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框架钢柱在地震作用下的稳定性验算

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: 
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。

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