1、對(duì)門式剛架規(guī)程中柱計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)值的質(zhì)疑2011年02月23日16:02作者：左權(quán)勝160次閱讀0次被頂共有評(píng)論0條可能大家也都遇到過(guò)這樣的情況，但認(rèn)為那是自己不懂的學(xué)問(wèn)，于是就讓它沉淀下去， 時(shí)間愈久，就顯得愈發(fā)的深?yuàn)W，慢慢地，它也就偶像起來(lái)。其實(shí)，我要說(shuō)的是一些枯燥的公式，在設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)門式剛架時(shí)，某些柱的計(jì)算應(yīng)力很低， 但長(zhǎng)細(xì)比卻大大地超標(biāo)。比如下面這個(gè)例子。這是一個(gè)中跨很大(36m)，邊跨很小(6m)的鋼結(jié)構(gòu)輕型門式剛架，圖中未給出構(gòu)件的截 面，也未給出荷載，你可以按常規(guī)地?cái)?shù)值假定，也無(wú)論你用什么軟件來(lái)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)構(gòu)件的 驗(yàn)算遵照門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS102 ：2002(以

2、下統(tǒng)一簡(jiǎn)稱規(guī)程)。從內(nèi)力結(jié)果你可以看出邊柱的軸向壓力很小，而從構(gòu)件驗(yàn)算中則有邊柱的長(zhǎng)細(xì)比非常之 大。這有些蹊蹺，而且與其截面很不相稱，當(dāng)我們懷著忐忑的心情追查原因時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)該柱 的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)異常。一路找下去，一直找到規(guī)程中關(guān)于柱在剛架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度的 計(jì)算公式，也就是卜=li /，其中u .是計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，關(guān)于計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，規(guī)程中 給出了三種方法，分別為查表法、一階分析法和二階分析法。查表法所能涵蓋的范圍非常有限，比如僅針對(duì)單跨門式剛架；僅適用于屋面坡度不大于1：5的情況；多跨剛架僅考慮中間柱為搖擺柱等等，讓人用起來(lái)沒(méi)有信心。而對(duì)于二階分析，恐怕目前還多在某些論文里徜徉。于是我們只能滿懷希

3、望地來(lái)看一階分析法給出的公式，對(duì)于規(guī)程中的公式6.1.3-7a和公式6.1.3-7b所適用的范圍也同樣有限，于是聚光燈照在這最后的舞者# 我 ，（公式6.1.3-8a）（公式 6.1.3-8b）（公式 6.1.3-8b）p踏分別針對(duì)柱腳鉸接和剛接兩種情況。其中一 11 -是歐拉臨界力，1為柱頂在水平荷載下的側(cè)移剛度，-是各柱豎向荷載與柱高之比求和，這幾個(gè)值不值得深入探究， P.為所求柱的豎向荷載，需要質(zhì)疑的是當(dāng)該柱的豎向荷載很小，極端情況為。時(shí)，按上述公式得到的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)自然是無(wú)窮大。那么公式中的豎向荷載”在具體設(shè)計(jì)中究竟應(yīng)該取什么值呢？文獻(xiàn)1 中說(shuō)“STS認(rèn)為 將規(guī)程規(guī)定P.為第i根柱所承

4、受的豎向荷載處理成第i根柱在各種工況組合下所承受的 最大軸向壓力，但問(wèn)題是你求的某柱在某一種工況組合下的穩(wěn)定應(yīng)力，求該穩(wěn)定應(yīng)力所用 到的長(zhǎng)細(xì)比竟去用另一種工況組合的計(jì)算長(zhǎng)度。這樣是否合適？而且，縱使我們認(rèn)可了這種 做法，依然會(huì)找到最大軸向壓力接近0的柱，我們前面提到的例子就是如此。這樣看來(lái)，就有必要去追溯該公式的來(lái)歷了，規(guī)程條文說(shuō)明中指出，該公式是參照 美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)AISC鋼結(jié)構(gòu)房屋荷載和抗力系數(shù)設(shè)計(jì)規(guī)范，查閱LRFD（ 1999）的相關(guān)章節(jié)， 我們作如下的梳理。涉及受壓構(gòu)件的最重要的就是穩(wěn)定問(wèn)題，而除荷載以外的跟穩(wěn)定有關(guān)的就是長(zhǎng)細(xì)比 這個(gè)參數(shù)，計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比是要用到計(jì)算長(zhǎng)度”可以說(shuō)是基本參數(shù)中最為玄

