孫菁麗

（亨特建筑構(gòu)件（廈門）有限公司，福建 廈門 361000）

1 結(jié)構(gòu)體系的結(jié)構(gòu)布置

1.1 框架—支撐體系

多層住宅框架體系和框架一支撐體系的梁柱截面可采用軋制或焊接H 形截面、方鋼管等，支撐構(gòu)件多采用角鋼或部分T 型截面，在7 °抗震設(shè)防區(qū)多層住宅的用鋼量多在35～40Kg/m2。在結(jié)構(gòu)平面布置上宜采用大柱網(wǎng)、大開間的結(jié)構(gòu)布置形式，柱距5～8m 較常見.框架柱在房屋橫向、縱向成列布置、不宜錯(cuò)開太多，若設(shè)置支撐構(gòu)件時(shí)，應(yīng)注意避讓門窗洞口或設(shè)在無孔口的分戶墻中。

1.2 交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系

交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系的基本組成是柱子、桁架、梁和板。柱子僅布置在房屋周圍，不設(shè)中間柱。桁架跨度等于建筑全寬，高度等于樓層高度，桁架兩端支承在外圍柱上，在相鄰柱軸線上為上、下層交錯(cuò)布置，而樓板一端支承在桁架的上弦桿，另一端懸掛在相鄰桁架的下弦桿。建筑縱向外圍各柱通過連梁連接，建筑水平荷載主要被桁架中斜腹桿軸力的水平分量所平衡，水平荷載最終通過落地桁架的斜腹桿或底層斜撐傳至基礎(chǔ)。桁架桿件截面可采用角鋼、焊接T型、H 型或方管截面，柱截面通常采用H 型、鋼管等。交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系中桿件受力合理，大部分桿件以受軸心力為主，用鋼量節(jié)約，在7 °抗震設(shè)防區(qū)，其用鋼量較框架結(jié)構(gòu)節(jié)約10%左右，當(dāng)建筑橫向尺寸較大，這一優(yōu)勢(shì)將更明顯；桁架結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度大，位移也較小，柱強(qiáng)軸可布置在縱向，以加大結(jié)構(gòu)縱向側(cè)移剛度。交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)布置時(shí)注意使一層桁架的斜腹桿落地(與基礎(chǔ)梁連接)或通過底層斜撐傳至基礎(chǔ)，否則結(jié)構(gòu)水平位移過大，難以滿足規(guī)范要求。還應(yīng)注意水平、豎向結(jié)構(gòu)布置要做到規(guī)則對(duì)稱。從結(jié)構(gòu)布置上說，交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系可以提供兩倍于框架結(jié)構(gòu)體系的更大開間，進(jìn)深也大大增加，可以提供更大的使用面積。此外，交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系柱子數(shù)目較少，所以基礎(chǔ)數(shù)量較少，能夠進(jìn)一步節(jié)約材料。

在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用何種結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)綜合考慮多種影響因素，而對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的主要因素有節(jié)點(diǎn)連接剛度、荷載條件、層間相互作用等。

2 節(jié)點(diǎn)連接剛度的影響

在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析中，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析過程，通常將鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的連接假定為理想鉸接或完全剛接。理想鉸接意味著梁柱不能傳遞彎矩，完全剛接則認(rèn)為框架在受荷變形后，梁柱夾角保持不變。隨著鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接形式的增多，試驗(yàn)結(jié)果證明，在荷載作用下，有些節(jié)點(diǎn)連接不能單純歸類為剛性連接或理想鉸接，而應(yīng)稱為半剛性連接。半剛性節(jié)點(diǎn)連接是部分約束連接，兼有剛性連接和理想鉸接的優(yōu)點(diǎn)，如果將半剛性連接簡(jiǎn)化為理想鉸接，則會(huì)高估框架的側(cè)移量而增大P-△效應(yīng)的影響，低估了梁柱的連接剛度，使柱的穩(wěn)定極限承載力理論值偏低。如果將半剛性連接簡(jiǎn)化為剛接，則結(jié)果相反。

