桁架式柱的计算常被忽视的问题

　　关键词:桁架式柱 整体稳定 计算软件 　　⼀、桁架式柱

　　钢管桁架作为梁结构的使⽤是我们所熟悉的，空间体系常⽤的有倒三⾓型，即三根钢管作为弦杆，以及有四根钢管的矩形或者梯形的结构形式。钢管桁架作为柱结构来使⽤也越来越普遍了，实际上它也是⼀种格构式柱，弦杆就是柱的分肢，腹杆就是柱的缀材。在具体设计过程中，也就是在利⽤分析设计软件进⾏计算时，通常意义上的格构柱，在计算模型中我们往往作为⼀个整体构件，⽽对桁架式柱，则所有的弦杆腹杆作为模型中的独⽴的单元，因为现在的计算机的容量处理它们早就不再是问题了。

　　为什么会这样做呢？因为有些结构⼯程师这样觉得计算会更加精确，每个⼩构件，软件都给出了它们的应⼒值。但是有个问题值得讨论⼀下，我们知道，对受压构件，在设计中要进⾏强度计算和稳定计算，对强度计算没什么问题，对稳定呢？软件给出的⼀般是所谓的单杆稳定，弦杆的计算长度系数⼀般默认取为节间距离，|考试⼤|⽽单杆稳定应⼒也是基于这个计算长度的，对应单杆稳定，还有⼀个名词叫整体稳定分析，⼀般的结构分析软件是不包含这个内容的（当然，如果你有这⽅⾯的意识，是完全可以找到计算它的途径）。也就是说，我们有可能忽视了⼀项计算内容，那会有什么后果呢？下⾯我们通过⼀个具体的⼯程实例进⾏分析。 　　⼆、⼯程实例

　　有某篮球场，长39m，宽44.4m，单跨22.2m共两跨，柱距7.8m，屋⾯排⽔坡度按圆弧的坡度内排⽔，处为11.5m，最低处为8.348m。屋⾯采⽤单层彩钢板，四周墙⾯敞开。恒载为0.25KN/ m2，活载为0.50 KN/ m2，基本风压为0.35 KN/ m2。屋⾯梁采⽤焊接H形钢梁；中柱采⽤焊接H形钢柱；边柱采⽤四弦杆桁架柱；中柱与钢梁刚接连接，边柱与钢梁铰接连接。　　桁架截⾯参数：四根弦杆采⽤Φ140x4.0圆管，弦杆中⼼距均为0.8m；腹杆均为Φ60x3.0圆管；材质均为Q235B。柱⾼为11.7m。⽤“3D3S”结构设计软件计算得柱的应⼒⽐，强度：0.10，稳定：0.12。 　　为了进⼀步说明问题，我们对此⼯程的桁架柱的参数作⼀些修改。 　　材料：Q235级钢

　　桁架⾼0.4m，宽0.4m；竖腹杆(⽔平缀条)间距为0.6m

　　截⾯规格：弦杆(分肢)Φ140x6.0，腹杆(缀条)均为Φ60x3.0 　　对X轴的计算长度：30m 　　对Y轴的计算长度：30m

　　假定轴向⼒：-658.24KN（压） 　　弯矩Mx：118.56KN·m

　　在“3D3S”设计软件中建⽴三维建模计算此桁架柱，得应⼒⽐如下： 　　强度应⼒⽐：0.84

　　绕x轴、y轴的整体稳定性应⼒⽐：0.925

　　下⾯我们按规范中格构柱公式来计算此桁架柱。 　　⑴.强度计算：

　　根据《钢结构设计规范》GB50017-2003的公式5.2.1 　　截⾯左上⾓、右上⾓应⼒均为σ=-9.85Mpa 　　截⾯左下⾓、右下⾓应⼒均为σ=-181.26Mpa 　　截⾯应⼒为σ=-181.26Mpa，强度应⼒⽐为0.84。 　　⑵.稳定计算： 　　a.构件长细⽐计算

　　根据构件的截⾯形状进⾏分类计算 　　截⾯⾯积为：10103.36

　　与X轴垂直的斜缀条⽑截⾯⾯积为：1074.42 　　截⾯|考试⼤|对X轴长细⽐λx=145.95

　　与Y轴垂直的斜缀条⽑截⾯⾯积为：1074.42 　　截⾯对X轴长细⽐λy=145.95

　　构件截⾯属于采⽤缀条的四肢格构式截⾯

　　换算长细⽐，根据《钢结构设计规范》GB50017-2003的公式5.2.3-5，5.1.3-6 　　缀条四肢格构柱，长细⽐λox=147.24 　　缀条四肢格构柱，长细⽐λoy=147.24 　　b.整体构件的稳定性

　　根据《钢结构设计规范》GB50017-2003的附录C 　　对于x轴：截⾯属于b类，φx=0.32 　　对于y轴：截⾯属于b类，φy=0.32

　　截⾯为闭合截⾯或格构式不符合《钢结构设计规范》GB50017-2003所列出的分类形式，因此取均匀弯曲受弯构件整体稳定验算φb=1.00。

　　根据《钢结构设计规范》GB50017-2003的公式5.2.6-1，其中My的平⾯外稳定作⽤根据规范5.2.3条忽略。 　　整体稳定应⼒σ=440.70Mpa，应⼒⽐=2.05。超出了容许应⼒，不安全。 　　对于分肢及缀条的强度、稳定性的验算本⽂从简。　　

　　从上⾯的计算分析可以看出，对于长细⽐⽐较⼤的桁架柱，忽视整体稳定计算是不安全的，在对整体稳定分析缺少计算条件的情况下，可以将规范中关于格构柱的理论作为设计参考。