钢框架梁下翼缘尺寸稳定性验算（按GB规范）

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2023年05月30日

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如果上翼缘有一块混凝土板，那么它将作为一个侧向支座（组合结构）并防止出现扭转屈曲稳定性问题。如果弯矩为负，则表示下翼缘受压，上翼缘受拉。如果由于腹板的刚度而导致侧向支撑不足，那么在这种情况下下翼缘和腹板切割线之间的夹角是可变的，从而可能导致下翼缘的尺寸失稳。

0. 前言

《钢结构规范》GB 50017 ，在第 6.2.7 章中介绍了框架梁下翼缘尺寸稳定性验算的计算方法。本部分与以前的标准相比是一种新的设计。

本标准涉及框架梁负弯矩截面的稳定性计算。为验证下翼缘梁的稳定性或是否需要采取结构措施提供依据。

如果上翼缘有一块混凝土板，那么它将起到侧向支撑（组合结构）的作用，并防止出现扭转屈曲稳定性问题。如果弯矩为负数，则表示下翼缘受压，上翼缘受拉。

当上部翼缘被保持时，下部翼缘在受压荷载作用下会发生侧向变形。如果由于腹板的刚度而导致侧向支撑不足，那么在这种情况下下翼缘与腹板切割线之间的夹角是可变的，从而可能导致下翼缘的尺寸失稳。

受压下侧向支座翼缘板

受压下侧向支座翼缘板

1. 验算方法

1.1 形状失稳

如果不考虑上部混凝土板对变形的阻碍，则钢筋可以自由变形和扭转。这意味着受弯杆件完全失稳（弯扭屈曲，钢规范，第 6.2.1 节）。由于钢梁和混凝土板是两个独立的构件，所以在这种情况下不应用变形相容性。

不考虑混凝土板的框架梁抗扭屈曲

但是，如果钢结构的框架梁由混凝土板侧向支撑，则通常不需要验算其稳定性：根据 GB 50017 6.2.1 的规定，如果混凝土板与梁的受压翼缘连接牢固，则不需要验算梁的扭转屈曲，使得梁受压翼缘的侧向位移为阻止。在RFEM中，有多种方法可以模拟杆件与楼板的组合效应，例如肋梁和面模型杆件。与上述关于框架梁的说明相比，它们是混凝土板的组成部分。您可以在我们的知识库中的相应文章和手册中找到更多详细信息。

考虑混凝土板的框架梁尺寸失稳

上图为框架梁上翼缘受支撑时的有限元计算结果。下翼缘因此围绕上翼缘的中心旋转。因此，按照[1] 6.2.7 的规定，必须验算下翼缘的稳定性。

1.2 按照 EC 3 的验证方法

根据 EC 3 参见 [2] ，第 6.3.2.4、6.3.5.2 和 BB.2 部分的验算方法与 GB 钢结构规范不同。如果满足某些条件，则可以认为具有侧向支撑的压力翼缘的构件不存在扭转屈曲风险。在进行框架梁失稳验算时，首先验算下翼缘的抗扭刚度和抗扭约束，如下图所示。

侧向支座按照 EC 3, 6.3.5.2（扭转约束）

1.3 按 GB 50017 验算下翼缘板尺寸稳定性

如果框架梁在靠近支座的区域有负弯矩，并且上翼缘有混凝土板，则下翼缘稳定性计算按照参见 [1] Section 6.2.7 必须符合下列要求：

(1) 如果 λ_{n, b} ≤ 0.45，则下翼缘不需要验算。

(2) 如果不满足条件(1)，则下弦杆的稳定性按下式计算：

GB 50017, 6.2.7-1

$\frac{M_{x}}{φ_{d} \cdot W_{1 x} \cdot f} \leq 1.0$

GB 50017, 6.2.7-3

$λ_{n, b} = \sqrt{\frac{f_{y}}{σ_{c r}}}$

GB 50017, 6.2.7-4

$σ_{c r} = \frac{3.46 b_{1} t_{1}^{3} + h_{w} t_{w}^{3} (7.27 γ + 3.3) φ_{1}}{h_{w}^{2} (12 b_{1} \cdot t_{1} + 1.78 h_{w} t_{w})} E$

GB 50017, 6.2.7-5

$γ = \frac{b_{1}}{b_{w}} \sqrt{\frac{b_{1} t_{1}}{h_{w} t_{w}}}$

GB 50017, 6.2.7-6

$φ_{1} = \frac{1}{2} (\frac{5.436 γ h_{w}^{2}}{l^{2}} + \frac{l^{2}}{5.436 γ h_{w}^{2}})$

这里：

b₁ - 承压翼缘宽度(mm)
t₁ - 承压法兰厚度 (mm)
W_1x - 弯矩平面内围绕最强压缩纤维的截面总模量（mm3）
ψ_d - 稳性系数
λ_{n, b} - 规范化长细比极限值
σ_cr - 形状失稳临界应力 (N/mm2)
l - 侧向支撑点之间的长度 (mm)

在 RFEM 中，该功能可以在设计配置的承载能力极限值设置中激活。

可以为有效长度指定侧向支座点。

下翼缘侧向支座点的设置

(1) 添加中间节点后，程序会自动计算框架梁负弯矩区域的侧向支座长度。其他设计长度保持不变。系统会自动考虑侧向支撑的距离。

(2) 荷载组合和设计状况的规定保持不变。

(3) 如果不超过长细比极限值，则计算结果表明不计算框架构件下翼缘的稳定性。否则，将进行精确形状失稳分析，以确定是否需要更多的侧向支座点。

(4) 受压侧向支撑的翼缘结构仍应满足抗震设计规范 GB 50011 中第 8.3.3 章的要求。

底部翼缘扭曲屈曲验算设计规范

2. 小结

在本文中，介绍了用于验证下翼缘尺寸稳定性的计算方法。程序检查侧向支座是否满足抗扭约束条件，或者是否必须进行进一步的设计以排除形状失稳。验证细节简单易懂。

模型 | GB_Forminestability_Furfaces Model

模型 | 试验 GB_Forminestabilät_Member_Section 01

模型 | GB_Forminestability_杆件_截面 02

作者

Dipl.-Ing. (FH) Shaobin Ding, M.Sc. 丁少斌

Product Engineering, Customer Support 研发部、客服部工程师

丁先生负责产品开发、提供中文客户支持和技术翻译。

关键词

钢结构 GB 50017 下翼缘形状失稳转动约束框架梁负弯矩截面

参考文献

[1]	Standard for design of steel structures
[2]	Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1‑1: General rules and rules for buildings; EN 1993‑1‑1:2010‑12
[3]	GB 50017 Manual of steel sturcture design