轻型门式刚架结构中关于稳定分析问题的探讨

陈婧

摘 要：门式刚架轻钢结构在现代建筑中有着广泛用，但是从实际情况来看，现行的各项规程在其稳定设计中存在许多不足之处，这将会对结构的应用造成不良影响。因此，本文主要对门式刚架轻钢结构稳定问题内容的分析，同时阐述了非对称情况下变截面式刚架临界荷载情况，通过相关分析希望进一步优化其结构设计，仅供参考。

关键词：钢架结构；稳定分析；结构稳定

1带摇摆柱刚架的稳定问题的分析

带摇摆柱刚的多跨钢架结构如图1所示，通过图1可以发现摇摆柱两端铰接，在结构中未提供任何侧向刚度，但是在结构中的中间柱的轴向力对整个结构的稳定性会造成一定影响，其会导致刚架构结构在具体应用过程中出现失稳，考虑到该内容，因此针对边柱的计算长度系数乘以一个放大系数，有用η表示放大系数。

边柱计算长度系数μ1的计算方式如公式（1）所示。

在公式（1）中，E表示弹性模量，其单位为N/mm2，Pcr表示的为钢结构在整体失稳情况下，截面轴力大小，单位为N，I和l都是钢结构的中的常数，其值依据具体结构而定。

在具体分析过程中，放大系数η可以通过公式（2）计算获取：

在公式（2）中，μ1表示的为带摇摆柱的多跨刚架边柱的计算长度系数的大小；而μ0表示的则是在除了不存在摇摆柱，其它条件都相同的情况下的计算长度系数。

在针对变截面柱小头与大头两种不同类型的截面惯性矩的具体比值，通过分析结果可以发现，其具体大小在0.028-0.72之间。在具体分析过程中，针对比值在0.4时，两跨结构进行对比分析，荷载作用下的比较结果如图2所示。

通过图2可以看出，在具体分析过程中过如果K2/K1的数值超过了0.2，此时，《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》中计算长度放大的系数相对来说比较安全，因此，并不需要对相应的计算公式进行修正，而如果K2/K1的数值处于0.1-0.2之间，则应当对《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》中计算放大系数公式进行适当修正，从而确保最终计算结果的准确性，完成对结构的合理分析。

当K2/K1的数值处于0.1-0.2之间时，对于η的计算可以通过公式（3）完成。

在公式（3）中false表示为修正系数，系统参数间《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》。

通过修正后的参数，对不同跨度的带有摇摆柱的门式钢架进行处理，最终得到的数据，更加接近模拟计算值，并且相对来说更加安全，从而提高了结构的稳定性。

2 非对称情况下变截面式刚架临界荷载分析

从实际工程的具体情况来看，刚架在具体应用过程采用的各项荷载都并不具有对称性。但是，在计算钢架的整体稳定性过程中，通常都会考虑在整个结构中，所有的柱在同一时间出现失稳的情况，这样实际上就对结构中出现的作用荷载当作对称荷载进行处理，这显然与结构的整体情况是不符的。在进行实例分析过程中，针对钢架系数，长度系数内容的分析，本次分析，主要通过变截面门式钢架平面镍稳定有限元程序完成。非对称荷载下门式刚架如图3所示。

在具体计算过程中，H的取值为6.0m，L的取值为18m；屋面的坡度为1/9，用i表示；斜梁分段参数的取值为1/3，利用a表示；整个结构中的焊接界面通过焊接的方式制作，翼缘板的规格都为248mm×9.8mm，腹板为5.8mm；楔形柱截面的具体高度主要集中在280-280mm之间，梁高在截面变化分别为580mm，280mm，580mm。β1表示的为结构竖向的荷载系数，β2表示的水平荷载比例系数，初始荷载的大小为100kN，用P表示，同时在该过程中还设置了荷载参λ=Pcr/P，为刚架整体失稳临界荷载与初始荷载的比值。在具体分析过程中，针对不同的β1和β2的组合，钢架平面内稳定有限元的计算结果也会有所不同。

通过具体分析可以发现，在对轻型门式刚架构结构进行分析过程时，柱的计算长度一方面会与结构受到的各项因素有着紧密联系，另一方面也许实际荷载情况有着一定关系。此外，结构荷载的作用形式的不同也会导致钢架的稳定性表现出一定的差异性。相应的分析结果表明，在结构中存在柱间支缓，在一定程度上可以提高结构自身的稳定性。

如果分析时，不考虑水平荷载对结构整体稳定性造成的影响，取β1=1.0（柱与柱间没有相应的支援效果）和β1=0.5（柱与柱之间存在的较大的支援作用），此时刚架整体失稳临界荷载的最大相差达到了35%。除此之外，依据分析结果也可以发现，结构中存在的水平荷载对于单层门式刚架的失稳影响并不强烈。

结束语：

通过对轻型刚架结构的稳定性进行深入分析，大量的计算结果表明：

钢结构在具体应用过程中，其受到的荷载作用并非对称分布的，这一情况的存在会对整个结构的稳定性造成较为严重的影响。因此，在问题处理时，以对称荷载方式对钢架进行处理，这在一定程度上低估了刚架结构的在具体应用中的整体稳定性。

结构受主弯矩作用影响，导致钢架结构整体平面的稳定性下降，此外屋面的坡度大小，也会对钢结构的整体稳定性造成一定程度影响。需要特别注意的是，如果屋面的具體坡度以及梁柱的具体长细比都较大时，此时要考虑主弯矩对结构稳定性造成的影响。

对带摇摆柱刚架的稳定问题进行了深入分析，同时也对非对称情况下变截面式刚架临界荷载问题进行了阐述，实现对轻型门式钢结构问题可续理解读，以供相关工作人员参考。

参考文献

[1]赵研，龚桂林.轻型门式刚架结构的特点及设计要点[J]. 四川建筑. 2014（05）

[2]林扬. 浅谈轻型门式刚架结构设计[J]. 江西建材. 2013（04）