某玻璃幕墙空间钢框架计算长度分析.pdf

钢结构工程研究 铡结构2 0 I o 增刊 某玻璃幕墙空间钢框架计算长度分析 张永园郭成喜谢如荣韩克鹏 * 安硅# 投目W 女7 1 0 0 5 5 提要谚玻璃鞯墒钢框架体型复抽，以斜立朴、斜粱和斜撑构成个稳定性良好的中间框架结构在该 割构中，斜t 杜和粱等关键构什的计算K 度系数难以套用现行规范米确定通过偶曲分析，研究斜撑对斜 立朴和J 枭的稳定性的影响蚌采用分H 枷找的方法昂终确定各个构件的计肄长度系数 关键词空问框架结构：稳定：崭曲计算长度系数 1 工程概况 该T 程的建筑用途为售楼处主体结构为= 层混凝土结构，外罩玻璃幕墙，其t p 玻璃 幕墙的支撑体系为卒问钢框架结构效果罔如图1 所示 目l H2 谚俐框架体鸭极小规则，北立i l | I 跨度135 m ，尚立面跨度约2 4 m ，全长约4 0 m 框架 粱、框架托干u 支撑均采用矩形方钢管，土受力铡镎规格为口4 0 0 x 2 0 0 x 5 ，支撑铡管规格为口 2 0 0 x 0 0 x 5 竹点牟部焊接，结构与摹础固结结构模型如罔2 所不 馥J 二稚丰要考虑了以F 儿种荷载上况其丰耍参数为： 结构自重：包括钢结构自秀和铡化玻璃重量，钢化玻璃厚度为2 4 m m 。

施工荷城：03k N m 冀荷载：基木雪眶02 5 k N m 2 风荷载：摹木M 雎03 5k N m 2 ，地蜥粗糙度C 地震作用：抗震殴防烈度8 度，地震影响系数o = 0t 6 ，特 i f = 周期03 5 s 由于甚结构体型复杂框架柱和框架粱等关键构件的计算长度系数难以简巾套用现彳了 枷范来确定川，本文采用有限元分折与设汁软件S A P 2 0 0 0 对结构的蘩体稳定性进行r 分析， 钢结构工程研究( 制结构2 0 1 0 增刊 得到各个杆件的心曲临界荷载，进而可确定出各个杆件的计算长度系数 2 特征值屈曲分析 对该框架进行整体特征值屈曲分析表I 给出了结构整体在最不利的恒荷+ 施上荷载+ 下压风工况下的前1 2 阶屈曲特征值 & I 镕# 特* 分m 情a 气 f a l 镕I n 目# 翰 f c * 3 m I | f l # $ ， f b l 2 m 月口 【模志 f d l * 4 n 目* 女 霸 十 ，f戆 霸 钢结构工程研究钢结构2 0 1 0 增刊 通过观察图3 各阶屈曲模态，可以发现如下问题： ( 1 ) 由于结构体型复杂，荷载作用和结构刚度( 西立面支座较多) 分布不均匀，使结 构很难发生所有杆件同时屈曲的整体失稳，只可能发生局部区域的失稳。

如结构在第l 阶 屈曲模态( 图3 a ) 下仅北立面左侧区域发生出平面失稳结构在第2 阶屈曲模态( 图3 b ) 下东立面左侧区域发生出平面失稳结构在第3 阶屈曲模态( 图3 c ) 下东立面右侧区域发 生出平面失稳结构在第4 阶屈曲模态( 图3 d ) 下东立面左侧区域发生平面内失稳此时 若用某一阶屈曲特征值去求结构各个杆件的临界荷载显然是不正确的，因为在这一阶模态 下并不是所有杆件同时屈曲每一个屈曲特征值只能用于计算相应模态下位移最大区域的 一片杆件而这样做不可能求出所有杆件的临界荷载，因为有一些杆件，尤其是西立面的 大部分杆件在各阶模态下很难发生屈曲确定这些杆件的计算长度系数涉及到多屈曲模态 的分析 ( 2 ) 从各阶模态可以看出，离发生最大位移区域越远的杆件，用该模态下的屈曲特征 值求得的计算长度系数误差越大表2 列出了用第l 阶屈曲特征值求出的一些杆件的计算 长度系数： 表2 其中1 2 2 号杆件为第l 屈曲模态下位移最大的杆件，从表中可见，1 2 2 号杆件上端与 其他杆件刚接，下端与基础固接，并且从结构整体看，结构上部杆件较密，刚度比较大， 对1 2 2 号杆件约束较强，所以表中平面内和平面外的u 值均属正常。

