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,中国建筑金属结构信息网延性无法反映,而中国建筑金属结构信息网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层以下中国建筑金属结构信息网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.中国建筑金属结构信息网设计的误区与释义(百问百答)第一、二册。人民交通出版社
[2]普钢厂房结构设计.中华中国建筑金属结构信息网论坛精华集(1).人民交通出版社
[3]轻中国建筑金属结构信息网设计.中华中国建筑金属结构信息网论坛精华集(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.中国建筑中国建筑金属结构信息网,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.中国建筑金属结构信息网,2009增刊
[8]陈友泉,魏潮文,门式刚架轻型房屋中国建筑金属结构信息网设计与施工疑难问题释义.中国建筑工业出版社