8.3 框架柱的计算长度
8.3.1 本条综合了原规范第5.3.3条、第5.3.6条的规定,增加了无支撑框架和有支撑框架μ系数的简化公式(8.3.1-1)和式(8.3.1-7);改进了强弱支撑框架的分界准则和强支撑框架柱稳定系数计算公式,考虑到不推荐采用弱支撑框架,因此取消了弱支撑框架柱稳定系数的计算公式。
(1)材料是线弹性的;
(2)框架只承受作用在节点上的竖向荷载;
(3)框架中的所有柱子是同时丧失稳定的,即各柱同时达到其临界荷载;
(4)当柱子开始失稳时,相交于同一节点的横梁对柱子提供的约束弯矩,按柱子的线刚度之比分配给柱子;
(5)在无侧移失稳时,横梁两端的转角大小相等方向相反;在有侧移失稳时,横梁两端的转角不但大小相等而且方向亦相同。
根据以上基本假定,并为简化计算起见,只考虑直接与所研究的柱子相连的横梁约束作用,略去不直接与该柱子连接的横梁约束影响,将框架按其侧向支撑情况用位移法进行稳定分析。
附有摇摆柱的框(刚)架柱,其计算长度应乘以增大系数η。多跨框架可以把一部分柱和梁组成框架体系来抵抗侧力,而把其余的柱做成两端铰接。这些不参与承受侧力的柱称为摇摆柱,它们的截面较小,连接构造简单,从而造价较低。不过这种上下均为铰接的摇摆柱承受荷载的倾覆作用必然由支持它的框(刚)架来抵抗,使框(刚)架柱的计算长度增大。公式(8.3.1-2)表达的增大系数η为近似值,与按弹性稳定导出的值接近且略偏安全。
8.3.2 带牛腿的常截面柱属于变轴力的压弯构件。过去设计这类构件,按照全柱都承受(N1+N2)轴力计算其稳定性,偏于保守。式(8.3.2-1)考虑了压力变化的实际条件,经济而合理。式(8.3.2-1)并未考虑相邻柱的支撑作用(相邻柱的起重机压力较小)。同时柱脚实际上并非完全刚性,这一不利因素没有加以考虑。两个因素同时忽略的结果略偏安全。
8.3.3 原规范的规定适用于重型厂房,框架横梁均为桁架。因桁架线刚度较大,与柱刚接时可视为无限刚性,原规范附录D表D.0.4就是按柱顶不能转动算得的。现在中型框架也采用单阶钢柱,但横梁为实腹钢梁,其线刚度不及桁架。虽然实腹梁对单阶柱也提供一定的转动约束,但还不到转角可以忽略的程度,为此,需要增添上端有一定约束时μ2系数的计算公式。
8.3.4 由于缀件或腹杆变形的影响,格构式柱和桁架式横梁的变形比具有相同截面惯性矩的实腹式构件大,因此计算框架的格构式柱和桁架式横梁的线刚度时,所用截面惯性矩要根据上述变形增大影响进行折减。对于截面高度变化的横梁或柱,计算线刚度时习惯采用截面高度最大处的截面惯性矩,根据同样理由,也应对其数值进行折减。
8.3.5 本条只是对原规范第5.3.7条进行了少量文字修改。