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1.平面内稳定性检查

BS 5950-1：2000

1.1 检查门式刚架

我们需要检查经济比例的单层门式刚架，以确保它们具有足够的平面内稳定性，无论是用弹性或塑性方法设计的。这种类型的框架不能由BS 5950-1条款第 2.4.2.6 和 2.4.2.7 条简单的多层框架方法来检查，因为在这种方法中不考虑椽条的轴向压缩。第二节介绍了单层框架平面内稳定性所涉及的结构现象，并与多层框架进行了比较。

BS 5950-1：2000 给出了三种检查单层框架平面内稳定性的方法：

· 摇摆检验法

· 放大动量法

· 二阶分析

这些方法适用于通过弹性设计（见BS 5950-1 第 5.5.2 条）或塑性设计（见BS 5950-1第 5.5.3 条）设计的门式刚架。

通过软件进行这些检查几乎总是更可取的。手动检查是可能的，但结果几乎总是不够经济。二阶分析的手动方法的唯一好处是更好地理解框架对二阶（）效应的响应和塑性铰链形成引起的刚度损失。

1.2 简单的方法

1.2.1 摇摆检验法

适用范围

摇摆检验法可用于不绑定门式刚架且满足以下几何限制的刚架：

·跨度/高度到屋檐不超过 5。

·柱顶以上顶点的上升不超过对称跨度的跨度/4或由非对称椽条公式给出的值。

·无论名义力的名义摇摆挠度（由一阶分析计算）不超过 h/1000，或椽的跨度/深度比在公式给出的极限内。 在计算重力载荷为主的情况下的名义摇摆挠度时，不应考虑包层的刚度（例如组合1)。

优点和缺点

如果框架刚度满足h/1000校核或公式要求时，该方法是最简单的方法，并给出了经济的设计。因为根据选择的截面尺寸来给出必要的或满足可维修性极限状态（SLS）要求的产品进行检查。对于相对较硬的单跨度门式框架，此方法通常会提供最经济的设计。之所以能够实现经济性，是因为重力载荷情况（第 2.4.1.2 条的载荷组合1和第 2.4.1.3 条的起重机组合1）通常不会成为关键设计载荷，而框架强度却没有降低。如果不将构件的尺寸增加到强度或SLS要求所需的尺寸以上，许多跨框架将无法满足假想的摆动要求。使用摇摆检测方法时，钢强度（例如S275或S355）对面内稳定性计算没有影响。

该方法的设计步骤以及该方法的更多详细信息在第3节中给出。

1.2.2 放大力矩法

适用范围

放大动量法是一种可用于框架不满足摇摆检查方法的限制的方法。它可以用于不捆绑门式刚架并且具有不小于4.6弹性临界屈曲比的门式刚架，弹性临界屈曲比见第 2.3 节。

优点和缺点

放大动量法是一种简单的方法，适用于值已知时的情况。如果有易于使用的软件，则该方法易于使用。当软件无法使用时，可以使用第 4 节中的公式，但它们较为复杂，需要对多跨框架应用几个公式。该方法给出了合理的经济设计，如果框架是相对僵硬的，因为所需的截面尺寸，要么提供所需的强度或满足 SLS 要求。 特别是在为 ge;10 的情况下，框架强度没有降低。 因此，该方法将为大多数单跨门户提供经济设计，因为它们往往相对僵硬。它还将为相对刚性的多跨框架提供合理经济的设计。 然而，许多跨框架将不能满足ge;4.6的要求ge;4.6，除非成员的尺寸增加到强度或 SLS 要求所需的尺寸以上。该方法确实认识到由于使用较高强度钢（S355 钢）而提高了框架的平面内稳定性。这一改进来自的增加，而不是，这与钢级的变化无关。

