陳嘉遼，歐曉春

（攀枝花攀鋼集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 攀枝花 617000）

鋼材用于建筑領(lǐng)域，其形式就是梁、柱、板(墻)，本文僅討論鋼材用于梁、柱的形式。鋼材用于梁、柱的斷面形式也多種多樣，有實(shí)腹式、格構(gòu)式，本文僅討論實(shí)腹式。實(shí)腹式斷面形式也多種多樣，如工字形截面、方矩形鋼管截面、T字形截面、角鋼、圓管等，本文僅討論方矩形鋼管的截面形式。鋼材的材質(zhì)也是影響使用量的一個(gè)主要因素，本文以Q235 為基準(zhǔn)，其他材質(zhì)進(jìn)行換算而使用。鋼材進(jìn)入建筑領(lǐng)域有兩個(gè)指標(biāo)需要計(jì)算，其一是強(qiáng)度指標(biāo)，其二是穩(wěn)定指標(biāo)。而穩(wěn)定指標(biāo)又分為整體穩(wěn)定與局部穩(wěn)定。整體穩(wěn)定與局部穩(wěn)定都由計(jì)算而定。對(duì)局部穩(wěn)定，只要滿足一定條件，可不計(jì)算。而現(xiàn)行的鋼材加工體系的斷面形式大于這個(gè)條件，如熱軋的工字形截面、T 字形截面、角鋼、圓管等，冷軋的方矩形鋼管截面，增加了鋼材在建筑領(lǐng)域的用量。本文著重討論這個(gè)條件。

1 鋼材以方、矩形鋼管用于梁的情況

梁在建筑結(jié)構(gòu)中主要承擔(dān)豎向荷載產(chǎn)生的彎矩、剪力，也有可能承豎向荷載產(chǎn)生的扭矩，也有可能承擔(dān)軸向的拉壓力。

對(duì)于扭矩、拉壓力、剪力，一般對(duì)方、矩形鋼管梁不起控制作用，在此不進(jìn)行分析。對(duì)于受彎的實(shí)腹方矩形鋼管（見圖1）翼緣板的寬厚比（b0/tw）滿足下列條件，就可以不設(shè)加勁肋及不進(jìn)行局部穩(wěn)定計(jì)算。

式中，fy為鋼材的牌號(hào)。

腹板的高厚比（b0/tw）滿足下列條件，就可以不設(shè)加勁肋及不進(jìn)行局部穩(wěn)定計(jì)算。

對(duì)于梁，從式（1）、（2）可以看出，翼緣板局部穩(wěn)定限值是腹板的1/2，而梁的高寬比一般在2 左右，這樣，當(dāng)梁、高寬比為2 時(shí)，對(duì)于等厚方矩形鋼管翼緣板與腹板的局部穩(wěn)定限值相同。當(dāng)梁的高寬比小于2 時(shí)，等厚方矩形鋼管的壁厚由翼緣板的局部穩(wěn)定確定，當(dāng)梁的高寬比大于2 時(shí)，等厚方矩形鋼管的壁厚由腹板的局部穩(wěn)定確定。

2 鋼材以方、矩形鋼管用于柱的情況

柱在建筑結(jié)構(gòu)中主要承擔(dān)豎向荷載、水平荷載。根據(jù)承擔(dān)荷載的方式，可以把柱歸納為軸向拉壓桿件、單向偏心拉壓桿件、雙向偏心拉壓桿件。對(duì)于軸向受拉桿件、偏心受拉桿件，不存在局部穩(wěn)定問題，下面僅討論軸向受壓桿件、單向偏心受壓桿件、雙向偏心受壓桿件。軸向受壓桿件的方、矩形鋼管，翼緣板的局部穩(wěn)定限值與腹板的局部穩(wěn)定限值相同，為式⑴。單向偏心受壓桿的方、矩形鋼管翼緣板的局部穩(wěn)定限值同式⑴，腹板的局部穩(wěn)定限制見下式。

經(jīng)對(duì)式（3）分析，單向偏心受壓桿件方、矩形鋼管腹板局部穩(wěn)定限值為：。

當(dāng)а0＝0 時(shí)，單向偏心受壓桿件變成了軸壓桿件，其腹板的局部穩(wěn)定限值為這個(gè)軸壓腹板局部穩(wěn)定限值與式（1）不同。

當(dāng)а0＝2 時(shí)，單向偏心受壓桿件變成了純彎桿件，其腹板的局部穩(wěn)定限值為，這個(gè)純彎腹板局部穩(wěn)定限值與式⑵不同。這說明純彎、軸向受壓、單向偏心受壓腹板局部穩(wěn)定限值公式不能通用，其限值是不連續(xù)的。當(dāng)腹板的局部穩(wěn)定限值大于翼緣板的局部穩(wěn)定限值時(shí)，就可用矩形鋼管了。

單向偏心受壓桿的方、矩形管腹板的局部穩(wěn)定限值是桿件彎矩作用平面內(nèi)的長細(xì)比）和腹板應(yīng)力比值а0的函數(shù)。長細(xì)比λ 的取值范圍為（30，100），應(yīng)力比值а0的取值范圍為(0，2）。

雙向偏心受壓方、矩形鋼管桿件的局部穩(wěn)定限值。由于一個(gè)方向的翼緣板就是另一個(gè)方向的腹板，分別算出各自限值，取小值進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3 結(jié)語

將滿足局部穩(wěn)定限值的一定范圍方、矩形鋼管截面制成表格，計(jì)算出各截面力學(xué)特性，供設(shè)計(jì)選用。再將該方、矩形鋼管截面送給冷彎型鋼廠進(jìn)行生產(chǎn)。這樣就形成了生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、使用產(chǎn)業(yè)鏈。經(jīng)工程實(shí)踐，用該方、矩形鋼管比現(xiàn)行的鋼管節(jié)約鋼材用量在10%～30%。經(jīng)測算，方、矩形壁厚超過10mm 后，該方、矩形鋼管鋼材用量就開始偏大，當(dāng)需要大于10mm 壁厚的方、矩形鋼管時(shí)，實(shí)腹式鋼管截面形式就不妥當(dāng)了，就需要考慮使用格構(gòu)式截面形式了。其一，傳統(tǒng)的冷彎型鋼轉(zhuǎn)角的回轉(zhuǎn)半徑使冷彎型鋼截面力學(xué)特性偏小。其二，冷彎型鋼使轉(zhuǎn)角處的鋼材屈服、開裂，影響了冷彎型鋼的強(qiáng)度。據(jù)說，最近出現(xiàn)了一個(gè)冷彎型鋼的新技術(shù)，消除了前述的兩個(gè)缺陷，這將促使彎型鋼大量進(jìn)入建筑領(lǐng)域。