孫秀成 莊新玉

摘 要 隨著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和現(xiàn)代結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的進(jìn)步，原有的簡(jiǎn)單、粗放、易于操作的設(shè)計(jì)方法，逐漸被復(fù)雜但是精確的設(shè)計(jì)方法取代。在新版的門(mén)規(guī)、鋼規(guī)、高鋼規(guī)中引入了屈曲分析和二階分析法、完全法等設(shè)計(jì)方法，這就對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件程序設(shè)計(jì)和規(guī)范理解提出了更高的要求，本文根據(jù)工程實(shí)踐和理論分析對(duì)STS門(mén)剛設(shè)計(jì)中存在的若干問(wèn)題進(jìn)行討論。

關(guān)鍵詞 SAP2000二次開(kāi)發(fā);STS;屈曲分析;屈曲因子;門(mén)式鋼架;長(zhǎng)細(xì)比

1力學(xué)分析

新版的門(mén)規(guī)和老版門(mén)規(guī)在柱長(zhǎng)細(xì)比驗(yàn)算中柱子的回轉(zhuǎn)半徑取法不同，老版的門(mén)規(guī)柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)計(jì)算時(shí)回轉(zhuǎn)半徑按照小頭截面取值，新版門(mén)規(guī)柱的回轉(zhuǎn)半徑取得是大頭。由此相應(yīng)柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)u也要相應(yīng)的修改。無(wú)論采用哪種方法計(jì)算，柱子的屈曲荷載pcr是不變的。

pcr大= pcr小，

pcr大=π2EI大/（u大L）2，

pcr小=π2EI小/（u小L）2，

u大/u小=（I大/ I小）0.5，這個(gè)比值在一般的項(xiàng)目中大概是2～4之間變化。

λ大/λ小=（A大/A?。?.5>1.0（約等于1.0～1.2）[這也是新規(guī)范的進(jìn)步之處]。

pcr大、I大、u大、λ大、A大—按照大頭計(jì)算的柱的屈曲荷載、截面慣性矩、計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)、長(zhǎng)細(xì)比、截面面積;

pcr小、I小、u小、λ小、A小—按照小頭計(jì)算的柱的屈曲荷載、截面慣性矩、計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)、長(zhǎng)細(xì)比、截面面積。

因此新規(guī)范計(jì)算的柱子的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)會(huì)是按照老規(guī)范計(jì)算的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的2～4倍，長(zhǎng)細(xì)比會(huì)比按照老規(guī)范計(jì)算結(jié)果略大。

基于以上分析本文以一個(gè)小門(mén)剛為例分別在pkpm3.1.6、3.2、4.1等版本上進(jìn)行計(jì)算，并分析計(jì)算結(jié)果的合理性。柱下端截面I=0.00001968，i=0.0632，上截面I=0.0000987，i=0.1258.門(mén)剛高度3m，跨度3m，如下圖1所示。

為了找出pkpm的問(wèn)題，筆者基于VS2010平臺(tái)采用C#編程語(yǔ)言對(duì)SAP2000進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，編寫(xiě)了JSCD.DLL（計(jì)算長(zhǎng)度）的插件，該插件基于整體的屈曲分析理論，求出柱的屈曲荷載pcr，根據(jù)pcr=π2EI/（uL）2反算出柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)u，如下圖2所示[1]。

2PKPM3.1.6版本的問(wèn)題

（1）以上模型按照附錄A.0.8的方法計(jì)算，結(jié)果如下圖3，圖4所示：

（2）以上模型按照附錄A.0.1～A.0.6的方法計(jì)算，結(jié)果如下圖5，圖6所示：

可以看出以上兩個(gè)結(jié)果差異巨大，計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)翻倍，長(zhǎng)細(xì)比也翻倍，計(jì)算結(jié)果有問(wèn)題。Sap2000計(jì)算出的柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，按照小頭截面計(jì)算得到的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)為1.7（如下圖7所示），按照大頭截面計(jì)算得到的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)是3.8（如下圖8所示）。

（3）結(jié)果分析

3.1.6版本的程序中按照附錄A.0.8計(jì)算方法計(jì)算得到的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)仍然是按照小頭來(lái)算的，和現(xiàn)行規(guī)范按照大頭來(lái)算是不符合的。但是和老規(guī)范的算法是符合的，回轉(zhuǎn)半徑也是按照小頭取值，長(zhǎng)細(xì)比λ小=2.925×1.79/0.0632=83。計(jì)算結(jié)果和實(shí)際結(jié)果比較接近。

3.1.6版本的程序中按照附錄A.0.1～A.0.6計(jì)算方法計(jì)算得到的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)是按照大頭來(lái)算的，符合現(xiàn)行規(guī)范。但是回轉(zhuǎn)半徑取得確是按照小頭來(lái)取值的，長(zhǎng)細(xì)比λ=2.925×3.85/0.0632=179，計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比放大了一倍。而實(shí)際的計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比應(yīng)為λ大=2.925×3.85/0.1258=89。

3PKPM3.2和4.1版本中的問(wèn)題

（1）以上模型按照附錄A.0.8的方法計(jì)算，結(jié)果如下圖9，圖10所示：

（2）以上模型按照附錄A.0.1～A.0.6的方法計(jì)算，結(jié)果如下圖11，圖12所示：

（3）結(jié)果分析

3.2和4.1版本的程序中按照附錄A.0.8計(jì)算方法計(jì)算得到的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)仍然是按照小頭來(lái)算的，和現(xiàn)行規(guī)范按照大頭來(lái)算是不符合的。和老規(guī)范的算法是符合的，但是回轉(zhuǎn)半徑確是按照大頭取值，長(zhǎng)細(xì)比λ小=3.0×1.79/0.1258=43。計(jì)算結(jié)果和實(shí)際小了一半左右。

3.2和4.1版本的程序中按照附錄A.0.1～A.0.6計(jì)算方法計(jì)算得到的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)是按照大頭來(lái)算的，符合現(xiàn)行規(guī)范?；剞D(zhuǎn)半徑取值也是按照大頭來(lái)取值的，計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比為λ大=3.0×3.85/0.1258=92。符合現(xiàn)行規(guī)范。

由于某些工程中存在搖擺柱，必須按照附錄A.0.8計(jì)算方法計(jì)算，此時(shí)建議用2.2版本驗(yàn)算柱子，這也只是一個(gè)委曲求全之策。

4結(jié)束語(yǔ)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件雖然給我們提供了方便，但是作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師一定要有自己的判斷。本文討論的問(wèn)題僅代表個(gè)人觀點(diǎn)，主要是考慮我們單位做的工業(yè)項(xiàng)目比較多，上面提到的問(wèn)題有些對(duì)結(jié)構(gòu)安全存在較大隱患，有些對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性又有較大影響，考慮到保護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師，寫(xiě)了這些材料。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳驥.鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論與設(shè)計(jì)（第五版）[M].北京：科學(xué)出版社，2001：51.

[2] 陳紹蕃.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].北京：科學(xué)出版社，2005：79.