5、妙的，與它相關(guān)的 基準(zhǔn)參照是上下均為不動(dòng)鉸的情況這時(shí)的幾何長(zhǎng)度即為計(jì)算長(zhǎng)度其他情況下的計(jì)算長(zhǎng)度， 通過(guò)幾何長(zhǎng)度乘上一個(gè)系數(shù)，該系數(shù)稱為計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，就是上面提到的u 。對(duì)于無(wú) 側(cè)移框架柱，考慮到柱上下端處梁的剛度約束，實(shí)際的計(jì)算長(zhǎng)度應(yīng)該小于幾何長(zhǎng)度，因此， u .是個(gè)小于1的數(shù)，而對(duì)于有側(cè)移的框架柱，u .值大于1，文獻(xiàn)3給出了公式得詳細(xì)推 導(dǎo)過(guò)程，而規(guī)程中所涉及的*的計(jì)算公式是屬于考慮P-D效應(yīng)的方法。所謂考慮P- D效應(yīng)是屬于二階效應(yīng)，也就是柱頂在一階分析荷載下有了水平側(cè)移D，而作用在柱頂?shù)拇?直力依然存在，那么此時(shí)必然有一個(gè)P.D的附加彎矩，公式中的側(cè)移剛度等體現(xiàn)了 P-D的 二階效應(yīng)的

6、影響，而讓我們感到茫然的公式分母中的P，在LRFD（ 1999）中有相同的表 示。k =京K（ C-C2-5）而LRFD涉及到的相關(guān)描述如下：同一樓層的附加彎矩之和：產(chǎn)乙會(huì)重新分配，受荷 小的柱將會(huì)承擔(dān)受荷大柱的站上的一部分。而文獻(xiàn)3中對(duì)該公式進(jìn)行了推導(dǎo)，而體現(xiàn)P的 f =1.2是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)放大系數(shù)P。從這里依然很難找到一些蛛絲馬跡，而實(shí)際上真正的罪魁禍?zhǔn)资峭茖?dǎo)這一系列公式的一個(gè)假定，那就是：結(jié)構(gòu)失穩(wěn)模式基于結(jié)構(gòu)同一層柱同時(shí)按 相同模式對(duì)稱或反對(duì)稱失穩(wěn)。你想，在同一層柱中，某柱幾乎沒(méi)有軸向壓力，如果想讓它 與其他柱同時(shí)屈曲，豈不就只好讓它的計(jì)算長(zhǎng)度無(wú)限地增長(zhǎng)。但是，我們的另一些專家在另 外的辦公室里卻又對(duì)柱構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比作了統(tǒng)一的非常嚴(yán)格的約束規(guī)定。所以問(wèn)題的癥結(jié)是現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的缺陷，規(guī)范是將結(jié)構(gòu)體中的構(gòu)件作為研究對(duì)象， 將它們分類為受彎構(gòu)件、軸壓構(gòu)件、壓彎構(gòu)件等等分別研究及規(guī)定它們?cè)诤奢d作用下情況， 而對(duì)于結(jié)構(gòu)作為整體的承載情況，也只能尷尬地通過(guò)彈性分析，將內(nèi)力作用在所有構(gòu)件上看 每個(gè)構(gòu)件的結(jié)果，而且結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)模式，也只能通過(guò)同層同時(shí)失穩(wěn)的假定，勉強(qiáng)地體現(xiàn)在 構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)上雖然我們?cè)诰唧w的設(shè)計(jì)活動(dòng)中悠悠然地應(yīng)用著這些巨大簡(jiǎn)化的公式