某钢板格构式梁柱结构承载力分析

1某钢板格构式梁柱结构承载力分析摘要：某玻璃幕墙支承钢结构采用钢板格构式梁柱体系，该类结构存在显著的平面外稳定承载力弱的特点，且在国内少有应用。讨论现行GB50017-2003《钢结构设计规范》中相关公式对于本工程格构式构件的适用性。对结构进行数值模拟，得到结构的动力特性、屈曲极限荷载等，为该类结构的研究及设计提供参考。某项目采光顶幕墙采用钢板格构式梁柱体系作为其支承结构，该结构支承于混凝土主体结构上。该钢结构平面投影尺寸为长20m、宽12.45m，高8.47m，顶面距室外地面18.17m。该结构由13榀主受力结构三维模型如图1所示，单榀主受力刚架如图2所示，各构件截2图1幕墙支承钢结构三维模型本文的钢板格构式柱如图3所示。钢板格构式柱均为压弯构件，这种构件只有横缀条，没有斜缀条，应该按照缀板柱来计算稳定。根据GB50017-2003《钢结构设计规范》第8.4.1条，缀板柱中同一截面处缀板的线刚度之和不得小于柱较大分肢线刚度的6倍[1]。取缀板间距为1.2m处的截面进行验算。图2主受力刚架示意表1构件截面尺寸mm3构件截面类别尺寸主梁钢板格构式360×45(宽度×厚度)钢柱钢板格构式360×45(宽度×厚度)钢次梁钢板格构式360×30(宽度×厚度)连系梁圆钢管?65.5×5.5箱形梁箱形800×600×22×22箱形柱箱形400×600×16×16图3钢板格构式构件示意缀板的线刚度(c=270mm):ib<>i1，显然，本文的格构式柱不满足GB50017-2003中关于缀板式格构柱的构造要求。4GB50017-2003中关于缀板柱换算长细比的计算公式5.1.3-1为针对传统的两侧有缀板的格构柱推算得来，而本文的钢板格构式构件截面仅GB50017-2003第5.2.3条规定，格构式压弯构件弯矩作用平面外的整体稳定性可不计算，但应计算分肢的稳定性[1]。GB50017-2003涵盖的构件截面类型有L形、工字形、箱形、管形等，没有此类板式构件稳定性计算的相关内容。本文的钢梁开长度近1m的孔，开孔长度远超常规开孔长度最大为1.5倍梁高的做法，开长孔会对构件产生较大的削弱，构件、整体结构的综上所述，本工程所用梁柱体系，均不适用于GB50017-2003的分本文采用数值分析方法，对该结构的主受力刚架进行自振特性分析、静力求解、特征值屈曲分析、非线性屈曲分析，得到主受力刚架的振动模态、屈曲模态、极限承载力，为该类结构的研究和设计提供参2有限元模型2.1有限元几何模型的建立本文采用有限元分析软件ANSYS12.0对主受力刚架进行数值模拟。各构件钢材材质均为Q235B，强度设计值为200MPa，假定材料为理想弹5塑性双线性随动强化模型，采用vonMises屈服准则和随动强化准则，弹性模量E=206GPa，泊松比μ=0.3。采用壳单元Shell181模拟主受力刚架。约束柱脚的X、Y、Z向位移；约束连系梁位置处柱肢的侧向位移即Z向位移。采用APDL参数化语言编写命令流文件，主受力刚架定义截面并划分单元网格后的ANSYS模图4主受力刚架有限元模型2.2荷载取值1)恒载。本工程结构为玻璃幕墙支承结构，承受的恒载包括构件自重和玻璃幕墙的重量。结构自重通过定义重力加速度施加。玻璃幕墙的2)活荷载。不上人屋面活荷载为0.5kN/m2。3)风荷载。基本风压0.3kN/m2。由于本工程结构为玻璃幕墙支