X型柱间支撑失稳因素的探讨及处理方法

摘要： 通过对X型柱间支撑理想状态下与实际工程中受力、变形的分析，得出由于实际工程中支撑的加工，安装存在误差而产生初始变形，导致支撑在受力过程中出现传力滞后现象，并在反复荷载作用下，使得支撑横向变形过大，甚至产生破坏。并给出了一些相关的建议供大家参考。

关键词：柱间支撑，受拉杆件，受压杆件，长细比

Abstract: based on the X between the columns support ideal condition and in practical engineering stress and deformation of the analysis, it is concluded that because in practical engineering support of processing, the installation of existence and create initial deformation error, lead to support in the stress process in power transmission lag phenomenon, and in repeated load, make the lateral deformation of support too big, or even damage. And give some relevant Suggestions for your reference.

Keywords: between the columns support, the pole pieces, was discussed.the, slenderness ratios

中图分类号：TU391文献标识码：A 文章编号：

概述

随着钢结构在国内的逐渐成熟，厂房、办公楼等钢结构建筑物与构筑物等主结构部分越来越趋于体系化、标准化、规范化，但是次结构部分纷繁复杂，类型的多样，像柱间支撑的设计与应用，需设计人员先进行一些深入了解，以求设计方案更合理完善，本文着重对常用的X型柱间支撑的一些问题提出来跟大家探讨一下。

柱间支撑的问题

在单层钢结构厂房中，X型柱间支撑双向受力性能相同且连接简单，因此在单层钢结构厂房中较为常见。目前较为常见的X型柱间支撑的设置有图1中的单层，与多层形式。

图1常见的X型柱间支撑形式

2．1理想状态下的柱间支撑的受力分析

若柱间支撑按受拉杆设计，在理想状态下，柱间支撑的受力体系由仅受拉的斜杆、纵向刚性系杆或吊车梁以及柱组成，形成受力体系。如图2（a）所示。图2理想状态下柱间支撑体系变形

在理想状态下，柱间支撑的加工、安装不存在任何缺陷，当结构施加向右的纵向水平力P时，使得结构图2产生向右的位移∆1。由于纵向刚性系杆或吊车梁以及柱的刚度较大，忽略其轴向变形，图2中X型柱间支撑A杆受压，而B杆受拉。在理想状态下，根据变形协调条件，纵向水平力P在A杆受压失稳而卸载的同时B杆的受拉内力逐渐增加，将杆件A，B按受拉杆件设计，最终A杆失稳退出工作，B杆承担全部的纵向水平力P。支撑体系为几何不变体系，结构是安全的。若纵向水平力P反向施加于图2所示的结构上时，A杆受拉，B 杆受压，纵向水平力P在B杆受压失稳而卸载的同时A杆的受拉内力逐渐增加，故该支撑体系仍为几何不变体系，结构仍是安全的。综上所述，当柱间支撑杆件在理想状态下按受拉杆件设计时，结构在往复水平力的作用下，A,B杆的受力状态连续不断交替变化。其应力变化差为∆σ=σmax-σmin=σmax-PCr(临界力PCr=π2EA/λ2) [1],因此要使得应力变化差∆σ变小接近于∆σ=σmax-0=σmax，就必须使得受压杆件不要太强，一受水平力P马上退出工作。因PCr与λ成反比，故在支撑杆件按受拉杆件设计时，所选取构件的构件长细比，在不超过规范容许值的情况下，尽量选的大一些。

2．2工程实际中柱间支撑的受力分析图3存在初始变形的柱间支撑体系变形

上述柱间支撑的受力是在理想状态下的情况，但是在实际工程中，由于加工安装误差等原因，当支撑体系的杆件没有采取张拉设备或初始安装在自重作用下挠曲时，必然会有初始变形，使得在开间及高度相同的情况下，图3(a)中的杆件A’，B’的长度分别大于图2(a)中的杆件A，B的长度，即，L2>L1。另外，对于吊车梁下柱的柱间支撑，采用圆钢支撑其长细比较大，使得圆钢支撑的柔度较大，其受压能力较小，可忽略其承压的作用。但是若采用轧制型钢构件，其长细比远比圆钢支撑要小，不能忽略其承压的影响。

