摘要:钢结构,用钢材建造的工业与民用建筑设施,它具有质量轻,强度高,跨度大,建筑施工工期短,相应降低投资成本,建筑防火性高,防腐蚀性强,建筑搬移方便,回收无污染,环保性好,建筑投资低,经济实惠,在油田内部,广泛用于输油泵房(姬三联合站)、注水泵房、水处理间、消防泵房、体育馆等,为对钢柱的稳定性进行深入的研究,以一工业厂房为例,等高两跨,高度19.69m。当地7度抗震设防,介绍了柱在水平地震作用下,其强度、稳定性验算方法。
关键词:钢结构;地震;稳定性
工业厂房(如注水泵房)的结构采用排架结构,是因为其跨度大、高度高,这种结构受力合理,建筑设计灵活,施工方便,工业化程度较高。
不论是恒载、活荷载、吊车荷载、风荷载,都是通过柱子传给基础,柱在地震作用下的稳定性尤为重要,下面是通过例子分析柱在地震作用下的稳定性。
下面以一工业厂房为例,对其柱在水平地震作用下,对强度、稳定性进行分析。
一、柱的截面尺寸
此框架为两跨结构:
a柱 上柱: 400×400mm,下柱: 800×600mm
二、承受的各种荷载
1、恒载
预应力钢筋混凝土大型屋面梁、防水层、水泥砂浆、屋架和支撑自重、钢窗架、托架
屋架荷载:
p1a=p1c=709.43kn p1b=1418.86kn m1a=m1c=35.47kn.m m1b=106.41kn.m 屋架自重约为kn/榀
2、屋面活载:
q1a=126knq1b=126knm1a=6.3kn.mm2a=18.9kn.m m1b=18.9kn.m
3、吊车荷载
1)吊车荷载(2台50/10t):
dmax=807.03kndmin=218.5kn
若在边柱:
knm4a=282.46kn.m, knm4b=76.48kn.m
若在边柱:
knm4a=76.48kn.m, kn m4b=282.46kn.m
2) 吊车横向水平荷载tmax=50.55kn
4、风荷载:fw=86.92kn
三、地震作用下的内力组合
1、作用于一个单元上的重力荷载值
集中于左跨屋盖处的重量:
集中于右跨屋盖处的重量:
由计算机算出:
在质点1、2重力荷载、作用下排架的侧移、按下面计算:
s
2、横向地震作用分析:
集中于屋盖处的重力荷载:
ab跨吊车重在一侧柱上的牛腿反力为:
bc跨吊车重在一侧柱上的牛腿反力为:
作用于排架柱底的剪力为:
作用于屋盖标高处的地震作用为:
吊车地震作用为:
四、柱的强度、稳定性验算
边柱的截面几何特征
a柱截面特征汇总表
边柱
1、上柱:
①最大内力:
由地震作用下各种组合下得出: kn,kn
②验算强度:
③验算弯矩作用平面内的稳定:
查表(b类截面)得:
④验算弯矩作用平面外的稳定:
查表(b类截面),
所计算构件段为bc段,有端弯矩和横向荷载作用,但使构件段产生同向曲率,故取,另。
由以上算知,此压弯构件是由弯矩作用平面外的稳定控制设计的。
⑤局部稳定验算:
腹板:
翼缘: (构件计算时可取)
2、下柱:
由地震作用下各种组合下得出:
第一组(使分肢1受压最大)
①斜缀条截面:
假想剪力:
缀条内力及长度:取
选用单角钢l
,查表(b类截面)得
单角钢单面连接的设计强度折减系数为:
②验算缀条稳定:
③验算弯矩作用平面内的整体稳定:
换算长细比:
查表(b类截面),
对有侧移框架柱,
第一组(使分肢1受压最大)[9]:
第二组(使分肢2受压最大):
④验算分肢1的稳定(用第一组内力):
最大压力:
,
由查表(b类截面),
⑤验算分肢2的稳定(用ⅱ-ⅱ截面内力kn,)
最大压力:
,
由查表(b类截面),
⑥分肢局部稳定验算:
只需验算分肢2的局部稳定。因,得
翼缘:
腹板:
从以上验算结果分析,边柱在地震作用下是稳定的。
韩新凝,1981年3月出生,2007年毕业于大庆石油学院,土木工程专业,现为第三采油技术服务处,从事油气田地面建设工作。
注:文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。