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鋼異形柱彎扭相關屈曲研究

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:26:10 [收藏]
鋼異形柱彎扭相關屈曲研究
    鋼異形柱彎扭相關屈曲研究
    王明貴 張莉若 譚世友
    （中國建筑科學研究院 北京 100013）

    摘要 本文用彈性薄壁柱理論，推導了開口任意截面柱彎扭屈曲相關方程，并由此簡化到單軸對稱截面、雙軸對稱截面經典方程。進而研究了L形柱軸向受壓的承載力即φ-λ曲線，以便工程設計應用。
    關鍵詞 鋼異形柱，彈性薄壁柱理論，相關屈曲

    1、前言
    　　在鋼結構住宅設計中，結構體系主要是用熱軋H型鋼建造多層（4~6層）或小高層（7~18層）的框架結構，H型鋼柱截面尺寸一般在200mm×200mm至400mm×400mm，再加上保護層和飾面，柱子在室內凸出，影響建筑美觀，使用不方便。其實，鋼筋混凝土框架結構也存在類似的問題，但鋼筋混凝土結構為此研究了一種異形柱（肢長和肢寬比為2～4，區別于短肢剪力墻─肢長和肢寬比為5～8），應用于住宅建筑中，較好地解決了室內柱角凸出的問題。由此設想，在鋼結構住宅建筑中若能使用鋼異形柱，就能解決鋼結構住宅建筑室內柱角凸出問題。例如中柱用十字形截面、邊柱用T形截面、角柱用L型截面，它們都由H型鋼和T型鋼組合而成，我們稱它們為鋼異形柱，如圖1所示。我國現行《鋼結構設計規范》第5.2條對十字形柱和T形柱給出了設計計算公式，但沒有圖1（c）所示L形柱的設計計算方法，有關資料查閱也未見這方面的研究報導文獻。因此，本文將研究L形鋼異形柱承載力，為鋼結構住宅應用做理論研究。
    　　本文用彈性薄壁柱理論，推導了任意開口截面柱彎扭屈曲相關方程，并由此簡化到單軸對稱截面、雙軸對稱截面的柱壓彎屈曲經典方程。進而研究了L形截面柱軸向受壓的承載力及其φ-λ曲線，以便工程設計應用。

    2、任意開口截面柱彎扭屈曲相關方程



    將上式寫為： ，由 ，即可得任意截面柱彎扭屈曲相關方程：





    4、總結
    　　本文提出了L形鋼異型柱，并用彈性薄壁柱理論的任意截面開口薄壁柱彎扭屈曲相關方程，為L形截面鋼柱應用研究提供了理論基礎。本文提出的L形截面鋼柱由普通熱軋H型鋼和T型鋼組合而成，不僅滿足了鋼結構住宅建筑的需要，而且它不同于角鋼而具有邊緣約束構件，故承載力比同截面面積的H型鋼高，有進一步研究的理論和實際意義。限于篇幅，L形柱壓彎承載力應用研究將另文發表。

    參考文獻
    [1]. 陳驥，鋼結構穩定理論與設計，科學出版社.2001
    [2]. 中華人民共和國國家標準，《鋼結構設計規范》GB50017-2003
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