作者：倪文兵
**：《科協論壇·下半月》2023年第01期
摘要：從理論方面出發，並經例項分析，得出採用鋼管截面作為門式剛架搖擺柱，較之採用h型鋼作為搖擺柱，更加合理的結論。
關鍵詞：搖擺柱軸心受壓構件穩定應力合理
中圖分類號：tu22 文獻標識碼：a 文章編號：1007-3973（2013）001-007-03
門式剛架鋼結構房屋現被廣泛應用於工業建築廠房、倉庫，得益於國家行業標準《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》的制定與推廣，也得益於計算機輔助設計軟體pkpm之sts門式剛架模組、3d3s門式剛架模組的使用方便，為設計者提供了高效的工具。然而一些參考書籍、程式，在進行門式剛架設計時，基本上將門式剛架鋼結構的柱構件侷限於h形截面鋼柱，筆者認為對於門式剛架結構的搖擺柱，是不適宜的。
門式剛架搖擺柱在門式剛架榀中的位置如圖1所示。
顯然，門式剛架的搖擺柱，除了山牆面上（可能受風橫力作用）的之外，因為兩端鉸接，為軸心受壓構件。軸心受壓構件，主要受穩定應力控制。它與構件的長細比成正比，計算公式為：
=，其中，叫做軸心受壓構件的穩定係數，取截面主軸穩定係數中的較小者，是與長細比相關的函式，愈大， 愈小（見鋼結構設計規範附表c）。一般雙軸對稱構件，=l x0/ix0，= l y0/iy0 。顯然，當構件的長度l相同時，構件的迴轉半徑愈大，愈小，意味著可以得到較大的穩定係數。
對於同等延公尺重量的截面，h形截面構件，較之鋼管截面構件，其弱軸線的迴轉半徑要小得多。具體計算就不在此處贅述了，舉例說明如表1。
由表1可知，同等重量兩種截面，圓鋼管截面的迴轉半徑差不多大兩倍。換言之，同等迴轉半徑，圓鋼管截面重量僅為h形截面的一半。
當採用h形截面材料作為搖擺柱時，為了解決弱軸向穩定性的問題，一般在柱間沿高度向設定柱間支撐，形式如圖2。
這樣做相較單純加大h形柱截面，可以降低用鋼量，比較經濟一些，但是乙個是增加了施工工作量，二是在車間內因剛性系杆的設定，大大降低了車間交通使用高度，有時這個顯得很重要。
即使按上述方法設定支撐，當搖擺柱截面為h形截面時，結構整體經濟性仍較採用鋼管截面柱作為搖擺柱的方案差。下面以乙個工程的兩個結構方案進行比較，結論很清楚。
該工程專案屬於昆鋼集團耐火材料廠，為乙個工業廠房，廠房跨度（總跨度）60m，長度150m，簷口高度8m，屋面坡度0.12，屋架榀間距6m。其實際設計搖擺柱採用h形截面柱，門式剛架榀截面、搖擺柱縱向支撐設定分別如圖3、圖4所示。
當搖擺柱設定為圓鋼管截面時，柱間不用設定柱間支撐，門式剛架榀截面如圖5。
兩種方案中，h形截面搖擺柱使用h220x150x6x6；鋼管截面搖擺柱使用203x4.0，結構計算結果分別如圖6、圖7所示。
由圖6、圖7可見，此時兩方案搖擺柱的穩定應力（控制應力）分別為0.77、0.78，非常接近。
（以上計算使用pkpm程式，sts門式剛架模組計算，輸入引數為：荷載標準值：恆載：
0.2，活載：0.
3，風載：0.3，雪載：
0.3，採用輕鋼規範，勾選鋼梁還需按壓彎構件計算穩定性）
搖擺柱柱列兩方案用鋼量比較列表如表2。
由表2可看出，採用鋼管做搖擺柱的方案可節省用鋼量7.6噸。
可能有人會說，採用鋼管柱，與h形截面屋面斜樑的鉸接節點不好做。筆者認為這個並不複雜，根據鋼管的受力特點，此節點形式可以採用圖8、圖9兩種形式。
綜上所述，採用鋼管作為搖擺柱，較之用h型鋼做搖擺柱，更為合理，體現在以下幾個方面：
（1）用鋼量更少，直接體現了經濟性。
（2）提供更高的內部使用高度，滿足建築使用的特殊需要。
（3）減少柱間支撐體系，減少製作安裝的工作量。
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