混凝土排架上門剛柱計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的取值*

王梅亮，田 雨

（中國(guó)寰球工程公司遼寧分公司，遼寧撫順 113006）

混凝土排架上門剛柱計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的取值*

王梅亮，田 雨

（中國(guó)寰球工程公司遼寧分公司，遼寧撫順 113006）

在生產(chǎn)建設(shè)、尤其是石油化工企業(yè)建設(shè)中，常會(huì)在混凝土柱頂增加門式剛架結(jié)構(gòu)。闡述在該情形下頂部剛架柱平面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的取值問題，在利用PKPM計(jì)算的過程中，分析、對(duì)比了不同驗(yàn)算規(guī)范下PKPM的計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了其中的錯(cuò)誤。最后利用一階分析法的基本公式，提出了該情形下柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的推算方法。

混凝土柱；門剛；抗側(cè)移剛度；位移；計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)

在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)不僅影響到長(zhǎng)細(xì)比取值，也關(guān)系到整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定計(jì)算。對(duì)于底部混凝土、頂部為門式剛架的結(jié)構(gòu)，柱計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)在計(jì)算過程中該如何取值呢？本文利用PK PM軟件，對(duì)撫順某實(shí)際工程的真空過濾機(jī)廠房進(jìn)行了分析，并結(jié)合《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS102：2002和《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB5001 7-2003，提出了這類結(jié)構(gòu)剛架柱的平面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的取值方法。

1 工程概況及計(jì)算簡(jiǎn)圖

某廠房底部為混凝土排架、頂部為門式剛架，跨度18 m，柱距6 m，檐口高度24.5 m。其中，混凝土柱高20.3 m，門剛柱高4.2 m，起坡高度為0.9 m。在位于9.4 m標(biāo)高處有設(shè)備平臺(tái)，平臺(tái)均布活荷載4 kN/m2，在位于20.3 m標(biāo)高處帶有32 t吊車1臺(tái)。計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖1。

圖1 結(jié)構(gòu)立面簡(jiǎn)圖Fig.1 Structure elevationdiagram

2 門剛柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)

2.1 PKPM軟件中門剛柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)[1-2]

PKPM在計(jì)算門剛結(jié)構(gòu)時(shí)，選擇不同的設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)門剛柱計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的影響很大。對(duì)于底部混凝土、頂部門式剛架的結(jié)構(gòu)，程序按照《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS102：2002和《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003自動(dòng)計(jì)算時(shí)，柱的平面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)計(jì)算結(jié)果分別見圖2、圖3。

圖2 按門規(guī)CECS 102：2002計(jì)算結(jié)果Fig.2 Resultaccording to Technical specificationof CECS 102：2002

圖3 按鋼規(guī)GB50017-2003計(jì)算結(jié)果Fig.3 Resultaccording to code of GB50017-2003

2.2 此類門剛柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)分析[1-3]

從上面計(jì)算結(jié)果可以看出，當(dāng)按門規(guī)由程序自動(dòng)計(jì)算時(shí)，柱平面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)異常的大，平面內(nèi)穩(wěn)定計(jì)算嚴(yán)重超限，這樣的計(jì)算結(jié)果顯然是不合理的。而按鋼規(guī)GB50017-2003自動(dòng)計(jì)算所得的結(jié)果從表面看比較理想，下面按照GB50017-2003有側(cè)移柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的計(jì)算方法驗(yàn)證這個(gè)結(jié)果，計(jì)算時(shí)假定混凝土柱對(duì)上部剛架柱起到基礎(chǔ)的作用，即K2=0。

令HN 450×200的截面慣性矩為I，則梁的線剛度 ib=I/（2×9.04），柱的線剛度 ic=I/4.2，有K1=ib/ic=4.2/（2×9.04）=0.23，查表D-2按插值法得出的結(jié)果是：

