第2期建筑结构1998年2月门式钢框架轻型化的技术措施陈绍蕃(西安建筑科技大学西安710055)〔提要]论述门式钢框架轻型化的技术措施,包括变化构件截面、减小腹板厚度、把中柱设计为摇摆柱、利用底板式简单柱脚的转动约束和屋面板的蒙皮效应等。给出了相应的计算方法和计算原则。〔关键词〕门式钢框架楔形构件柱脚约束摇摆柱屈曲后强度蒙皮效应Thisartieledealswithteehniealmeasuresforredueingtheweightofsteelportalfraniessuehasmakinguse(,ftaperedmembers,redueingt}lethlek了,essofwebplates,employingleaningolumnsinmultiplespanframes,takingadvantageoftherestraintprovidedbysimpleeolumnbaseandofthediaphragmeffeerofrofsheeting.Caleulationmethod、orprinoiplesarepresentedaeeordingly.Keywords:sreell叩rtalf阳me;taperedmember;eolumnbaserestraint;leaningeolumn;脚st一bueklingstrer、gth;diaphragmeffeet门式钢框架是一种有效利用材料的结构形式。由于构件尺寸小,房屋高度相应降低,减小了建筑体积和卫借。框架构件可以在工地批量生产,工地安装用高强螺栓连接,简便而迅速,施工期短。同时,门式钢框架造型简洁美观,在房屋建筑中适应性强。单跨者小至gm大至36m以上的跨度均可适用,多跨者可以覆盖大面积的厂房、仓库和各类公共建筑。基于这些优点,我国在70年代曾经加以提倡,但由于使用钢材受到限制等原因,并未大量推广。改革开放以后,深圳等地引进国外设计的门式钢框架结构,发现其十分轻巧,比按我们的做法用钢量少得多。这就对我们提出了门式钢框架轻型化的要求。一、减轻荷载和使用高强钢材减轻门式钢框架重量的有效途径很多,使用轻质屋面板以减轻荷载重量和使用高强钢材以减小构件所需截面,都是有效措施,这是不言而喻的。目前带彩色涂层的压型钢板和夹芯金属板已经广泛应用,新的低合金高强度结构钢Q345比以往的16Mn钢性能改善,川于门式框架应无问题。因此,本文着孟探讨减少钢材消耗量的其他措施。二、塑性设计和变化截面框架是超静定结构。利用钢材的塑性性能,以出现若卜个塑性铰直至形成机构作为承载能力的极限状态,可以充分挖掘材料潜力,从而比弹性设计减小截面尺寸。但当采用薄腹板时,塑性铰弯矩和截面边30尹司卜图1缘屈服弯矩相差并不悬殊。同时,钢框架时常在屋脊和屋檐这两个弯矩最大的截面处做成安装连接。为有足够的地方设置连接螺栓,往往需要加高截面,即进行加腋处理(图1),使构造复杂化并增加材料消耗量。加腋的梁已经具有变截面构件的雏形。挖掘材料潜力的另一种手段是使构件的各个截面都充分发挥作用。框架梁的内力以弯矩为主,柱虽然是压弯构件,也时常是弯矩的效应大于压力(变化构件截面使之适应弯矩图形,可以获得很好的节约钢材效果。图2给出一种常用的单跨变截面框架,梁和柱都改变截面高度,柱呈单楔形,梁为对称构件,按半跨来说是双楔形构件,设计时使梁端截面和屋脊截面在给定荷载下同时达到承载极限。塑性设计和变化截面两种手段不能并用,原因是变截面框架有几个截面同时或接近同时出现屈服并达到承载极限,不存在第一个塑性铰出现后的应力重分布阶段。迄今为止两种手段都有一些国家采用,有的国家如英国多用塑性设计的方法,但近年来也有改用变化截面的趋势。三、减小腹板厚度I形截面受弯构件的腹板虽然参与抵抗弯矩,但发挥作用不大,所以宜薄不宜厚。减小腹板厚度的一个后果是它会在剪力作用下屈曲,甚至在弯曲正应力作用下也屈曲。但是板件屈曲并不意味着丧失承载能力,它具有相当可观的屈曲后强度。所以板件宽厚比不必受屈曲条件的束缚。力是屈曲剪力和屈曲后产生的拉力场剪力之和。板幅屈曲之后还能以拉力带的方式承受继续增加的剪力,亦即起类似析架斜腹杆的作用(图4)。横向加劲肋则相当于析架竖杆,本世纪六七十年代很多学者对拉力场的对称轴一leseses.l义目l月f一双淤一哪一图腹板的最大宽厚比应限制在什么范围,要从两方面来考虑。其一是避免构件弯曲时腹板太薄而阻挡不住受压翼缘向下屈曲(图3)。按照翼缘受压至屈服的最不利情况可以算得腹板宽厚比的限值为[‘〕,华六卡卜一一一月图3分布进行过研究,提出不下十种计算方法!2〕,计算一般比较复杂。文献...
