十字型刚架中轴压柱面外稳定性设计方法研究

摘要

出于使用功能的考虑,在多高层结构中多层楼板抽空后形成通高区。在通高区内,外筒框架柱无任何面外支撑,其面外失稳常常控制结构的设计。该文针对通高区多层群柱的基本组成单元——两层两跨的十字型刚架中轴压柱的面外稳定性能进行了研究,提出了其面外稳定性设计方法。首先,剖析了十字型刚架中轴压柱发生面外失稳的主要影响因素,并按照面外支撑刚度相等的原则提出了等效研究模型,即柱跨中带侧向弹簧支撑的轴压柱。然后,通过对等效模型的弹性屈曲研究发现:当弹簧支撑刚度K低于其弹性临界值K e,th,柱子的屈曲荷载随弹簧刚度K线性增加;而当K≥Ke,th时,柱子的屈曲荷载保持不变。据此特征该文建立了柱子的屈曲荷载和计算长度系数与柱跨中弹簧刚度K的简化关系式,并给出了弹性临界支撑刚度K e,th的计算公式。最后,通过对等效模型的弹塑性极限承载力研究,验证了采用该文提出的计算长度系数计算公式并结合我国钢结构设计规范中柱子稳定曲线对轴压柱进行稳定性设计是适合的,但对中小长细比的柱子太过富裕。同时,极限承载力研究还发现了等效研究模型弹塑性失稳对应临界支撑刚度K u,th弱于弹性柱子对应的K e,th,而且当实际支撑刚度小于K u,th时,柱子的稳定系数也表现为随弹簧刚度线性变化。通过深入剖析,提出了K u,th的计算公式,并基于此建立了更加简便、精确的轴压柱稳定性简化设计公式,从而构建起了一种新的设计方法。