第四节给出了该方法的设计步骤和该方法的进一步细节。

1.2.3 二阶分析

适用范围

二阶分析是另一种替代方法，其中框架不满足了摇摆检验法的限制。可用于所有门式框架包括捆绑的门式框架。绑定门户必须使用二次或 cr 分析来设计。对于捆绑的门式框架，分析方法还必须能够计算顶点下降的非线性反应，这种能力可能不包括所有描述自己为“二阶”的组件。

优点和缺点

如果有易于使用的软件，二阶分析很容易应用。它将为更灵活的框架（如多跨框架）提供最经济的设计。它可能给出比其他方法更经济的设计，因为它总是计算从二阶（）效应降低框架强度。其他方法具有阈值刚度值，高于阈值刚度值不降低强度。二阶方法确实认识到由于使用较高强度钢（S355 钢）而提高了框架的平面内稳定性。

该方法的进一步细节见第 5 节。

1.3 不同类型的框架选择方法

1.3.1 单跨框架（不捆绑门户）

单跨框架可以采用上述三种方法中的任何一种来设计。当框架在摇摆检验法的几何限制范围内，并通过h/1000 检查或公式检查（见上文 1.2.1 节）时，原周期不会对重力载荷情况下的框架强度进行任何降低。如果框架超出了摇摆检验法的几何限制，或者检查失败，则必须使用另一种方法。 对于略超出几何限制的框架，可能值得对该方案进行小的修改，以适应这些限制，例如增加框架的刚度以满足挠度检查，或将基座设置得更深以适应跨度与高度比或椽几何形状的变化。当摇摆检验法不满足时，应采用放大力矩法或二阶分析。

1.3.2 多跨框架（不捆绑门架）

多跨框架往往具有相对较低的刚度。虽然一些多跨框架可能足够硬的摇摆检验法，大部分则不会。当框架过于灵活，内部柱细长时，提高框架刚度的最有效方法往往是提高内部柱刚度。

放大矩法可以给出一个经济的框架，其中框架ge;4.6。当 ge;100， 该方法不降低设计强度。然而，许多跨框架的将小于 4.6，因此不能应用该方法。这就留下了在加强框架刚度和使用二阶分析之间的选择。

1.3.3 捆绑门架

平面捆绑门户应该始终使用二阶分析来设计。此分析的解决方法在 BS 5950-1中没有指定，留下自由选择一个合适的方式。应该指出的是，对于捆绑的门户较低斜率下，顶点挠度存在一个重要的非线性。这是因为椽的压缩和捆绑的拉伸降低了顶点的高度，从而减少了椽力的垂直分量。为了保持平衡，需要增加椽条的力，这增加了顶点偏转，直到达到平衡或顶点断裂。因此，无论方式如何，椽条和捆绑非线性行为过程必须考虑在内，这几乎肯定涉及到迭代过程。

经济比例的固定捆绑门架通常会在椽条中产生很高的轴力。这些力量往往导致框架稳定性的显著降低。因此，椽条通常需要比满足一阶分析的截面做得更硬。

1.3.4 稳定门架或窗口门架，

稳定门架不在本条款的范围之内。用于稳定交叉支撑不能接受的框架的结构的稳定门式入口沿梁单元分布的垂直载荷很小，因此梁中的轴向载荷很小。主要失效模式为摇摆。二阶分析、放大力矩法或横向荷载法（横向荷载情况）适用于稳定性框架的校核，但不应采用横向校核法的重力荷载情况，或者，在梁中轴向力很低的情况下，根据多层摇摆框架的规则而不是普通门式框架的规则来设计这种框架是合理的。

1.4 所需负荷系数，

BS 5950-1条款第 5.5.2 和 5.5.3 条引入了所需的负荷因子。这是一个允许效应的因素，在全球范围的分析中还没有计算这些效应。对于门式框架的弹性设计，在检查构件电阻之前，必须将具有ULS荷载的一阶全局分析的输出乘以。对于塑性设计，用ULS载荷的一阶全局分析计算的塑性塌陷因子不得小于。成员强度和稳定性计算应在times;ULS，而不是1.0times;ULS。

