[发明专利]大坡度刚架柱顶支座刚度和刚架柱计算长度的计算方法

说明书

本发明涉及大坡度刚架柱顶支座刚度和刚架柱计算长度的计算方法，确定刚架柱顶支座条件，分别对两种弹簧支座形式作出计算简图；进行超静定结构求解，计算柱顶水平弹簧支座和转动弹簧支座刚度；建立刚架柱屈曲微分方程，获得计算长度系数关于支座端的水平刚度与转动刚度两个参数的超越方程；对方程进行拟合求解，确定刚架柱计算长度系数μ关于水平弹簧支座和转动弹簧支座刚度的理论公式。该方法考虑了大坡度刚架梁柱连接节点的半刚性特点，适用于大坡度刚架柱计算长度系数的实际工程设计，也可适用于坡度小于1:5的刚架结构设计，具有结构特点针对性强、计算过程简便等明显优点，填补了国内该领域的空白。

技术领域

本发明涉及属于钢结构工程计算领域，具体涉及一种大坡度刚架柱顶支座刚度和刚架柱计算长度的计算方法。

背景技术

我国现行的钢结构设计规范所规定的结构柱计算长度系数取值，是针对框架结构中梁柱线刚度比的约束情况来确定框架柱的计算长度。在计算模型中，梁与柱垂直相交，在一般的建筑结构中，具有较好的适用意义。对于门式刚架结构，《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS 102:2002)分别对有侧移和无侧移结构形式的梁柱计算长度提供了计算公式，但规范对门式刚架斜梁坡度规定了限值，以满足计算公式的基本假定要求。对于山形门式刚架，当斜梁小于23°时，通常采用将横梁拉平的计算方法，再根据有水平横梁的刚架确定柱的计算长度.然而对于门式刚架结构，梁柱节点会传递水平推力，使得斜梁产生拱效应。

在现代建筑中，由于建筑外观、空间使用、屋顶排水等需求，逐渐产生一种大坡度的刚架结构，此种结构斜梁坡度较大，斜梁坡度已超过了《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》4.1.5中，门式刚架屋面坡度宜取1/8-1/20的限值要求。大坡度刚架结构的计算不能满足《钢结构设计规范》与《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》中有关计算长度公式的基本假定，故在实际工程设计中缺乏理论依据与指导。而目前国内外的研究多针对传统框架结构或门式刚架结构，对大坡度刚架结构形式进行研究少之又少。斜梁坡度的增大，将直接影响结构的内力分布、刚度支撑作用，因而对这种结构柱的计算长度系数取值进行专项的推导与研究工作，为设计工作提供科学可靠的设计依据具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种大坡度刚架柱顶支座刚度和刚架柱计算长度的计算方法，适用于大坡度刚架柱计算长度系数的实际工程设计，也可适用于坡度小于1:5的刚架结构设计。

本发明所采用的技术方案为：

大坡度刚架柱顶支座刚度和刚架柱计算长度的计算方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

步骤一：确定刚架柱顶支座条件，分别对水平弹簧支座和转动弹簧支座两种弹簧支座形式作出计算简图；

步骤二：进行超静定结构求解，计算柱顶水平弹簧支座和转动弹簧支座刚度；

步骤三：建立刚架柱屈曲微分方程，获得计算长度系数关于支座端的水平刚度与转动刚度两个参数的超越方程；

步骤四：对方程进行拟合求解，确定刚架柱计算长度系数μ关于水平弹簧支座和转动弹簧支座刚度的理论公式。

步骤一中，在建立计算简图时，对于柱脚铰接的大坡度刚架结构形式柱子底部支座条件为铰接，顶部为水平弹簧支座和转动弹簧支座；对于柱脚刚接的大坡度刚架结构形式，柱子底部支座条件为刚接，顶部为水平弹簧支座和转动弹簧支座。

步骤二中，对于柱脚铰接的大坡度刚架结构形式，水平及转动弹簧支座位移计算简图均为一次超静定结构；对于柱脚刚接的大坡度刚架结构形式，水平及转动弹簧支座位移计算简图均为二次超静定结构。

本发明具有以下优点：