上表推导见清华大学讲义“《普钢规范》设计应用讲解”单层厂房框架单阶柱计算长度系数。关于长细比,当刚架中一根柱轴力小时,计算长度就会很大,只要轴力大的柱满足长细比的要求后,轴力小的柱不必按计算考虑长细比,按构造即可。
2、门架阻尼比0.05值得探讨
《门架规程》说明3.6.6,根据抗震规范条文8.2.2,说明,阻尼比取0.05,原抗震规范采用C来反映结构延性,钢与钢筋砼C相差不多,而现有抗震规范取消了C,钢结构延性无法反映,而钢结构本身阻尼比是比较小的,因此,使纲结构地震力比钢筋砼大,这是非常不合理,而门架又众所周知抗震是非常好的,结果抗震规范8.2.2,只笼统的提12层以下钢结构在罕遇地震下阻尼比0.05,而却只在8.2.2说明中又矛盾的提出多遇地震下单层阻尼比0.05,当然包括门架,我们认为这是很勉强,实则纲结构阻尼比都是比较小的,人为的想以放大阻尼比来解决延性是说不过去的,除非提出门架实测阻尼比0.05的依据,还是“建筑结构抗震性能设计准则”CECS1602004已经恢复延性对抗震影响,恢复了C系数,这样做才是合理的。
五、支撑
1.支撑设计的“误区”
(1)系杆代替水平支撑,系杆仅是传力杆,只形成平行体,如何能承受水平力;
(2)有了水平支持,即不需要系杆,屋盖构件可以靠蒙皮作用,这是与规程不允许利用蒙皮作用矛盾的,尤其我国多采用卷边咬合板,可以相对借移,更不能利用蒙皮作用;
(3)隅撑代替支撑,有的用隅撑来作柱的平面外支撑点,隅撑主要是梁,柱受压时,为稳定与防止弯扭,将受压的稳定力传到支撑去,而本身不是支撑,隅撑如果将柱受压翼缘的力传到墙上,如果墙折掉怎么办,因此,一定要认识隅撑作用的局限性;
(4)《门架规程》4.5.2.3“当建筑物宽度大于60m 时,内柱应适应增加柱间支撑”,换言之,60m内不需要每个柱列加柱间支撑,这是与过去做法不同的,这是参改美国做法,主要是依靠蒙皮作用,但美国屋面蒙皮作用做了很多试验,还有蒙皮规范,而《门架规程》5.1.2,,却明确一般不考虑应力蒙皮效应,必须有条件才可以考虑,而我国当前屋面板是良莠不齐,又未做过调查、试验,更没有应力蒙皮规范,因此4.5.2-3与5.1.2是互相矛盾的,尤其《门架规程》未明确有吊车时不适用此条,幸而国内尚未发现有吊车时按此条,如果有吊车的按此条,后果不堪设想。我们认为这点值得重视,建议加强水平支撑,并按照《普钢规范》当水平支撑的跨中刚度,(水平支撑的跨度为二个柱间支撑之间距离)大于有侧移刚架刚度的5倍,并验算满足了强度来确定二个柱间支撑之距离,而不是笼统定为60m,柱间支撑用钢不多,作用极大,应该宁多勿少,宁强勿弱。
美国在中国的公司,柱间支持按美国经验按水平支撑强度及刚度决定,最大不超过60m, 灾害中ABC及巴特勒无一门架倒塌。
2.中心支撑只假定拉杆起作用,压杆细长比必须小于150
这也是一直争论的问题,国外做法也不一致,有的假定拉杆起作用,压杆失稳,但考虑压杆使刚度加大20%,有的假定拉压都起作用,但压杆打折扣,根据国内试验结果还是比较合理的[6]。
1)超静定结构,拉与压是共同工作的,协调变形,不等于拉压分别工作迭加,仅压杆或拉杆单独作用不合理;
2)压杆临界力与计算值基本一致,与规范值接近;
