1、前言
在钢结构住宅设计中,结构体系主要是用热轧H型钢建造多层(4~6层)或小高层(7~18层)的框架结构,H型钢柱截面尺寸一般在200mm×200mm至400mm×400mm,再加上保护层和饰面,柱子在室内凸出,影响建筑美观,使用不方便。其实,钢筋混凝土框架结构也存在类似的问题,但钢筋混凝土结构为此研究了一种异形柱(肢长和肢宽比为2~4,区别于短肢剪力墙─肢长和肢宽比为5~8),应用于住宅建筑中,较好地解决了室内柱角凸出的问题。由此设想,在钢结构住宅建筑中若能使用钢异形柱,就能解决钢结构住宅建筑室内柱角凸出问题。例如中柱用十字形截面、边柱用T形截面、角柱用L型截面,它们都由H型钢和T型钢组合而成,我们称它们为钢异形柱,如图1所示。我国现行《钢结构设计规范》第5.2条对十字形柱和T形柱给出了设计计算公式,但没有图1(c)所示L形柱的设计计算方法,有关资料查阅也未见这方面的研究报导文献。因此,本文将研究L形钢异形柱承载力,为钢结构住宅应用做理论研究。
本文用弹性薄壁柱理论,推导了任意开口截面柱弯扭屈曲相关方程,并由此简化到单轴对称截面、双轴对称截面的柱压弯屈曲经典方程。进而研究了L形截面柱轴向受压的承载力及其φ-λ曲线,以便工程设计应用。
2、任意开口截面柱弯扭屈曲相关方程
将上式写为: ,由 ,即可得任意截面柱弯扭屈曲相关方程:
4、总结
本文提出了L形钢异型柱,并用弹性薄壁柱理论的任意截面开口薄壁柱弯扭屈曲相关方程,为L形截面钢柱应用研究提供了理论基础。本文提出的L形截面钢柱由普通热轧H型钢和T型钢组合而成,不仅满足了钢结构住宅建筑的需要,而且它不同于角钢而具有边缘约束构件,故承载力比同截面面积的H型钢高,有进一步研究的理论和实际意义。