半剛性連接鋼框架在工業(yè)建筑中的應(yīng)用

1、    半剛性連接鋼框架在工業(yè)建筑中的應(yīng)用    許榮華【摘要】對(duì)于工業(yè)建筑而言，在實(shí)際建設(shè)的過(guò)程中，應(yīng)切實(shí)保障其具備良好的結(jié)構(gòu)性能。通常來(lái)說(shuō)，針對(duì)鋼框架研究設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)方法認(rèn)為鋼梁與鋼柱連接過(guò)程中，始終保持理想鉸接狀態(tài)，連接形式為完全剛接。然而，上述假設(shè)與實(shí)際不符，不能正確反映鋼結(jié)構(gòu)連接形式，實(shí)際上半剛性連接狀態(tài)才能更好的符合現(xiàn)實(shí)。為此，本文淺要分析并探討了工業(yè)建筑實(shí)際建設(shè)過(guò)程中，半剛性連接狀態(tài)下鋼框架結(jié)構(gòu)實(shí)際運(yùn)用，并提出自己相應(yīng)看法?！娟P(guān)鍵詞】半剛性連接；框架；工業(yè)建筑；應(yīng)用通常來(lái)說(shuō)，工業(yè)建筑實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，一般利用假定的方法，認(rèn)為鋼梁與鋼柱實(shí)際連

2、接過(guò)程中，始終保持完全剛接，又或者保持理想鉸接狀態(tài)。然而，這種假設(shè)忽略了現(xiàn)實(shí)情況，容易造成設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題。如果是完全剛性狀態(tài)下，鋼梁與鋼柱之間較為固定，一旦出現(xiàn)框架變形現(xiàn)象，不會(huì)出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)動(dòng)，這顯然與實(shí)際情況不符。理想鉸接狀態(tài)下，鋼梁與鋼柱間盡管可以發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，但是二者在力學(xué)傳統(tǒng)方面受到影響，彎矩難以進(jìn)行有效傳遞。由此可見(jiàn)，只有半剛性結(jié)構(gòu)才真正符合現(xiàn)實(shí)，因而工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)出于半剛性連接加以考慮。一.各國(guó)關(guān)于工業(yè)建筑建設(shè)中半剛性連接方面規(guī)定目前來(lái)說(shuō)，歐美等國(guó)家經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐探索，已經(jīng)逐漸認(rèn)可半剛性連接，并通過(guò)相關(guān)規(guī)范對(duì)半剛性連接進(jìn)行明確規(guī)定1。在1992年制定的ec3規(guī)范中，明確規(guī)定半剛性框架

3、結(jié)構(gòu)，與剛性連接、柔性連接共同組成了基本的框架結(jié)構(gòu)類型。在1986年-1989年期間，美國(guó)aisc經(jīng)過(guò)研究最終規(guī)定，鋼框架設(shè)計(jì)階段，不僅應(yīng)考慮到鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際類型，還應(yīng)充分考慮到連接形式。按照規(guī)范規(guī)定，最終確定鋼框架連接形式主要包括以下三種：第一種，剛性連接形式。所謂剛性連接是指在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，梁結(jié)構(gòu)與柱結(jié)構(gòu)之間由于保持較大剛度，因而相交構(gòu)件不會(huì)產(chǎn)生較大位移。第二種，簡(jiǎn)支連接形式。通常在假定設(shè)計(jì)中，這種連接形式在力學(xué)傳遞方面僅僅進(jìn)行垂直剪力的傳遞，而不進(jìn)行彎矩的傳遞。第三種，半剛性連接形式。在力學(xué)傳遞過(guò)程中，這種方式既可以進(jìn)行垂直剪力的傳遞，同時(shí)又可進(jìn)行彎矩傳遞。相對(duì)而言，半剛性連接更加符合工業(yè)

4、建筑設(shè)計(jì)建設(shè)實(shí)際，因而工業(yè)建筑實(shí)際建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)切實(shí)考慮半剛性連接設(shè)計(jì)。二.半剛性連接鋼框架在工業(yè)建筑中的實(shí)際運(yùn)用（一）半剛性連接模型通常來(lái)說(shuō)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還應(yīng)注重模型方面的確定。按照連接形式劃分，半剛性連接又包括多種形式，例如頂?shù)捉卿撨B接形式、矮端板連接形式、雙腹板連接形式以及單腹板連接形式等。在工業(yè)建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)節(jié)點(diǎn)彎矩及其轉(zhuǎn)角等，科學(xué)確定連接處剛度2。然而，在實(shí)際研究設(shè)計(jì)中，半剛性連接模型的設(shè)計(jì)相對(duì)較為復(fù)雜。為此，歐美等國(guó)在大量實(shí)踐基礎(chǔ)上，加強(qiáng)m-曲線研究。一般來(lái)說(shuō)半剛性連接相關(guān)的模型主要包括以下幾種：第一種，多項(xiàng)式模型。所謂多項(xiàng)式模型，主要是利用齊次方多項(xiàng)式加強(qiáng)半剛性連

