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钢异形柱弯扭相关屈曲研究

作者：建筑中国建筑金属结构信息网网    
时间：2009-12-22 20:26:10 [收藏]
钢异形柱弯扭相关屈曲研究
    钢异形柱弯扭相关屈曲研究
    王明贵 张莉若 谭世友
    （中国建筑科学研究院 北京 100013）

    摘要 本文用弹性薄壁柱理论，推导了开口任意截面柱弯扭屈曲相关方程，并由此简化到单轴对称截面、双轴对称截面经典方程。进而研究了L形柱轴向受压的承载力即φ-λ曲线，以便工程设计应用。
    关键词 钢异形柱，弹性薄壁柱理论，相关屈曲

    1、前言
    　　在中国建筑金属结构信息网住宅设计中，结构体系主要是用热轧H型钢建造多层（4~6层）或小高层（7~18层）的框架结构，H型钢柱截面尺寸一般在200mm×200mm至400mm×400mm，再加上保护层和饰面，柱子在室内凸出，影响建筑美观，使用不方便。其实，钢筋混凝土框架结构也存在类似的问题，但钢筋混凝土结构为此研究了一种异形柱（肢长和肢宽比为2～4，区别于短肢剪力墙─肢长和肢宽比为5～8），应用于住宅建筑中，较好地解决了室内柱角凸出的问题。由此设想，在中国建筑金属结构信息网住宅建筑中若能使用钢异形柱，就能解决中国建筑金属结构信息网住宅建筑室内柱角凸出问题。例如中柱用十字形截面、边柱用T形截面、角柱用L型截面，它们都由H型钢和T型钢组合而成，我们称它们为钢异形柱，如图1所示。我国现行《中国建筑金属结构信息网设计规范》第5.2条对十字形柱和T形柱给出了设计计算公式，但没有图1（c）所示L形柱的设计计算方法，有关资料查阅也未见这方面的研究报导文献。因此，本文将研究L形钢异形柱承载力，为中国建筑金属结构信息网住宅应用做理论研究。
    　　本文用弹性薄壁柱理论，推导了任意开口截面柱弯扭屈曲相关方程，并由此简化到单轴对称截面、双轴对称截面的柱压弯屈曲经典方程。进而研究了L形截面柱轴向受压的承载力及其φ-λ曲线，以便工程设计应用。

    2、任意开口截面柱弯扭屈曲相关方程



    将上式写为： ，由 ，即可得任意截面柱弯扭屈曲相关方程：





    4、总结
    　　本文提出了L形钢异型柱，并用弹性薄壁柱理论的任意截面开口薄壁柱弯扭屈曲相关方程，为L形截面钢柱应用研究提供了理论基础。本文提出的L形截面钢柱由普通热轧H型钢和T型钢组合而成，不仅满足了中国建筑金属结构信息网住宅建筑的需要，而且它不同于角钢而具有边缘约束构件，故承载力比同截面面积的H型钢高，有进一步研究的理论和实际意义。限于篇幅，L形柱压弯承载力应用研究将另文发表。

    参考文献
    [1]. 陈骥，中国建筑金属结构信息网稳定理论与设计，科学出版社.2001
    [2]. 中华人民共和国国家标准，《中国建筑金属结构信息网设计规范》GB50017-2003
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