多跨铰接梁的立柱计算与分析（建筑钢结构技术论文） .pdf

工 程 设 计 多跨铰接梁的立茬计算与分析 罗 多 珠 海兴业幕墙工程有 限公司 珠海5 1 9 0 6 0 摘要推 导 了幕墙立柱按 多跨铰接 梁计算应满足 的条件 对计算 结果进 行分 析 并提 出该计 算方 法应 注意 的 问 题 关键词 多跨铰接 梁 支座铰 节点 杆 件铰 节点 悬挑 a calculati on and analysi s of pos t of m ulti span hi nged gi rder l u o du o z h u h a i s i n g y e s c u r t a i n w a l l e n g i n e e r i n g c o l t d z h u h a i 5 1 9 0 6 0 abstract i t is de d u c e d t h a t t h e c o nd i t i o n s o f a c u r t a i n wa l l p o s t whi c h s ho u l d me e t mul t i s p a n hi ng e d g i r de r c a l c ul a t i o n t h e r e s u l t of c a l c u l a t ion i s a n a l y z e d a n d s o me a t t e nt i v e qu est i o n s a b o ut t h e me t ho d of t h e c a l c u l a t i on a r e a l s o p r o p os e d key w ords mul t i s t r i d e hi ng e d g i r d e r h i n g e d n od e o f s u p po r t hi ng e d n od e o f me mb e r c a nt i l e v e r 迄 今 为止 幕墙 的研 究 已经 取得 了很 大 的进 展 专家 们 的研 究 已深 入 到 刚 柔 结 合 预 应 力 多 阶变 形 双 曲面等 方 面 但 运 用 得 最 普 遍 的还 是 框 式 幕 墙 其设 计 计 算 施 工等 都 已 经 有 了相 当 娴熟 的经 验 有 不少 可 以参 考 的工程 实例 和 文献 文献 1 中 提 到 考虑 到 活 动接 头 不 完 全 连 续 从 设 计 安 全度 考 虑 按连续 梁 进行 设计 时 实 用上 可 以采 用 的弯矩 值 为 m 1 1 2 1 1 0 q h 这 就 称 之 为 多跨 铰 接梁 玻璃 幕墙 工 程技 术规 范 l 2 6 3 6条 中提 到 应根据 立 柱 的实 际支 承条 件 分别 按单 跨 梁 双 跨 梁 或多跨 铰 接梁 计算 由风荷 载或 地 震作 用产 生 的 弯矩 并按 其支 承 条件 计算 轴 向力 单跨 梁 与双跨 梁 都 有 明确 的受力 模 型与 计算 公式 本文 通 过对 多 跨 铰 接梁 的详 细分 析 推导 出其 计算 公 式 1 多跨铰 接梁 的 计算模 型 当工 程 中的楼 层不 高 层数 又 较多 时 多 采用 多 跨 铰接 梁结 构 形 式 施 工 方 法 为 每 根 立 柱 依 次 采 用 下端 套人 铝合 金 芯柱 上 端 与 混凝 土 梁 铰 接 固 定 的方法 安装 由 下 向 上 立 柱 从 最 下 面 的 一 根 杆 件 开始 安装 它套 在 固定 于 地 面 或楼 板 等 的芯 柱 上 上端装 上 芯柱 并 与芯 柱一 起 固定 在楼 板 梁 上 然 后 层 层安装 直 到最 上一 层 将 最后 一根 立 柱 的 上 端 固定在 屋檐 板 梁 或 女 儿墙 上 此 时立 柱 由于 重 力 及风 荷载 作 用 而 成 为 拉 弯 构 件 现 按 5跨 即 多 跨 连续 且层 高相 等 的情 况分 析 如 图 1 所 示 2 顶层 立柱 的分 析计 算 一 般情 况 建 筑顶 层设 有 女儿墙 顶层 立柱 长 度 比标准 层 高 图 1中 a是 考虑 悬挑 在 女儿 墙 上 的立 柱 长度 若 女儿 墙 为砌 体砌 筑 顶部 支 点最 好设 在 顶 梁 上 而不 是设 在 混 凝 土 压 顶 上 这 样 立 柱 悬 挑 值 a 有 一定 范 围 若 女 儿墙 为混 凝 土浇 筑 顶层 立柱 连 接 件 可设 在女 儿墙 上 任意 位 置 究 竟 a应 取 