3)假定拉,压杆轴向刚度相等是不妥的,由于初始误差,安装误差,压杆敏感性大于拉杆,所以拉杆轴力大于压杆;
4)压杆不可能很早失稳,只有拉杆进入塑性屈服后,压杆才会失稳,因为压杆达到屈曲临界荷载时压杆的变形受相应拉杆的约束,二者变形必须协调,压杆变形不能自由发展,因此不会失稳,不会出现压杆不参加工作,从唐山地震压杆细长比达200~300,虽然屈曲但也未先失稳,所以规定抗震支撑长细比≤150并无依据,当然长细比小些对延性耗能有利;
5)滞?曲线仍为滑移型,但延性是好的达到5,倒塌时延性更大;
拉条主要为了稳定翼缘平面外,因此拉条放中间,不能完全起到上下翼缘平面外稳定的作用,拉条上下放那是重屋盖做法,拉条为了平衡荷载对剪心的扭转,拉条交叉放,既浪费材料,又无必要,所以拉条下翼缘失稳,应该放在下翼缘处,而上翼缘平面外,还有屋面起作用,可以放宽到放在1/3范围内,便于施工。
2)《门架规程》附录E檩条在风吸力下的稳定有二个问题[1]
(1)E0.4面板厚度不小于0.66mm,目前普遍使用的面板,厚度均<0.66mm,因此《门架规程》计算方法基本不能用,都采用冷弯薄壁型钢规范。
(2)经过对98年《门架规程》,2002年《门架规程》,HP设计手册,澳大利亚规范,冷弯薄壁规范,檩条吸力下稳定计算,结果考虑了蒙皮作用的2002《门架规程》计算方法既繁琐,反而比未考虑蒙皮作用的冷弯薄壁型钢规范保守,这是很不合理的。
在中国的美国公司现用AISI冷弯规范计算,比欧洲规范计算比较合理,也是不考虑蒙皮作用的。
[8]介绍EC3-1-3,2006版,并与EC3-1-3 96版比较,指出了96版主要是檩条下翼缘受压长度与拉条无关,所以2006版考虑拉条后也入很大,[8]p.114表中分析,在有蒙皮作用下,由于蒙皮作用大,拉条作用小,所以2006版、96版二者应力差为127,138,相差不大,这样仍出现考虑了蒙皮作用的欧洲规范,仍比未考虑蒙皮的冷弯厚壁型钢规范保守的不合理现象,但据介绍欧洲规范来源于试验,考虑了缺陷及扭转稳定,而我国冷弯薄壁型钢则未考虑扭转稳定,从理论上讲是偏于不安全的,但由于实际上蒙皮作用仍会某种程度上存在,所以实际上也不能说我国大量采用冷弯薄壁型钢规范就是不安全的,这个问题还希望规程能提供合理的计算方法。
[8].114表7-11-1介绍,当不考虑蒙皮时,2006版与96版出入较大,应力是390与140之差,所以目前檩条也可接EC3-1-32006版无蒙皮作用Ct=O,但考虑拉条,也是一种计算檩条的办法。
参考文献
[1]丁芸孙,刘罗静.钢结构设计的误区与释义(百问百答)第一、二册。人民交通出版社
[2]普钢厂房结构设计.中华钢结构论坛精华集(1).人民交通出版社
[3]轻钢结构设计.中华钢结构论坛精华集(2).人民交通出版社
[4]康继开,?国隽,钱若军.大跨结构抗风研究现状及展望.空间结构,2009.01
[5]蔡益燕.对门式刚架轻钢房屋抗震设计的几点建议.中国建筑钢结构,2008增刊
[6]喻纯诚,王福田,耿树江,泰志坚.交叉钢支撑抗震设计方法
[7]童根树等,框架中有摇摆柱时框架柱稳定系数.钢结构,2009增刊
[8]陈友泉,魏潮文,门式刚架轻型房屋钢结构设计与施工疑难问题释义.中国建筑工业出版社