1 2 8 号杆件是结构西 南角一根立柱，底部与混凝土柱刚接，上部与钢梁刚接，而从表中看到，其平面外值达 到9 7 ，平面内p 值达到5 7 ，显然不真实的分析其原因在于，此时由第l 阶屈曲特征值 求出的1 2 8 号杆件的轴力并不是其临界荷载，即此时1 2 8 号杆并未屈曲而我们用此值作 为其临界荷载反算u 值必然导致I l 值偏大我们必须考察结构的多屈曲模态来确定这些杆 件的计算长度系数表3 列出了考虑多屈曲模态时求出的相应杆件的计算长度系数可以 看出除了1 2 2 号杆件外，其他杆件的P e r 都有不同程度增大，可见表2 求出的并不是真实 的临界荷载 7 7 6 制结构工程研究钢结构2 0 1 0 增刊 表3 考虐；自模女 # 什的* 择K 度 注由于西克面支座较多刚度较大，在分析过程中始终得不到1 2 8 母杆件的厢曲掇态 为了更仔细的考察这一复杂结构的屈曲性能，本文采用了两种方法来进行分析： ( 1 ) 采用简化模型先不考虑支撑对主杆的支撑作闩j ，对结构进行整体屈曲分析 ( 2 ) 采用分片加载的办法求出相应杆件的临界屈曲荷载，与简化结构的整体蒯I 1 1 分 析求得的相应杆件的临界荷载作对比，若相差不大，| 兑明可以采用分片加载的办法确定备 个杆件的计算长度系数。

所谓分片加载就是只在某根杆件及其附近区域加载，以促使这根 杆件屈曲 霹 ，二 ( a 1 m 目 0 ) * 2 m 月自模女 ，瑟 ： 7 - 三孑 1 * Im 目4 自m 模q 简化模g 日勺女 一= = ；：：Z # ；捌 钢结构工程研究钢结构2 0 1 0 增刊 表4 不考虑支撑约束时杆件的计算长度系数 对比表3 和表4 中数据，可见，在不考虑支撑对主杆的支撑作用后，主杆的计算长度 系数并未增大很多，分析其原因在于l 、2 、3 阶屈曲模态均为出平面失稳，支撑在平面外 并不起作用但是这并不能说明可以不用设置支撑，正是由于支撑的存在，才使结构首先 发生平面外的失稳，此时用平面外失稳时的临界荷载去求平面内的计算长度系数，会使得 求出的平面内u 值偏大，这样做是偏于安全的，可以在设计中使用 表5 不考虑支撑且分片加载时杆件的计算长度系数 对比表4 和表5 中数据，可见，采用分片加载的方法求出的杆件的计算长度系数和结 构整体加载求出的杆件计算长度系数相差不大因此，可以采用分片加载的方法来求出那 些在整体加载情况下不容易发生屈曲的杆件的计算长度系数 3 结论 1 ) 通过以上分析可以看到，对于该钢框架由于其体型复杂，结构刚度分布不均匀，支 撑布置毫无规律，要想通过整体加载的办法来确定所有杆件的计算长度系数几乎是不可能 实现的，即使靠增大所求模态数目也无济于事。

但是可以采取分片加载的办法来确定其所 有主要受力杆件的计算长度系数尽管会有一定误差，因为屈曲特征值和荷载的作用形式 有关，但这种误差在允许范围之内 2 ) 由于柱子与基础、柱子与梁之间全部按刚接考虑，而实际情况并不可能理想刚接， 因此还应对所求出的计算长度系数进行适当放大 钢结构工程研究钢结构2 0 1 0 增刊 参考文献 【l 】陈骥，钢结构稳定理论与设计( 第三版) 【M 】北京；科学出版社，2 0 0 6 【2 】郭成喜，钢结构设计原理【M 】北京：科学出版社，2 0 0 9 B u c k i n gA n a l y s i sf o rS p a c e S t e e lF r a m e o fag l a s sC u r t a i nW a l l Z l m a gY o n g y u a n ，G u oC h e n g x i ，H 粕K e p e n g A b s t r a c t ：T h i sg l a s sc u r t a i ns t e e lf 敬L r l l es h a p ei sc o m p l i c a t e d T h ed e c l i n i n gc o l u m n sa n d d e c l i n i n gb e a m sa n db I R c e 8c o n s t i t u t ea l li n t e r a c t i v es p a c es y s t e m T h es t a b i l i t yo fs y s t e mi s g o o d H o w e v e r , t h ee f f e c t i v el e n g t hf a c t o r o fd e c l i n i n gc o l u m n sa n db e a m si sd e c i d e d d i f f i c u l t l y B yt h eb u d d i n ga n a l y s i s ，w es t u d yt h ee f f e c to f t h eb r a c e so nt h ed e c l i n i n gc o l u m n s a n db e a m sa n dd e c i d et h ee f f e c t i v el e n g t hf a c t o ro fe v e r ym e m b e rb ya p p l y i n gl o c a ll o a di nf i n a l K e y w o r d ：s p a c ef l a m es t r u c t u r e ；s t a b i l i t y ；b u c k l i n g ；e f f e c t i v el e n g t hf a c t o r 。