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如圖l 所示，考慮A、B 兩節(jié)點(diǎn)剛度變化對(duì)框架的穩(wěn)定承載力加以分析，視A、B 兩節(jié)點(diǎn)的剛度相同。梁柱的鋼材均為Q235 鋼，E=2.06×105MPa，I=8.33×108mm4；當(dāng) A、B 節(jié)點(diǎn)為剛接時(shí)穩(wěn)定承載力特征值為7.9017；當(dāng)A、B 節(jié)點(diǎn)為鉸接時(shí)穩(wěn)定承載力特征值為2.6463；分析結(jié)果如圖2 所示，可以較明了地看出，節(jié)點(diǎn)的半剛性連接對(duì)鋼框架的穩(wěn)定承載力有顯著的影響，當(dāng)節(jié)點(diǎn)剛度為 1×108～5×109N ·mm 時(shí)(表1)，其對(duì)鋼框架的穩(wěn)定承載力變化影響較顯著。

3 不同荷載工況的影響

文獻(xiàn)[3]在條文說明中對(duì)單層或多層框架給出的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)采用了5 條基本假定，其中1 條是框架中所有的柱子是同時(shí)失穩(wěn)，即各柱同時(shí)達(dá)到其臨界荷載。但實(shí)際結(jié)構(gòu)常常是結(jié)構(gòu)不對(duì)稱或荷載不對(duì)稱甚至兩者都不對(duì)稱，如圖3 所示，當(dāng)失穩(wěn)柱側(cè)移時(shí)帶動(dòng)其他未達(dá)到臨界狀態(tài)的柱子一起側(cè)移，將對(duì)側(cè)移產(chǎn)生阻礙作用，從而使此柱推遲失穩(wěn)。由于整體性，該柱的穩(wěn)定承載力值有所提高，其值大于規(guī)范給出的數(shù)值，其結(jié)果是兩根相同的柱在不同的荷載作用下同時(shí)失穩(wěn)。如圖3所示，梁柱的鋼材均為Q235 鋼，E=2.06×1O MPa，I=2.76×108mm4。

如圖4 所示，梁柱的鋼材 均為 Q235 鋼，E=2.06×105MPa，I=2.76×108mm，同層柱相互作用在5 跨前的作用較為明顯，為1%～3% 。運(yùn)用有限元分析軟件ANSYS對(duì)此單層框架進(jìn)行分析，求得各荷載工況下的穩(wěn)定承載力列于表2。對(duì)比可知，當(dāng)框架各節(jié)點(diǎn)的承載力不同時(shí)，對(duì)鋼框架的穩(wěn)定承載力有著較大的影響。

4 同層間相互作用的影響

圖1 單層多跨框架示意圖

框架結(jié)構(gòu)中柱子并不是獨(dú)立存在的，而且柱子的邊界條件也不是固接、鉸接、自由等理想的情況，柱子的端部要受到與它相連的其他構(gòu)件的彈性約束?？蚣苡袀?cè)移失穩(wěn)時(shí)，單根柱總是與同一層的其他柱同時(shí)失穩(wěn)，不會(huì)單獨(dú)失穩(wěn)，即同一層柱的柱間存在相互作用，該方面已有相關(guān)研究[4]，并在此基礎(chǔ)上改進(jìn)了鋼框架穩(wěn)定承載力的公式。

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5 結(jié)語(yǔ)

通過以上分析可見，荷載條件、節(jié)點(diǎn)連接剛度、同層間相互作用等對(duì)穩(wěn)定承載力有著較大的影響，特別是節(jié)點(diǎn)剛度，而對(duì)半剛性連接形式，我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范未有明確的解釋，故在鋼框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)充分考慮上述因素對(duì)其穩(wěn)定承載力的影響。

[1]張耀春，周緒紅.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].北京：高等教育出版社，2004：1-2.

[2]周緒紅,莫濤,劉永健.輕鋼交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)體系與鋼框架的對(duì)比分析[J].鋼結(jié)構(gòu),2001,2.

[3]GB 50017-2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]陳驥.鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定：理論與設(shè)計(jì)[M].北京：科學(xué)出版社，20O1.

[5]楊文惠，王燕.半剛接鋼框架柱的穩(wěn)定分析方法[J].鋼結(jié)構(gòu)，2005，20(3)：21-25.

[6]鄭廷銀.鋼結(jié)構(gòu)高等分析理論與實(shí)用計(jì)算[M].北京：科學(xué)出版社，2007.