例如吊车沿厂房纵向运行时产生纵向水平力，可模拟为纵向水平力P向右施加于图3所示的结构上，此时A’杆受压，而B’杆应受拉。由于实际工程中加工，安装误差的存在，使得受拉杆件B’在受压杆件A’受压的同时并未立即承担受压杆A’卸载后应当承受的拉力，而是产生一个传力的滞后现象(由杆件初始变形产生∆=L2-L1)，从而受压杆件A’的变形进一步加大，横向变形也不断的增大，杆件的轴线变成了S形；同样，当吊车反向运行时，纵向水平力P反向施加于图3所示的结构上时，在A’杆的横向变形恢复之前，杆件不能承担拉力，一直到横向变形完全消失与初始变形完全消耗，杆件A’承受的拉力才能不断的增大。在此过程中，当B’杆受压卸载时，A’杆的变形还没有消失，不能承受拉力，从而使得B’杆的横向变形加大，B’杆的轴线也会变成S形。在实际的工程中，由于加工、安装误差的处在，支撑杆件发生传力的滞后现象[2]，在往复水平力作用下，使得同一根支撑杆件的应力差变大，杆件更易发生疲劳，结构构件及其连接部位的承载能力大大降低，杆件的轴线变成了S型，甚至在支撑的连接部位出现裂纹。

解决问题的相关建议

1 ，对于支撑按受压杆件设计时，假设初始加工、安装误差产生的初始变形为∆L。胡克定律∆L=F*L/(EA),则图3中由于初始变形导致的传力的滞后现象的存在，必须使得压杆A’具有在B’杆达到受拉时而不被压屈服的承载能力：P/A=∆L*E/L2 ≤N/(ψ*A)≤fy。若采用Q235钢材则f=215N/mm2,则∆L*E/L2=206x103x(∆L/L)≤215，(∆L/L)≤1/1000。当B’达到σmax(杆件受拉为正)时候，若反向施加P于图3(b)结构时，则B’杆件中的应力马上由σmax变σmin (杆件受压为负)，应力变化差∆σ=σmax-σmin很大，如此往复施加荷载，使得构件的承载能力大大降低。故实际工程中若柱间X型支撑，采用长细比较小的轧制型钢构件时，应控制其初始加工、安装误差，使支撑杆件不出现横向变形。对使X型支撑杆件采取一定的措施，使得误差控制在误差允许的范围之内，从而使其在往复水平力作用下不出现传力滞后现象[2]，并使得受拉设计的柱间支撑能充分发挥支撑体系的作用，满足厂房纵向结构的稳定和承载力要求，保证结构的空间性能。因构件加工、安装误差等初始变形存在，且P/A=∆L*E/L2 ≤N/(ψ*A)，所以建议将上式变形扩大2.0倍，并将上式变为2.0*P/A=1.2*∆L*E/L2=2.0*1/1000*206*103≥1/ψ*215得ψ≥0.521则对于λ宜取在小于100为好。

2 ，对于支撑按受拉杆件设计时，同样由于初始加工、安装误差产生初始变形，且在往复荷载作用下，使得支撑构件的横向变形加大，导致破坏，故此支撑按受拉杆件设计，实际工程中亦必须处于张紧状态。

总结

1）在X型柱间支撑设计过程中，按受拉杆件的设计时，柱间支撑的长细比在不超过规范的容许值的情况下，尽量选的大一些；按受压杆件设计时，考虑到加工，安装的误差存在初始变形，长细比λ宜取在小于100为好。

2）按受拉杆设计时的X型柱间支撑往往比按受压杆设计要求节省钢材，建议X型柱间支撑受拉杆设计。

3）按受压杆设计时，在保证加工、安装质量的前提下，应避免出现初始变形，尽量采取措施使柱间支撑杆件张紧，使柱间支撑构件在往复荷载作用下不出现传力滞后现象[2]。

参考文献

孙训方，方孝淑，关来泰。材料力学。北京：高等教育出版社。2002

陈友泉，魏潮文。轻钢结构支撑体系内力计算及设计问题探讨。建筑结构，2003,33（7）；13-15

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