双向弯矩作用下的四肢格构钢管混凝土柱设计

双向弯矩作用下的四肢格构钢管混凝土柱设计

[摘要]由于使用需要，某码头钢管混凝土排架柱之间不能设置柱间支撑，使得排架柱处于双偏压的受力状态，给结构设计带来一定困难。参考了国内相应的规范和规程，讨论了两种整体承载力的计算方法并详细的介绍了该排架柱

的计算过程。

[关键词] 四肢构格式钢管混凝土柱；双偏压；柱间支撑；整体承载力；计算方法

Design and Calculating of the Four-limbs Lattice Concrete Filled Steel Tube

Column with Biaxial Eccentric Compression

LiWei

[abstract]：Due to demand of use, the ridge directional bracing can not be setted between the CFST column of 700t crane in the dock which causes the column in the state of biaxial eccentric compression and leads to a few difficulties in structural design.Base on domestic codes and specifications,two calculating methods of monolithic bearing capacity are discussed and the process of calculating is introduced in detail.

[key word]：four-limbs lattice concrete filled steel tube (CFST) column; biaxial eccentric compression; ridge directional bracing; monolithic bearing capacity; calculating method

前言

本项目为某柴油机生产基地顺岸式大件码头700t桥式起重机车间（平面图及剖面图见图1，2，3）。基地车间制造的成品柴油机由700t平板车运出车间到大件码头，再由码头的700t起重机吊运至驳船货舱。水工工艺要求，整个码头只可设置纵向间距为21m和29m的三榀排架，排架横向跨度为29m。由于考虑驳船及700t平板车行驶及转向需要，排架的纵向不能设柱间支撑，这使得以700t起重机纵向制动荷载为主的纵向水平荷载只能通过排架柱自身传递至基础。经分析后，车间的横向采用排架形式，排架柱采用四肢钢管混凝土柱，屋盖网架铰接于上柱柱顶。对于车间的纵向，由于700t 桥式起重机纵向水平制动荷载较大，若也采用排架结构，则排架柱在水平制动荷载作用下的水平位移很难满足容许值的要求。为减小钢管柱的水平位移，车间纵向采用刚结框架的结构形式，即在纵向的上柱柱顶(网架支座下部)固接一双肢组合钢梁，钢梁与钢柱组成纵向框架。由于纵向为刚结框架，在水平荷载作用下，会有纵向弯矩作用，再加上横向排架的弯矩作用，钢管混凝土柱受双向弯矩的作用，这成为钢

管混凝土柱结构设计的重点。

荷载及内力计算

荷载计算(以②轴处的排架为例)

屋面荷载：

屋盖采用网架结构，由于建筑要求横向立面为波浪形，故需采用双层网架，其单位面积荷载取值g1＝0.5 kN/m2。屋面彩板及檩条自重g2＝0.3 kN/m2。则

0.8 kN/m2 (标准值)

屋面活载q＝0.5kN/m2(标准值)

风荷载：

上海地区基本风压ω0=0.55 kN/m2，由

于工程位于近海地区，其地面粗糙度类别为A类，风压高度变化系数按结构总高39.9m取值μz=1.92。整个排架仅在阶形柱的上柱部分有围护结构，此部分的风载体形系数μs1=+0.8(向风面)；μs2=-0.5(背风面)。阶形柱的下柱部分无围护，其风载体型系数按《建筑结构荷载规范》[5]中表7.3.1中项次34的圆钢塔架类别进行选取，其横向挡风系数＞0.5，且μzω0d2＞0.015,故此部分的体型系数μs=1.9×0.6＝

1.14。本结构的基本自振周期T1=0.477s＞0.25s,故应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振影响，其风振系数

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吊车荷载：

根据吊车资料，吊车工作制级别：A5；吊车起重量Q=700t，两台小车自重G1=300t，桥架重G2=370t；最大轮压PVmax＝820kN,最大水平轮轮压PHmax＝650kN （此为吊车设计单位按吊车发生卡轨的可能而考虑的荷载）；

则作用于排架柱的最大反力：

Dmax＝P Vmax×(1+La1/ La+…+ Lb/ Lb+…)

＝820×10.19=8364kN

作用于排架柱的最小反力：

Dmin＝PVmin×Dmax/ PVmax=3485kN

吊车横向水平制动荷载：

TH=＝33.3kN

Tmax＝TH×Dmax/ PVmax=340kN

此荷载值比吊车资料中的PHmax小，且不可能与PHmax同时作用，故在横向排架的计算中仅考虑

PHmax=650kN作为横向水平荷载。

吊车纵向水平制动荷载：

TZ＝0.1×(吊车一侧刹车轮最大轮压之和)

＝0.1×(6×820)=492kN

其余附加荷载：

a．纵向刚结桁架式钢梁自重产生的集中

力：F1=265kN (恒载)

b．箱形吊车梁和制动结构以及吊车轨道联结件自重产生的集中力：F2=45.5×24=1091kN (恒载)

地震荷载

抗震设防烈度为7度，场地类别为Ⅳ类。由于本工程的吊车为软钩吊车，地震作用不考虑吊重的重力，所以其组合不会起控制作用，但在进行电算时仍考虑地震作用。

内力计算说明

横向排架及纵向刚接框架利用PKPM软件STS程序进行内力计算。横向排架即按普通的钢结构厂房的排架形式进行计算，计算所得的结果为竖向轴力N、横向弯矩Mx和剪力Vx。纵向刚接框架取A轴或B轴的一榀框架输入。由于程序中无双肢组合式钢梁的截面形式，故采用与此截面相同（截面积及惯性矩均相同）的双肢（工字形）格构柱形式输入程序中。为了在进行钢管混凝土柱设计时内力不重复计入，故在纵向框架计算时分为两种工况：1.吊车纵向水平制动荷载作用（作用与中柱与边柱的两种情况）2.纵向风荷载作用。以上两种工况单独计算，其所得的内力为纵向弯矩My和剪力Vy。横向排架与纵向框架的内力计算结果即作为钢管混凝土柱设计的控制内力。另外，由于整个结构的6根立柱中4根位于重件码头上，另2根则位于码头外侧的墩式