]提出了利用弹性屈曲分析得到的特征值屈曲荷载，通过式(1)计算得到异形格构柱的等效长细比。

(1)

其中，λe为等效长细比；Pe为弹性屈曲荷载；E为弹性模量；A为异形格构柱各分肢截面面积之和。

参考GB 50017—2003钢结构设计规范对普通柱设计承载力计算以及文献[1]的研究成果，本文提出异形格构柱的稳定设计承载力计算方法，如式(2)所示，本公式仅在弯矩比例较小的情况下适用。

F=μφeAf

(2)

其中，μ为考虑荷载偏心以及弯矩对异形柱不利的修正系数，此系数小于1，建议取0.6～0.8；φe为等效稳定系数，根据等效长细比，GB 50017—2003钢结构设计规范附录C可得；f为材料强度设计值；A为异形格构柱各分肢截面面积之和。

本文与文献[1]区别在于，文献[1]考虑弯矩对稳定承载力影响时，首先修正长细比，物理意义明确，但是文献[1]方法需要精确求解异形柱的弯矩，在实际工程中，异形柱弯矩组成复杂，求解困难，不利于工程应用。本文通过大量算例和文献，得到了在弯矩比例较低情况下，异形柱稳定承载力的计算方法，计算方法简单。

2 工程实例

成都某大型商场观光电梯结构平面布置图以及剖面图如图3所示，此结构可以分解为3个异形柱，异形柱所在的轴线号分别为DT-A，DT-B和DT-C，电梯运行荷载施加在异形柱柱顶，运行荷载大小为70 kN。材料为Q345，梁柱截面形式均为矩管，梁截面尺寸为300×200×10×10，柱截面尺寸为300×300×14×14。

由于DT-B轴异形柱分肢间距最大，横向钢梁对分肢的约束效果最差，为受力最不利的异形柱，故取DT-B轴异性柱基于MIDAS建立宏观单元模型，如图4所示，柱脚为铰接，在楼层处主体结构对异性柱有水平方向约束，计算得弹性屈曲荷载为3 290 kN。根据式(1)可知λe=140.6；根据《钢结构设计规范》附录C，按照C类截面查询可知φe=0.229；由于三个异形柱宽度差异较大，荷载偏心引起的弯矩会较大，故μ=0.6，根据式(2)可计算得此异形柱的稳定设计承载力F=1 364 kN>70 kN，故此异形柱稳定计算满足要求。

3 结语

本文提出了异形格构柱的稳定承载力计算方法，并将此方法应用于实际工程中。此工程已经投入使用，且观光电梯运行良好，证明了此方法的正确性和可靠性。

[1] 田 伟，干 钢.考虑弯矩作用梭形格构柱稳定承载力实用算法研究[J]．建筑结构，2013,43(15)：63-67.

[2] 兰 勇，郭彦林，陈国栋.梭形钢格构柱弹性屈曲性能[J].建筑结构学报，2002，23(5):18-24．

[3] 郭彦林，陈国栋，兰 勇.三管梭形钢格构柱稳定极限承载力研究[J].建筑结构学报，2002，23(5):25-30.

[4] 兰 勇，郭彦林，刘 涛，等.三管梭形钢格构柱缩尺模型破坏性稳定试验研究[J].建筑结构学报，2002，23(5):41-48.

[5] 田 伟，向新岸，赵 阳，等.考虑弯矩作用梭形钢格构柱稳定承载力非线性有限元分析[J].建筑结构学报，2010，31(5):42-48.

[6] GB 50017—2003，钢结构设计规范[S].

Computation on load-carrying capacity of profiled latticed column

Wang Tao

(ChinaBuildingSouthwestDesignAcademyCo.,Ltd,Chengdu610041,China)

Summarizing the research results, convenient calculation method of load-carrying capacity for profiled latticed column has been proposed. The convenient calculation method has been applied to the actual project, it testifies the correctness and reliability of the computation method, and reference of design for profiled latticed column is provided.

profiled latticed column, load-carrying capacity, calculation method

1009-6825(2016)05-0060-02

2015-12-09

王 涛(1985- )，男，工程师

TU312

A