1.5 基本刚度

BS 5950-1 第 5.1.3 条对设计中可能假定的基础刚度提供了指导。 对于门式刚架设计中经常发生的情况，可以总结如下。

底座用销或摇杆

基础刚度应取零

名义上固定基底

如果假设基础弯矩为零，则在用于计算框架周围弯矩和力的整体分析中应假定基底是固定的。然而，在验算框架稳定性或确定平面内有效长度时，基底刚度可以假定为柱刚度的10%，这是ULS过程的一部分。当使用弹塑性设计时，也必须规定适当的基础限度。

在计算SLS处的挠度时，可以假定基础刚度为柱刚度的20%，但不应用于面内稳定性验算。

其他类型的基底

BS 5950-1条款第 5.1.3 条也为使用名义刚性基底和名义半刚性基底提供了指导。

将这些规定应用于不同的检查框架的方法，在 3.3.4 节中给出了摇摆检验法，在 4.3.5 节中给出了放大力矩法，在 5.3.4 节中给出了二阶方法。 在附录 A.2.4和附录 B.2.4中分别给出了应用于通用门式刚架和捆绑门式刚架的二阶计算的手动方法。

1.6 重要水平力

1.6.1 综述

BS 5950-1使用的是名义水平力，即竖向恒载和附加荷载的0.5%。为了简易起见，它们可以应用在柱的顶部，或应用在加载点，如图1.1所示。

图1.1 名义水平力（夹层等，见1.6.2节）

这些名义水平力用于两种完全不同的目的:

1. 检查框架强度

名义水平力作为设计水平荷载应用，以考虑实际不完善的影响，如第2.4.2.4条所述，缺乏垂直度。第2.4.1.2条荷载组合1采用名义水平力，即恒载加外加荷载(重力荷载)的组合。

1. 检查框架刚度

如第5.5.4.2.1条中所述，在框架刚度验算中，施加的是名义水平力。在这个应用中,名义水平力应用于框架没有任何其他装载评估框架的刚度通过计算列顶部的水平变位假设线性弹性行为。条款5.5.4.2.1规定,该力应该等于0.5%相应的柱基础的垂直反力上。这假定柱的反力在定义名义水平力之前就已是已知的。在实际中，挠度对名义水平力的分布不敏感。因此，可以对这些载荷的分布作某种近似计算。最重要的一点是，名义水平力必须从建筑物上的所有垂直荷载计算，考虑柱的垂直反力，这是最方便的计算。

虽然上述（i）和（ii）中的力的大小是相同的，但在 0.5%的考虑荷载下，在起重机荷载的情况下施加的荷载有很大的差异。在第 2.4.2.4条中，很明显，在计算检查框架强度的名义水平力时，不需要包括垂直起重机的载荷。相反，在检查框架刚度时，必须施加所有垂直荷载，因此在刚度检查中，名义水平力必须包括垂直起重机荷载的0.5％。然而，框架的平面内稳定性不受动态载荷的影响，因此名义水平力应考虑作为的起重机载荷的 0.5%，而不受动态或冲击影响。

1.6.2 夹层和其他连接结构

当夹层楼板或其他结构与门架连接时，在检查门架的强度和刚度时，必须考虑连接结构的稳定性。其中连接的结构包含其属于自己的稳定系统（例如 交叉支撑、稳定门或刚性弯矩连接），其使连接结构至少与门架一样刚性，则门架不需要抵抗连接结构的名义水平力。当连接结构不受任何稳定系统的约束时，必须将连接的结构的名义水平力之和应用于门架。在中间条件下，连接结构提供了一定的稳定性，但没有门式框架一样的刚度。来自连接结构的名义水平力可以共同承担。

连接结构和门式刚架的刚度可以根据柱在名义水平力作用下的斜率来计算。另一种方法是，它可以根据由名义

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