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        目前網(wǎng)（殼）架及鋼結(jié)構(gòu)中值得探討的問題
        
                                  
                    
        作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    					
        
					時間：2009-12-22 20:32:03					[收藏]
        
               
        
                
        				
        				
        

               
        
               
          
				丁蕓孫      中國航空設(shè)計研究院
          


          


          


          
2、網(wǎng)架規(guī)程認(rèn)為計算公式是試驗回歸的結(jié)果，而網(wǎng)殼規(guī)程認(rèn)為Φ500以上的球是理論分析的結(jié)果，是理論分析，還是試驗回歸，或半理論半試驗公式是否應(yīng)明確定性，如果是試驗回歸，Φ500以上球試驗很少就不能將公式延伸至Φ900，如果是理論分析如何說明沖剪破壞的機理，為什么同樣直徑的球在鋼管周長的單位長度沖剪強度當(dāng)直徑Φ89與Φ500差到3倍，是不是復(fù)雜應(yīng)力破壞，如何說明沖剪強度與鋼管壁厚沒有關(guān)系，而在數(shù)量極少的試驗資料中Φ650的壓肋球試驗結(jié)果4000KN而按網(wǎng)殼規(guī)程驗算應(yīng)可達4534KN，成熟的理論計算公式不應(yīng)該在僅有個別試驗情況下都包絡(luò)不住。
          
3、即使我們認(rèn)為是成熟的理論公式是否也應(yīng)對超大直徑球進行了一定數(shù)量破壞試驗，以確保公式的科學(xué)性與可靠性。
          
因此我們認(rèn)為目前設(shè)計中采用超大直徑球時應(yīng)慎重對待。
          
二、鋼結(jié)構(gòu)的圍護結(jié)構(gòu)是否要乘以陣風(fēng)系數(shù)
          
風(fēng)分為平均風(fēng)即穩(wěn)定風(fēng)和脈動風(fēng)，由于瞬時風(fēng)壓可能比平均風(fēng)壓高出甚多，因而要乘以風(fēng)壓脈動的陣風(fēng)系數(shù)，陣風(fēng)系數(shù)各種規(guī)范不同，如我們將10分鐘平均風(fēng)速折算到瞬時風(fēng)速即要乘以1.5系數(shù)，折算為風(fēng)壓陣風(fēng)系數(shù)為（1.5）2＝2.25,目前我國規(guī)范陣風(fēng)系數(shù)為2左右.
          
鋼結(jié)構(gòu)在瞬時荷載下應(yīng)力可提高，如地震規(guī)范規(guī)定在瞬時地震下根據(jù)結(jié)構(gòu)的塑性程度鋼結(jié)構(gòu)可考慮承載力抗震調(diào)正系數(shù)梁柱可用0.75，其含義即考慮塑性材料在瞬時荷載下應(yīng)力的提高。對于玻璃幕墻圍護結(jié)構(gòu)由于玻璃是脆性材料在瞬時下應(yīng)力不允許提高，因此考慮陣風(fēng)系數(shù)是理所當(dāng)然，但目前許多設(shè)計均將鋼結(jié)構(gòu)的圍護結(jié)構(gòu)乘以陣風(fēng)系數(shù)，即使設(shè)計未乘,審查單位也會要求加上，鋼結(jié)構(gòu)圍護結(jié)構(gòu)是否要乘陣風(fēng)系數(shù)，乘了后有何后果很值得探討，如果塑性的鋼結(jié)構(gòu)圍護結(jié)構(gòu)考慮陣風(fēng)系數(shù)，那么脆性的玻璃幕墻陣風(fēng)系數(shù)要不要再加大，現(xiàn)在大臺風(fēng)下均是圍護結(jié)構(gòu)掀起破壞，大部分是連接不強，很少主體結(jié)構(gòu)倒塌，如果鋼結(jié)構(gòu)的圍護結(jié)構(gòu)加強了2倍多，會不會大臺風(fēng)下圍護結(jié)構(gòu)挺住了而主體結(jié)構(gòu)倒塌。
          
