实腹式钢柱的腹板高厚比控制

实腹式钢柱的腹板高厚比控制

Maggie

摘要本文通过对某单层钢结构厂房设计实例的分析，总结出实腹式钢柱的腹板高厚比的控制需要恰当应用，否则会造成工程用钢指标的不经济。

关键词钢结构，实腹式柱，腹板高厚比，局部稳定

在钢结构工程设计中，最关键的莫过于稳定计算，经常涉及的其一是受压构件的稳定，其二是关于板件的局部稳定。本文讨论的是后者。

先看我们所涉及的厂房基本设计资料：

梁柱材料：Q345B

屋面恒载取0.25kN/m2，活载0.3kN/m2

基本风压：0.8kN/m2

吊车荷载：8.000m标高处两台5t+5t，15.000m标高处两台32t.A5级桥吊。

边柱为单阶柱：柱顶20.000m，上段柱6.6m，刚架纵向柱距12m。

典型刚架如图：

我们对边柱截面进行假定，根据《钢结构设计手册》第三版表10-3，考虑到刚架柱距较大因素，上下柱截面尺寸如下图所示，因其它原因，下柱未采用格构式。本文主要讨论的是对于腹板厚度的取值问题。.

从下柱截面尺寸可以看出，其截面高度为1500mm，按《钢结构设计规范GB500017-2003》公式5.4.2-2、5.4.2-3计算，腹板容许高厚比为45.24，按照此值来控制的话，腹板的厚度要达到34mm才能满足。而在强度及稳定计算过程中，腹板对整个截面的刚度贡献值不明显，因此有必要考虑一下可否在满足规范的前提下，降低腹板厚度，为此我们采用18mm厚的腹板，但需要解决的问题有两个方面：

一是解决构件的问题，根据GB50017-2003的5.4.6条，不满足腹板容许高厚比时，可采用纵向加劲加强，或在计算中仅考虑腹板截面两侧部分截面的作用。

如果采用纵向加劲，无非是减少腹板计算的高度而已，而且按要求纵向加劲加在受压翼缘侧的腹板，但对于刚架柱而言，由于水平方向的荷载，风载和吊车荷载的方向皆是两个方向都得考虑，也就是两边翼缘都可能受压。

如果采用第二方案，及考虑腹板屈曲后效应，我们的计算结果如下：

用18mm厚腹板，考虑整个截面有效时

强度计算最大应力为181.49MPa，平面内外稳定计算最大应力分别为172.64MPa和189.56MPa。

考虑腹板的局部截面作用时

强度计算最大应力为204.16MPa，平面内外稳定计算最大应力分别为194.31MPa和194.16MPa。

从上面的数据可知截面计算应力值提高了12%，需要说明的是，《建筑抗震设计规范GB50011-2001》对抗震构造措施有一些规定，其中9.2.12条对单层钢结构厂房板件宽厚比有限值，但对工字形截面的腹板部分没有要求。

第二个要考虑的问题是腹板的局部稳定问题。

根据GB50017-2003 的8.4.2条构件构造要求，应加横向加劲加强，尽管上面我们采用第二种方案时，是考虑了腹板屈曲后强度，也就是说无需对腹板的局部稳定进行验算。但是实际上如果按GB50017-2003的4.3.3 条要求对腹板局部稳定进行验算的话，也是满足的。

从上面的计算结果可以看出，我们虽然没有按照腹板高厚比的控制值来确定腹板的厚度，但仍然可以满足规范的要求。而这样做所带来的有利因素则是非常可观的。仅看下段柱，高度6.88m，总重2768.37kg，如果采用34mm厚的腹板则重达4038.64kg，重量增加了45.9%之多。

采用这种方案，本工程的框架柱的用钢量一共节约达336吨。

总之，在放弃工字形腹板高厚比限值的约束后，我们实腹柱的设计应力值虽提高了12%左右，但是在用钢量上来看是非常值得关注的。