何值 最合 理 呢 因 l1 a h h 为顶 层立 柱 的长 度 首 先 计算利于最顶端立柱杆件弯矩分布 的 a值 图 2为 顶 层立 柱 受力 分析 由 m 0 r1 q h 2 l1 r1 q h 一r1 g l1 一a 2 l1 支 座处 负 弯矩 为 m 1 q a 2 由跨 中弯矩 最 大处 剪力 为零 推 出 x1 r1 q l1 一口 2 l1 跨 中最 大 弯矩 为 m 1 r1 x 1一 q x 1 2 2 q 2 x l1 一a 2 l1 由于铝 合 金 的抗 拉 和抗 压 强 度 设 计值 相 同 所 以 当正 负 弯矩 相等 时 该梁 的 支座 布置 最合 理 即 作 者 罗多女1 9 7 9年 2月出生国家二级注册结构师 收稿 日期 2 0 0 5 0 2 2 0 5 8 钢 结构 2 0 0 5年 第 4期 第 2 0卷 总第 8 0期 维普资讯 罗 多 多跨铰接 粱的立柱计算 与分析 a 一计算 模型 b 图 l d 一 目 l r 一 l 4 l 王l 杖 t 上 b b c d 计算简 图 c 一弯矩 图 d一剪力 多跨 连续梁受力分析 l2 h l3 l3 h l4 l4 h l5 l5 h 且 l1 l2 l3 l4 l5 l1 m 1 m 1 a l1 一 a 2 l1 l1 2一 a 2 4 2l1 a 假 设 l a 则 l 一 n 2 l 1 l1 a h 将不 同的 h 值代入式 1 解得相应 的 l 值与 a值 见 表 1 表 1不 同顶 层 立 柱 的 长 度 最 合 理 的 ll 值 与 口值 的分 配 可 以看 出当悬 挑 a 0 2 9 3 h 时 顶 层 立 柱用 料 最省 3标 准层 多跨铰 接梁 的分 析计 算 从 上 到下分析 l 1 l 1 h h 为层 高 l 2 l2 l 3 l 4 l 5 l 为支 点 即连 接件 位 置 离 立柱 伸缩 缝之 间 的距 离 图 3为 标准 层 立柱 受 力分 析 图 2 3 4 5 一1 r 是 来 源 于上层 立 柱 的支座 反 力 图 3标 准 层 立 柱 受 力 分 析 由 m 0 推出 r r h q h 2 l r r q h r 支 座处 负 弯矩 为 m r l q l 2 跨 中弯矩最 大 处剪 力 为零 推 出 x r q 跨 中最 大弯 矩 为 m rn x 一q xn 2 2 假 定 h 3 i n l 0 1 5 0 m q 2 k n m 计 算出每跨正负弯矩列于表 2及表 3 从 表 3可 以看 出 二 跨 以 上 的 反 力及 弯矩 数 据 几乎 相 等 将 不 同 的 假 定 值 代 入 均 可 得 出 以 上 结 表 2顶层立柱反 力及 弯矩计算 s t e e l c o n s t r u c t i o n 2 0 0 5 4 vo 1 2 0 no 8 0 5 9 厂 维普资讯 跨 的编号 支座反 n 支座反 支座负弯矩 c m m 弯矩系数 a h支 的标 准跨立 柱 长 度 篙 粕篙 按 常规 的连 续 梁 公 式 进行 计 算 时 当弯 矩 系 数 取 1 1 0时 m q h 1 0 1 8 k n m 与 口为 1 1 9时 的跨 中 弯 矩 值 最 接 近 当 弯 矩 系 数 取 1 1 2 时 m q h 1 2 1 5 k n m 与 口 值 为 1 1 1 时 的跨 中弯 矩值 最接 近 下 面再计 算 不 同层 高 时 a值 分别 取 1 1 1和 1 1 9时 的跨 中弯 矩 以验 证 以上 结 论 结 果见 表 5 表 5 层 高改变时 跨 中弯矩值计算 比较 当按 规 范 要 求 以多 跨 铰 接 梁 计 算 由风 荷 载 或地 震作 用产 生 的 立 柱 弯 矩 时 此 时 的立 柱 实 际 支 承条 件 即为 当弯 矩按 m q h 1 0 计 算 时 下 层 立 柱 的支撑 角码 支 座 铰接 节 点 与 本 层 立 柱 伸 缩 缝 杆件 铰 节 点 的 距 离 l 必 须 满 足 a l h 1 1 9 当弯 矩按 m q h 1 2计 算 时 下 层 立 柱 的 支撑 角码 支 座铰 节 点 与 本 层立 柱 伸 缩 缝 杆 件 铰 节 点 的距 离 l 必须 满足 口 l h 1 1 1 4结论 6 0 钢 结构 2 0 0 5年 第 4期 第 2 0卷 总第 8 0期 维普资讯 罗 多 多跨 铰接 粱的立柱计算与分析 规 范 中 6 3 3条 上 下 立 柱 之 间 应 留有 不 小 于 1 5 