三、規(guī)范規(guī)定基本自振周期下大于0.25S 的工程結(jié)構(gòu)如房屋屋蓋及各種高聳結(jié)構(gòu)均應(yīng)考慮順風(fēng)向風(fēng)振影響。風(fēng)力一般有順風(fēng)力、橫向力及扭力矩，對稱結(jié)構(gòu)雖然旋渦有不對稱存在但橫向風(fēng)及風(fēng)扭力矩影響很小可忽略，順風(fēng)效應(yīng)將是主要作用，現(xiàn)在風(fēng)振即是順風(fēng)向。脈動風(fēng)屬于隨機動力特性，對于剛度較小風(fēng)力下變形較大的結(jié)構(gòu)在脈搏動風(fēng)情況下會引起某種程度的共振，引起風(fēng)振，一般高聳建筑即會風(fēng)振，對于剛性建筑則不會引起風(fēng)振，絕對剛性的建筑是不存在的，只能是風(fēng)振影響小可不考慮。
          
過去的經(jīng)驗是高寬比小于1.5的結(jié)構(gòu)即不考慮風(fēng)振，現(xiàn)規(guī)范以T?0.25S為判斷，不少屋蓋結(jié)構(gòu)都要考慮風(fēng)振。規(guī)范風(fēng)振公式都僅適用于高聳建筑，風(fēng)振計算又較復(fù)雜，也無統(tǒng)一算法，一般設(shè)計單位都難以計算，而審查單位又往往根據(jù)規(guī)范一定要設(shè)計提供風(fēng)振計算，使設(shè)計單位非常為難，因此目前迫切希望規(guī)范能提供一些具體規(guī)定跨度超過多少，高寬比大于1.5的才要計算，另外也可以總結(jié)目前計算結(jié)果提出算法，如一般屋蓋計算的最大風(fēng)振系數(shù)約為1.4，風(fēng)振系數(shù)分布對四邊支承結(jié)構(gòu)為鍋底形，三面支承結(jié)構(gòu)為菠箕形，固定柱支承附近風(fēng)是振不起來的。
          
四、目前我們的計算均是“滿應(yīng)力優(yōu)化設(shè)計”，因此有的相鄰桿截面大小相差較大，現(xiàn)有規(guī)定認(rèn)為這不利于塑性重分布，因此要求相鄰截面之差限制在1-2級規(guī)格，這樣給設(shè)計帶來了“為難”如按此要求所有的設(shè)計程序計算后均需進行人工調(diào)正，設(shè)計工作量大為增加難以實行，是否有此必要也值得探討。我們分析內(nèi)力塑性重分布是有一定規(guī)律的，基本根據(jù)載面大小來分布，如在一條力線上如果斷了一根桿，力就難以分配到前后桿，只能分配給左右桿，一般與力線平行的左右桿其截面不可能相差很大，這樣斷桿的力分到左右桿。根據(jù)Mero規(guī)程，當(dāng)一根桿已斷內(nèi)力重分布時已屬于體系可靠性，其安全度達到K=1.0即可，而斷的桿件通過橫向桿傳到左右桿，雖然橫向斷面與主桿可能相差較大，但短距離傳到左右桿還是能保證的，因此不需要因塑性重分布將相鄰桿均加大到只差1-2級。
          
前一階段由于美國哈特福特109.7×91.4m網(wǎng)架倒塌，雖然查明倒塌原因是支撐布置不當(dāng)，腹桿失穩(wěn)，支撐偏心，但國內(nèi)外仍有人提到網(wǎng)架會“漸進破壞”“多米諾效應(yīng)”即一根桿失穩(wěn)會引起連鎖反應(yīng)逐步失穩(wěn)倒塌，國內(nèi)還有試驗驗證了一根桿破壞連續(xù)引起其它桿破壞而倒塌，但我們認(rèn)為這是由于試驗受條件限制，即安全度均用加大荷載來表達，實際上安全度是包括材料的勻質(zhì)，計算的準(zhǔn)確性及其它因素，從失效概念來分析，即一根桿斷后，第二桿斷的安全度可降低，因為極端不利條件使第一根桿斷裂，而第二根桿就不可能那么巧又碰上同樣極端不利條件，根據(jù)mero規(guī)程第二根斷裂時安全度可降低1.8倍，那么第二根桿壞時試驗荷載應(yīng)降低1.8倍才對，而現(xiàn)在試驗并不是這樣做的，而是繼續(xù)在試驗荷載不變下，當(dāng)然第二根桿就連續(xù)斷裂而連鎖破壞，這不符合真實情況，上述觀點也可由國外用正確方法做試驗的結(jié)果來證實，如英國cheddet國家塔試驗站20.4×18M網(wǎng)架足尺試驗，加荷載到206%下弦桿屈服及斷裂，但立即卸荷后再加荷到137%才有其它桿件破壞。實踐也證明幾千個“優(yōu)化滿應(yīng)力”設(shè)計的工程并沒有因這個原因而倒塌。
          
