钢异形柱承载能力研究及其应用
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该项目提出用热轧H型钢组合成L形、T形和十字形截面柱,称它们为钢异形柱,用于住宅建筑,以满足室内不露柱的建筑要求。我国现行《钢结构设计规范》对十字形柱和T形柱给出了设计计算公式,但没有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,该课题将研究L形钢柱承载力,既能完善我国钢结构住宅技术应用基础研究,促进我国钢结构住宅建筑技术发展,又能丰富我国钢结构设计理论,具有理论和现实意义。
项目主要成果是:
①从薄壁柱理论的任意截面柱弯扭屈曲相关性一般方程出发,首先研究了任意截面的理想氰柱轴心受压特性,求解了轴压P的一元三次方程,通过分析方程根的性质,求出了任意截面的理想直柱轴心受压临界力公式。进而引入换算长细比,进行了柱缺陷性分析,得出工程上任意截面柱轴心受压稳定计算公式,并用L形截面柱为例,进行了轴向受压试验验证对比分析。为便于工程应用,还计算了几种常见的用H型钢拼接成的L形截面的几何特性参数列表;
②根据工程实际设计计算方便,分析化简了一般方程。并以化简的方程为参考,用梁柱理论和叠加法推导出任意截面柱压弯组合稳定承载力的工程实用设计计算方程。并以L形截面柱为例,做了几组偏心受压试验对昆分析,验证所得方程是合理的和偏于全的;
③工程应用,用热轧H钢拼接成L形、T形和十字形截面柱建造了一幢钢结构住宅。
该项目成果主要为适应钢结构住宅建筑需要而开发的钢异形柱结构体系,用于建造低层和多层钢结构住宅,为其提供设计训一算依据。与国外用薄壁冷弯C型钢建造钢结构住宅相比,具有更好的耐久性和抗震性,符合我国国情,是一种中国式的轻钢住宅结构体系。随着奥运场馆以及大形公共建筑的建设高潮回落,我国大最的钢材必然走向一般民用建筑应用,而民用建筑中量大面广持续时间长的是住宅建筑,研发具有中国国情的钢结构住宅体系既符合我国住宅产业化要求,也符合拉动内需、带动相关产业发展的经济增长要求,具有较大的社会效益和经济效益。