2013結構工程師考試高層建筑結構方案設計2


一、桁架式柱
鋼管桁架作為梁結構的使用是我們所熟悉的,空間體系常用的有倒三角型,即三根鋼管作為弦桿,以及有四根鋼管的矩形或者梯形的結構形式。鋼管桁架作為柱結構來使用也越來越普遍了,實際上它也是一種格構式柱,弦桿就是柱的分肢,腹桿就是柱的綴材。在具體設計過程中,也就是在利用分析設計軟件進行計算時,通常意義上的格構柱,在計算模型中我們往往作為一個整體構件,而對桁架式柱,則所有的弦桿腹桿作為模型中的獨立的單元,因為現在的計算機的容量處理它們早就不再是問題了。
為什么會這樣做呢?因為有些結構工程師這樣覺得計算會更加精確,每個小構件,軟件都給出了它們的應力值。但是有個問題值得討論一下,我們知道,對受壓構件,在設計中要進行強度計算和穩定計算,對強度計算沒什么問題,對穩定呢?軟件給出的一般是所謂的單桿穩定,弦桿的計算長度系數一般默認取為節間距離,|考試大|而單桿穩定應力也是基于這個計算長度的,對應單桿穩定,還有一個名詞叫整體穩定分析,一般的結構分析軟件是不包含這個內容的(當然,如果你有這方面的意識,是完全可以找到計算它的途徑)。也就是說,我們有可能忽視了一項計算內容,那會有什么后果呢?下面我們通過一個具體的工程實例進行分析。
二、工程實例
有某籃球場,長39m,寬44.4m,單跨22.2m共兩跨,柱距7.8m,屋面排水坡度按圓弧的坡度內排水,最高處為11.5m,最低處為 8.348m。屋面采用單層彩鋼板,四周墻面敞開。恒載為0.25KN/ m2,活載為0.50 KN/ m2,基本風壓為0.35 KN/ m2。屋面梁采用焊接H形鋼梁;中柱采用焊接H形鋼柱;邊柱采用四弦桿桁架柱;中柱與鋼梁剛接連接,邊柱與鋼梁鉸接連接。
桁架截面參數:四根弦桿采用Φ140x4.0圓管,弦桿中心距均為0.8m;腹桿均為Φ60x3.0圓管;材質均為Q235B。柱高為11.7m。用“3D3S”結構設計軟件計算得柱的最大應力比,強度:0.10,穩定:0.12。
為了進一步說明問題,我們對此工程的桁架柱的參數作一些修改。
材料:Q235級鋼
桁架高0.4m,寬0.4m;豎腹桿(水平綴條)間距為0.6m
截面規格:弦桿(分肢)Φ140x6.0,腹桿(綴條)均為Φ60x3.0
對X軸的計算長度:30m
對Y軸的計算長度:30m
假定軸向力:-658.24KN(壓)
彎矩Mx:118.56KN?m
在“3D3S”設計軟件中建立三維建模計算此桁架柱,得最大應力比如下:
強度應力比:0.84
繞x軸、y軸的整體穩定性應力比:0.925
下面我們按規范中格構柱公式來計算此桁架柱。
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