探析门式刚架轻型房屋钢结构稳定问题

1、探析门式刚架轻型房屋钢结构稳定问题摘要：本文通过系统的有限元分析，对门式刚架 轻型房屋钢结构的稳定问题进行了探讨，有一定的参考价 值。关键词：轻型门式刚架结构；变截面柱；计算长度系数1单跨门式刚架变截面柱计算长度系数门式刚架变截面柱的稳定问题实质上属于刚架的整体 稳定问题，应由刚架的整体稳定分析来解决整体稳定分析 时使用可承受拉、压、弯作用的单轴梁单元beam3,采用分 段等截面法，将变截面梁、柱分段离散成若干等截面梁单元. 钢材为q235,屈服强度为fy=235 n/mm2,弹性模量为 e=2. 06105n/mm2,设材料的应力-应变关系为理想弹塑性模 型.根据刚架的弹性稳定分析，得到刚架

2、整体失稳时变截面 柱的轴力per,根据轴心受压构件的屈曲荷载转化为欧拉荷 载的通式：可以得到计算长度系数u：作者分析了变截面柱小头与大头截面惯性矩之比 ico/icl在0.0260.73范围内变化，屋面坡度均为0. 1的 19棉典型门式刚架，并与文献1中的取值结果进行对比1 本文仅选取ico/icl分别为0. 1和0. 175的比较结果，分别如图2和图3所示.需要说明的是：考虑实 际工程中较接柱脚构造均有一定转动约束，因此对数值计算 结果均乘以0. 85的系数.由图2和图3可以看出，当门式刚架梁柱线刚度比k2/kl>0. 2时，文献1与数值分析计算结果基本吻合；当k2/k10. 2的情况

3、下的取值.2带摇摆柱刚架变截面柱计算长度系数带摇摆柱的多跨刚架，摇摆柱两端钱接，不提供任何侧 向刚度，但中间柱的轴向力却有促使刚架失稳的作用，因此 边柱的计算长度系数应乘以一个放大系数n .带摇摆柱的多跨刚架边柱的计算长度系数l1的计算方 法同第1节，放大系数n可由下式表示：式中：l1为带摇摆柱的多跨刚架边柱的计算长度系数； l0为相同条件下不带摇摆柱的单跨刚架柱的计算长度系数.本文仅选取ico/ic 1为0.4时两跨、三跨、四跨带摇摆柱的典型刚架在满跨均布荷载作用下的比较结果，当 k2/kd0. 2时，柱计算长度放大系数公式略偏于安全，可以 不作修正；但当0.1120时，公式计算结果与公式(

4、6)偏差 逐渐加大，而且当hw/tw>217时，公式计算的腹板有效宽度 系数出现负值，这显然与实际情况不符究其原因，现行规 程第6. 1. 1条第3款和第4款对工字形截面构件腹板有效宽 度计算做出了规定，其中系数kr及kp均参考了欧洲规 范ec3的公式的w, kr及kp,并考虑到门式刚架构件以承受 弯矩为主，压力相对较小，适当放宽了腹板全部有效的范围. 但是，现行规程公式在采用分段函数具体表达形式上与欧洲 规范ec3的公式不同：现行规程公式采用简单的分段直线形 式近似模拟欧洲规范ec3公式相对复杂的曲线形式，当 kpw2.4时，近似程度较高，但当kp>2. 4时，偏差逐渐加大, 需

5、要修正.因此建议：当hw/tww135 (q235)和hw/tww110(q345)(对应的kpw2.4 )时仍然采用文献1的公式 (6. 1. l-2a6. 1. l-2c)；当kp>2. 4时，应对公式作出修正, 参考公式(6)作出如下修正：式中参数意义详见文献1.建议公式与数值分析及计 算结果对比见图8,可以看出，建议公式计算结果比较理想 且偏于安全.4结论对带摇摆柱门式刚架，当梁柱线刚度比0. 1217时，公 式计算的腹板有效宽度系数出现负值，与实际情况不符.当 kp>2. 4时，应对腹板有效宽度系数公式作出修正，修正公式 见式(7)和式(8).中风吸力作用下的计算公式在计算稳 定承载力降低系数v时，未考虑拉条的侧向支承作用，结果 比较保守本文提出了新的標条在风荷载作用下稳定性公式(9),应用更简便、更经济，可用于实际工程设计中.参考文献:1 cecs 102： 2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规 程s.北京：中国计划出版社，2002.