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2010年岩土工程师考试辅导:影响钢构用钢量的主要因素(3)

www.zige365.com 2009-12-6 14:22:38 点击:发送给好友 和学友门交流一下 收藏到我的会员中心

  截面惯性矩:I=73.6×106mm4

  截面弯曲横量:W=545×103mm3

  (>521×103mm3,强度计算所需截面模量)

  面积A=6336mm2

  用钢=388kg

  对于铰接柱要在四个方向拉上缆风拉杆,此时,

  用钢=A(781×10-6×8+4×201×10-6×8/cos30o)×7850=107.3kg

  为悬臂柱用钢的27%。

  d.从结构变形(刚度)上考虑问题:

  (1)对于’c’中的方管悬臂柱在柱顶作用10KN(1吨)水平力时,柱顶位移δ为:

  δ=PL3/3EI=10×83×1012 /3×2.05×105×73.6×106=113.1mm(≈L/70)(2-4)

  式中,P-力,

  L-柱高

  E-弹性模量来

  I-截面惯性矩

  (2)对铰接柱加缆风的结构,在同样荷载作用下,柱顶位移δ为:

  δ=ΣNNL/EA=[20×2×8/201×cos30o+17.32×1.732×8/781]×106/2.05×105=10.5mm (2-5)

  式中, N-荷载引起的杆件力,

  N-单位力在位移方向上引起的杆件力,

  L-杆件长度

  E-弹性模量

  A-杆件截面面积

  Σ-求和号,指对结构中所有杆件的计算求和铰接柱加缆风的结构的位移值是悬臂柱结构的10分之一。悬臂柱的柱顶位移过大,是柱高的70分之一。若将柱顶位移控制在柱高的100分之一,即80mm,则柱截面还要加大。需要的截面为310×6mm,面积为7296mm2,8m长的重量为458kg。铰接柱加上四条缆风拉杆的重量仅为其的23.4%。如果将悬臂柱的柱顶位移也控制在10.5mm左右,则方管截面要做到540×8mm。

  从以上的计算比较可见,使用支撑系统的结构用钢比不使用支撑系统的结构用钢要小得多,从而可节约建筑造价。但其缺点是支撑系统要占据一定空间位置,这一点,常与建筑美观和使用方便产生矛盾。

  一个实际工程例子非常有效地说明了使用支撑系统节约用钢的事实。马来西亚一家设计事务所设计了一幢三层办公楼,最初设计采用框架结构抵抗水平力(风力和地震力),平均每平方米的用钢达到65kg/m2。后改用支撑系统传递水平力,平均每平方米的用钢降到45kg/m2。高层结构的水平力是设计中要予以考虑的主要问题之一,支撑系统也被广泛地使用在高层结构设计中。下面例举了国内外高层结构的一些例子。图2-6上图是美国休斯敦的联合银行大厦的立面和结构体系图。图2-6下图是该大厦支撑体系的大样图。图2-7是香港中银大厦和广州某大楼的结构体系图。这些图说明了支撑体系在高层中的运用。

  因此,当销售人员与业主讨论结构布局等问题时,应该说明支撑体系的优越性和经济性。有一点应予注意,对于双跨和多跨厂房结构,边跨必须布置纵向柱间支撑的要求,已在前面提到,中间跨在原则上亦应布置纵向柱间支撑,只有当两跨跨度之和较小(例如小于40M),且无吊车荷载,而边跨刚度相对较大时,经计算后可以略去中间跨的柱间支撑。

  有时由于使用上的要求,例如门和通道等,十字形斜撑不能使用。国内外工程师们创造使用了不同形式的支撑。这些支撑的共同特点是支撑杆件直接与柱脚或基础相连,以将上部结构承受的水平力直接传入基础。

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