5、接設(shè)計(jì)方面的描述。第二種，冪函數(shù)模型。利用m-冪函數(shù)關(guān)系式，對(duì)半剛性連接設(shè)計(jì)進(jìn)行有效表達(dá)。第三種，指數(shù)函數(shù)模型。指數(shù)函數(shù)模型通常涉及到多個(gè)參數(shù)參與。第四種，雙線性節(jié)點(diǎn)方面的強(qiáng)化模型。由我國(guó)沈祖炎教授和丁潔民教授共同提出，主張兩個(gè)角度考慮，一方面為定性分析，另一方面為定量分析，這樣可以使得結(jié)構(gòu)計(jì)算更加方便。該模型在工業(yè)建筑實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，可以將誤差大大降低，可以使誤差最多不會(huì)超過(guò)5%。（二）半剛性鋼框架研究設(shè)計(jì)盡管歐美等國(guó)在過(guò)去一直致力于鋼框架方面的研究設(shè)計(jì)，但是其設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中，仍然存在一定問(wèn)題，直到近些年來(lái)鋼框架計(jì)算才變得越來(lái)越成熟。通常來(lái)說(shuō)，半剛性連接本身較為復(fù)雜，呈現(xiàn)出明顯的形式多樣特點(diǎn)

6、，因此在實(shí)際研究的過(guò)程中，通常將其納入非線性連接考慮范圍內(nèi)?；谏鲜霈F(xiàn)象，我們只有加強(qiáng)對(duì)非線性的了解，才能使鋼結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理。并且在設(shè)計(jì)中，還要與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，從而對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行良好的參照。根據(jù)chen的相關(guān)研究，筆者提出了半鋼性框架方面研究設(shè)計(jì)步驟，主要包括以下幾個(gè)方面：第一步，應(yīng)對(duì)各單元尺寸進(jìn)行科學(xué)判斷，同時(shí)對(duì)材料規(guī)格進(jìn)行考慮。第二步，根據(jù)工業(yè)建筑實(shí)際情況，科學(xué)確定節(jié)點(diǎn)實(shí)際連接形式。第三步，借助于aisc等相關(guān)規(guī)范，對(duì)不同計(jì)算荷載進(jìn)行有效組合。第四步，根據(jù)實(shí)際情況，選取三個(gè)參數(shù)作為參考，加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)剛度方面的修改。第五步，進(jìn)行一階彈性分析，在此過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)被當(dāng)成彈簧單元。第六步，充

7、分考慮到承載力極限，并在此狀態(tài)下，加強(qiáng)框架穩(wěn)定性方面設(shè)計(jì)與驗(yàn)算。第七步，加強(qiáng)框架強(qiáng)度方面的設(shè)計(jì)與驗(yàn)算，此過(guò)程只需正常使用極限條件即可。第八步，一旦設(shè)計(jì)出現(xiàn)問(wèn)題，從第三步重新開(kāi)始設(shè)計(jì)。然而，在實(shí)際方法運(yùn)用的過(guò)程中，還應(yīng)全面考慮到框架側(cè)移等因素影響，這樣才能充分滿足實(shí)際工業(yè)建筑設(shè)計(jì)方面需求。結(jié)語(yǔ)本文淺要分析并探討了工業(yè)建筑實(shí)際建設(shè)過(guò)程中，半剛性連接狀態(tài)下鋼框架結(jié)構(gòu)實(shí)際運(yùn)用，并提出自己相應(yīng)看法。對(duì)于工業(yè)建筑實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，由于鋼梁與鋼柱實(shí)際連接過(guò)程中以半剛性連接為主，因而應(yīng)從半剛性角度加以考慮進(jìn)行設(shè)計(jì)。只有這樣，才能使設(shè)計(jì)與工業(yè)建筑力學(xué)性能相符合，并有效促進(jìn)工業(yè)建筑建設(shè)順利進(jìn)行。參考文獻(xiàn)1夏磊，張鵬鵬，王文達(dá)，等.半剛性連接鋼管