在钢结构中通常利用支撑提高结构或构件的稳定性。单、低层厂房纵向框架的支撑体系通常由柱间交叉支撑和横系杆组成,其作用是保证框架的纵向稳定性、减少柱子排架平面外计算长度和传递水平荷载。过去国内外学者对支撑设计方法的研究主要集中于单根构件支撑和框架柱列减少柱子计算长度支撑两个方面,而对支撑保证柱列几何不变性的作用以及支撑在保证稳定性的同时还承受水平荷载作用情况研究的比较少,现行规范允许支撑力与水平荷载不相组合,没有科学依据,有必要对纵向支撑柱列的稳定性及水平荷载对支撑设计要求的影响进行全面深入的研究,为工程设计提供一定的帮助。 本文首先利用刚性单柱屈曲荷载增量与支撑刚度的关系,得到了单柱横系杆支撑、斜拉杆支撑的门槛刚度要求。由理想框架模型出发,分别得到横系杆支撑完全刚性和交叉支撑完全刚性所对应的支撑的门槛刚度要求;进一步利用解析法确定了支撑刚度同为有限时,屈曲荷载与支撑刚度的关系以及柱列无侧移失稳的门槛刚度要求表达式。对于有不同初始缺陷的实际柱列模型,支撑在满足刚度要求的同时还需要满足强度要求。本文利用有缺陷柱列中各柱的柱脚弯矩平衡方程和与总势能二阶变分为零相等价的平衡稳定性判定条件,确定了单层纵向支撑框架的极限承载力与支撑的强度设计要求,该要求已经包含刚度要求,以确保纵向柱列达到极限承载力时,支撑仍有刚度富余。对于两端布置交叉支撑的纵向柱列,可以近似取一半柱子个数按一端布置支撑的设计公式进行计算。 纵向框架支撑体系在保证柱列稳定性的同时还起到承受和传递水平荷载的作用。完全铰接的纵向柱列,水平荷载由交叉支撑抵抗,与交叉支撑相连的边柱竖向荷载同时改变。对于理想框架,水平荷载的作用将改变框架竖向屈曲荷载与支撑门槛刚度要求。在实际有缺陷柱列中,水平荷载通过改变横系杆支撑的内力大小,进一步影响其有效支撑刚度。本文得了到水平和竖向荷载共同作用下纵向支撑柱列的极限承载力以及支撑的设计要求,该要求高于简单叠加法得到的结果,确定了水平力与支撑力的组合原则。 利用ANSYS有限元软件,进一步研究框架柱刚度和初始缺陷对框架极限承载力的影响。