上述的計(jì)算結(jié)果與PKPM按鋼規(guī)GB50017-2 003計(jì)算所得的結(jié)果基本吻合，這就證明了驗(yàn)證前的假定（“混凝土柱對(duì)上部剛架起到基礎(chǔ)的作用”）與程序自動(dòng)計(jì)算時(shí)的依據(jù)是相同的。然而事實(shí)的情況是，混凝土柱尤其是比較高時(shí)，其剛度與基礎(chǔ)相比還是相對(duì)較弱的，在水平荷載作用下會(huì)產(chǎn)生一定的水平位移，這必將對(duì)上部門剛柱的計(jì)算長(zhǎng)度產(chǎn)生一定的影響，因此程序按鋼規(guī)GB50017-2003自動(dòng)計(jì)算的結(jié)果也是不妥的。

3 此類門剛柱計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的計(jì)算方法探尋[1]

通過上面的計(jì)算與論證，筆者發(fā)現(xiàn)PKPM在計(jì)算該類結(jié)構(gòu)時(shí)程序自動(dòng)計(jì)算的μ存在不合理之處，那么怎樣的人工干預(yù)才能得出合理的結(jié)果呢？筆者從門規(guī)CECS 102：2002一階分析法得到啟發(fā)，在柱頂以集中風(fēng)荷載的形式施加水平力H，得出柱頂?shù)乃轿灰苪，這里的u是混凝土柱與門剛柱位移的疊加，因此得出的側(cè)移剛度K（K=H/u）也體現(xiàn)了混凝土柱剛度對(duì)上部門剛柱側(cè)移剛度的影響。PKPM中施加荷載H及計(jì)算結(jié)果如圖4。

圖4 水平力加載過程及位移計(jì)算結(jié)果Fig.4 The level loadandresultof displacement

假定柱頂施加的左右集中風(fēng)荷載H=10 000 N，僅在該力作用下，得出的柱頂水平位移u=8.9 mm。

按一階分析法，當(dāng)柱腳鉸接時(shí)有：

上式源自CECS 102：2002規(guī)程中公式6.1.3-7 a，其中：E=2.06×105N/mm；Ic=3.37×108mm4；K=H/u=10 000/8.9=1 123.6 N/mm；h=4 200 mm。將以上數(shù)據(jù)代入公式可得到μ=3.78。

筆者認(rèn)為這個(gè)數(shù)據(jù)是該類型下門剛柱的合理平面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，將程序默認(rèn)的-1.0改為該數(shù)進(jìn)行計(jì)算是比較理想的。

4 結(jié)語

本文針對(duì)底部混凝土、頂部為門式剛架結(jié)構(gòu)、在門剛柱腳為鉸接時(shí)門剛柱平面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的討論，發(fā)現(xiàn)了程序在自動(dòng)計(jì)算時(shí)存在的問題與不足，并提出了相應(yīng)的計(jì)算方法。當(dāng)門剛柱腳采用剛接時(shí)，亦可以按照本文提出的方法根據(jù)門規(guī)6.1.3-7b計(jì)算公式得出柱平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)。

[1]CECS 102：2002，門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[2]GB50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]汪一駿.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)（上冊(cè)）[M].三版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

Effective Length Factor Calculation of the Column of Light-weight Buildings on the Concrete Column

WANGMei-liang，TIAN Yu
（ChinaHuanqiuContracting&Engineering CORP.Liaoning Subcompany，Liaoning Fushun113006，China）

In the actual construction，especially petrochemical enterprise construction，steel structure of light-weight buildings is often designed on the top of concrete column.In this article，effective length factorcalculation of the column of light-weight buildings was discussed.In the process of using PKPM calculation，the calculation results were analyzed and contrasted according to different calculation standards，and some mistakes in the results were discovered.Finally，using the basic formula of the first-orderanalysis method，the calculation method of the effective length factorwas putforward.

Concrete column；Steel structure of light-weight；Lateral resisting stiffness；Displacement；Effective lengthfactor

TU378.3

A

1671-0460（2010）04-0426-03

2010-06-25

王梅亮（1983-），男，江蘇沭陽人，助理工程師，2005年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（華東）土木工程專業(yè)，現(xiàn)從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。E-mail：wangmlpop@163.com。