當(dāng)然也有觀點認(rèn)為二根桿斷面相差大可能會造成與節(jié)點假定鉸接出入增大，其實這個假定不符合實際是客觀存在，即使二根桿斷面一樣也存在，這是次應(yīng)力問題，主要取決于桿件長度L與桿件截面高h之比，橋涵規(guī)范早規(guī)定即L/h不考慮次應(yīng)力，鋼結(jié)構(gòu)一般也按此原則。
          
五、門式剛架規(guī)程CESS.102：2002經(jīng)過修改采用了歐洲規(guī)范ENV1993-1-31996計算風(fēng)向上吸力下檁條下翼緣失穩(wěn)，該公式是考慮蒙皮效應(yīng)對檁條受扭的約束，蒙皮效應(yīng)是客觀存在的，據(jù)國外資料介紹蒙皮作用可提高網(wǎng)架上弦承載力10%，下弦腹桿6%，對門式剛架會有更大的提高，但門式剛架規(guī)程提出“由于有關(guān)屋面板抗剪性能和板與構(gòu)件螺拴連接性能資料尚不充分，目前不宜考慮應(yīng)力蒙皮作用”，但在檁條的失穩(wěn)中，例外的考慮蒙皮效應(yīng)，所以有工程誤用于屋蓋上以屋面板代替支撐因而加固。
          
綜上所述考慮蒙皮是有利的，但門式剛架規(guī)程考慮蒙皮效應(yīng)的計算檁條結(jié)果反而比沒有考慮蒙皮效應(yīng)的冷彎薄壁型型鋼設(shè)計規(guī)程GB50018-2002反而保守顯然不合理。
          


          
門式剛架K高于冷彎薄壁是不合理的，而且計算公式的復(fù)雜性也超過冷彎薄壁，因此建議不用，我們建議采用澳大利亞規(guī)范AS/N25 4600：1996考慮了蒙皮效應(yīng)結(jié)果也非常合理，計算公式計算不繁雜，但可惜澳洲規(guī)范不普遍，目前現(xiàn)實的可采用BHP來實公司檁條設(shè)計手冊，手冊承載力以W01 表達其中0即表示風(fēng)向上吸力時，1表示加一根撐桿，二根撐桿即W02 ，根據(jù)跨度及斷面即可查出檁條單位長度的承載力
          
q，來實手冊考慮了蒙皮效應(yīng)，并立足于大批試驗，與澳大利亞規(guī)范計算結(jié)果計算接近，但采用中要注意設(shè)計手冊中設(shè)計荷載要打0.9折采用才安全，這是由于澳大利亞規(guī)范與我國規(guī)范有出入，我國鋼材設(shè)計強度比標(biāo)準(zhǔn)強度低，抗力系數(shù)打了0.9折，而澳大利亞是設(shè)計強度即是標(biāo)準(zhǔn)強度，所以算出的設(shè)計荷載偏高，但澳大利亞的荷載分項系數(shù)卻比我們的高，靜載為1.4，活載1.6我國只為1.2，1.4。
          
六、網(wǎng)殼規(guī)程中規(guī)定網(wǎng)殼撓度控制在 并且是黑體字，我國規(guī)范大部分是強制性條文多達15萬條。只好又取“黑體字”一般條文違反只要不造成后果就不懲罰，而黑體字只要違反即給懲罰，因此設(shè)計必須遵守，有工程較扁平的雙層網(wǎng)殼撓度總也控制不住 ,只好請專家開會制定網(wǎng)殼按網(wǎng)架控制，單層網(wǎng)殼按 是正確的，因為單層網(wǎng)殼穩(wěn)定中假定初始缺陷為 ,變形對穩(wěn)定非常敏感，變形大穩(wěn)定公式即控制不住，雙層網(wǎng)殼變形并不敏感，希望適當(dāng)放寬。
          
