谈谈H型钢柱弱轴抗弯钢框架的设计

文摘   2024-10-21 10:52   吉林  

这几天大家应该都看到了余姚钢结构坍塌事故的新闻和分析,教训惨痛,需要大家警惕。

实际上近两年类似事故发生过几次,网上的事故分析原因多种多样——单跨框架、梁柱节点刚度有问题、弱轴疑似无框架梁等等。但实际上,出问题的这些结构有一个典型特征——钢结构纯框架,H型钢柱且弱轴抗弯。有必要谈谈这种结构形式设计可能会存在的问题。

(图片来自“土木吧”)

1)结构体系是否可行?

从结构体系而言,这是钢框架,没毛病。而且不采用箱型(矩管)柱,一般都是出于构造简单,施工便利的原因。如果非得说体系有问题,可能就是抗规3.5.3的这条概念设计问题(条文说明举例说明横向抗侧力构件(如墙体)很多而纵向很少的情况)。但实际上程度不好把握,并不能因此彻底否定这种结构形式。

另外,抗规8.3.4要求,钢框架柱在两个互相垂直的方向都与梁刚接时宜采用箱形截面。当然按规范说法这也不是绝对禁止H型钢柱。
2)“强柱弱梁”要求是否满足?

个人认为这可能是关键。按照抗规8.2.5,除了几种免除条件外,钢框架应满足“强柱弱梁”的要求。

就个人经验而言,经常会依靠“柱轴压比不超过0.4”这一条件免除,否则很难算够。这与抗规8.3.4的要求内在逻辑一致。

3)强轴框架,弱轴支撑是否可行?

很多人提出,弱轴应该设置支撑。但按目前抗规的要求,单方向设置支撑导致两个方向动力特性差异较大,可能会被审图用抗震概念设计不符合要求而给否定。另外,哪怕纵向设置支撑,按抗规纵向就是是框架-支撑,框架部分一样要满足“强柱弱梁”要求。

咋整?按钢标的支撑框架设计?按厂房的柱间支撑?

想想,问题在哪儿呢?

4)为啥AISC规范可以用H型钢柱框架?

熟悉美国规范的朋友肯定会说,AISC钢结构抗震规范(AISC 341 Seismic Provisions for Structural Steel Buildings)允许用H型钢柱的特殊抗弯框架(SMF)?而且延性还非常好。

非常好的问题,我先不细说,这个问题需要您对照着SMF框架柱的布置来说了。如果真的琢磨到这儿的,那也请您一并看一下SMF框架对于“强柱弱梁”的规定,包括免除条件。如果看明白了内在逻辑,那就自然明白了,我们如果非得要设计H型钢柱框架,应该如何做了。


实际文中是留了几个思考题的,欢迎在留言区讨论......



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