mm 的 缝 隙 闭 口 型 材 可 采 用 长 度 不 小 于 2 5 0 mm的 芯柱 连接 本 条 所讲 的2 5 0 mm仅仅 指 最 小 长度 不 能完 全套 用 实 际上 应根 据不 同 的计 算模 式 和不 同 的楼层 高度 来 确定 芯 柱 的长度 如果 用简 支 梁计 算立 柱 可选 择 2 5 0 mm 的芯 柱 总 长度 芯 柱 与下 立柱 机 械 固定 只要 满 足 两 颗 连 接 立 柱 芯 柱 的 螺栓 的连 接 边 距 和 中距 即 可 一 般 取 为 1 0 0 mm 芯 柱与 上立 柱不 用机 械 方法 固定 仅仅 靠 紧 密配合 接 触传 力 芯 柱要 满 足一 定 长 度 也 就 是进 入 上 立 柱 1 5 0 mm 如果 用 多 跨 铰 接 梁 计 算 立 柱 弯矩 系 数 取 1 1 0时 芯 柱长 度 为 1 5 0 h 1 9 5 0 mm 见 图 4 图 4 立柱支座处连接节点示 意 同 理 弯 矩 系数 取 1 1 2时 芯 柱 长 度 为 1 5 0 h 1 1 5 0 mm 弯 矩 系 数 取 得 越 小 立 柱 截 面 高 度 就 可 以越 小 但 是 a值 就 越 大 芯 柱 长 度 也 增 大 因 此 不 能 盲 目地 增大 立 柱支 座 与 伸 缩 缝 的距 离 简 支 梁 悬 挑 的 长度 以求 得 最小 的立 柱 截 面 减 小立 柱截 面的 同 时也 增 加 了芯 柱 的长度 层 高 的增 加也 会增 加 芯柱 的 长度 如层 高4 i t i 按 弯 矩 系 数取 1 1 0时 的连 续 梁 计算 芯柱 长度 最 小 为 2 0 0 2 1 0 4 1 0 mm 因此 设计 计 算时 应综 合考 虑 各种 因 素 最后 提 出 两点 按多 跨 铰接梁 计 算 的弊 病 1 根 据 以上公 式 多跨 铰 接 梁 分 解 的模 型 是 带 有 悬 臂 端 的简 支梁 而 且悬 臂 端 要 承 受 来 自于 上 层 立 柱 的支 座反 力 这种 模 型在 做 幕墙 三性 试 验时 是很 难模 拟 的 所 以按 多 跨铰 接 梁 计 算 的立 柱 在 做 试 验 时 也 是 按 普 通简 支梁 安 装 这 样 在 做 幕 墙 的平 面 内变 形 试 验时 得 到 的变 形结果 一 定 比计算 时大 这 是 设计 时 应 该 注 意的 多 跨铰 接梁 的挠度 计算 应尽 量 按 简支 梁 的计 算公 式 计 算 2 通 过 以 上 分 析 可 以 看 出 弯 矩 最 大 的部 位 是 从 上往 下 数 第 二跨 也 就 是 说 如 果 通 长采 用 一种 型 号 的立柱 第 二跨 立 柱是 最 不利 的 但 它 与标 准层 的弯 矩 值 相 差 很 小 如果 在计 算 中 标 准层 的 强度 验 算 的 应 力 比 0 9 8 最 好 验 算 一 下 第 二跨 的强度 以保证 整个 幕 墙结 构 的整 体安 全性 参 考 文 献 建筑幕墙工程手册 上 北京 中国建筑工业 出版社 2 0 0 3 玻璃幕墙 工程 技术规范 上 接第 3 1页 荷载 作用 下 顶部 几 层柱 顶 弯矩 增大 柱 底 弯矩 减小 甚至 改变 方 向 梁 端 弯矩 增大 底 部几 层 柱顶 弯矩 减 小甚 至改 变方 向 柱 底 弯矩 增 大 梁 端 弯 矩 减 小 中 部 几 层梁 柱 弯矩受 影 响程 度 较小 3 当 a大 于 2时 半 刚性 连 接 对 弯矩 分 配 和 反 弯 点 的影 响均 不显 著 因此 a大 于 2时 可按 铰 接 来 考 虑 4 节 点半 刚 性增 大 了水 平 荷 载 作 用 下 框 架 结 构 的位 移 半 刚性 连接 与 刚性 连接 层 间位移 比 z 随 a近 乎成 线性 变 化 若按 刚性 连 接设 计 将 低 估 框 架 的层 间 位移 半 刚 性连 接对 位 移 的影 响不 容忽 略 5 本文 推导 的公 式 同样 适 用于 钢 管混凝 土 框剪 结 构 中 的半 刚接 框 架 柱 可供 工 程 设 计 人 员 参 考 使 用 参考 文献 1 asce ta s k co mmi t t e e o n de s ig n cr i t e r ia f or co mp o s i t e s t r u c t u r e s i n st e e l a n d co n c r e t e de s ig n gu i d e f o r pa r t i a l l y re s t r a i n