七、網(wǎng)殼規(guī)程規(guī)定單層網(wǎng)殼一定要剛性節(jié)點并且也是黑體字，從國外情況單層螺栓球網(wǎng)殼用到36M的很多，但矢高均≈1/5  Dusseblofs大學(xué)36m單層網(wǎng)殼，個別也有50m的。國內(nèi)單層螺栓球網(wǎng)殼也用得不少接近30m，現(xiàn)有些標(biāo)志性建筑跨度不大20m左右，矢高比＞1/5是否出可適當(dāng)放寬用螺栓球。
          
八、過去焊縫等級規(guī)范未作規(guī)定，全由設(shè)計決定。有的設(shè)計一律要求Ⅰ級焊縫反而抓不住重點，現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范作了規(guī)定，這是方便設(shè)計的好事，但規(guī)范規(guī)定受拉拼接對接焊可以采用Ⅱ級焊縫值得探討，過去我們對受拉對接焊均采用Ⅰ級，因為受拉焊縫對缺陷的敏感超過受壓而對接焊均限制加厚、加厚會引起熱應(yīng)力，受拉對接焊一般靠清根、熔合，焊透及焊縫強度比母材大5-10%來保證等強，有的為了美觀要求焊縫打平保證等強更為困難，因此設(shè)計對受拉對接焊縫不放心，有的還用外加強板加強，而現(xiàn)規(guī)定為Ⅱ級，設(shè)計會更不放心，因為Ⅰ級，焊縫100%超聲波探傷而Ⅱ級僅為20%怎能放心，據(jù)了解可能規(guī)范由Ⅰ級改為Ⅱ級也是不得已，因為工地反映Ⅰ級達不到。我們在現(xiàn)場也經(jīng)常遇到達不到Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)，國為Ⅰ級焊縫要求超聲波Ⅱ級其氣孔夾渣達不到要求，但我們不采取降低焊縫等級的辦法，而是將超聲波Ⅱ級，氣孔夾渣標(biāo)準(zhǔn)降為Ⅲ級即解決了問題，我們考慮超聲波探傷標(biāo)準(zhǔn)原采用于高壓容器，為了防止高壓氣孔要求十分嚴(yán)格，現(xiàn)焊縫超標(biāo)準(zhǔn)后鏟掉重焊，其危害性超過氣孔，氣孔危害對靜載并不大，如單獨氣孔反而對微裂紋的擴展起阻擋作用有利而無害，因此我們不宜將Ⅰ級降為Ⅱ級，目前“網(wǎng)架超聲波探傷及質(zhì)量分級法”，正在修訂，希望能將氣孔加以放寬，當(dāng)然超聲波判斷氣孔與夾渣尚有困難，但一般還可盡量區(qū)分，其實夾渣的危害也不是很嚴(yán)重，我們曾將夾渣達12-29%試驗，均壞在母材，而相對未焊透20%可降低強度50%以上，所以我們建議受拉對接焊縫要求Ⅰ級，但對氣孔夾渣適當(dāng)放寬。
          
九、目前鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范要求焊接的承重結(jié)構(gòu)鋼材必須有冷彎試驗，并為黑體字，但鋼管生產(chǎn)廠所依循的國標(biāo)GB/T8162-1999“結(jié)構(gòu)用無縫鋼管”和GB/T13793-92“直縫焊接鋼管”，均不要求冷彎，僅為壓扁試驗，設(shè)計的國標(biāo)與鋼管生產(chǎn)的國標(biāo)二者要求矛盾，我們現(xiàn)在只好理解，鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范所提比較籠統(tǒng)，鋼管有具體情況，焊接鋼管的鋼板已經(jīng)冷彎，無縫鋼管材料及加工質(zhì)量均比較好，壓扁可代替冷彎，但這個理解至今未得到規(guī)范組解釋。
          
          
		  
          				
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