钢结构工作特性约束作用

在结构体系中或连接节点中，结构或构件之间，构件或板件之间，因相互连接不能自由变形而形成的相互牵制作用称为约束作用，约束的强弱程度称为约束度。约束作用可分为结构承载时，因内力引起的节点内约束作用与温差引起的结构间或节点内的约束作用。

前者是为了组成不同类型结构，由设计者预设不同的约束度，亦即不同程度嵌固作用的铰接、刚接、半刚接节点构造，组成铰接排架与框架等；后者则是设计者非预期的，不利于结构承载的约束作用，如纵向柱列对温差自由变形的约束，会对柱产生附加内力；节点焊接部位因焊接构造不合理而约束度过大时，会引起焊接板件的裂损。设计与施工时，应采取措施，避免或减少此类约束的不利影响。

1. 节点内力的约束作用

建筑结构有各种组合形式，其节点内力的约束作用也因此而有许多种。如单层厂房的横向框架，梁与柱的连接是刚性节点，厂房柱是屋面梁的约束，屋面梁在外力作用下的变形受到柱的约束，屋面梁使柱子产生弹性侧移，柱子对屋面梁给予弹性压缩，使屋面梁的变形减少。这就形成了柱与梁之间的约束作用。又如横向框架中柱脚被基础完全约束，柱在外力作用下不能转动只产生约束力。结构工程师在结构设计中可利用约束作用保证构件的嵌固和传力作用以及减少结构变形。

2. 温度影响约束作用

温度影响约束作用的性质与一般的荷载不同，不能硬“抗＂，只能适当采用“放”的办法，只要让结构构件和连接具有适当伸缩能力，温度影响的约束作用就可大幅减少。以单层钢结构厂房为例，当厂房纵向长度超过《钢结构设计标准》GB 50017—2017 规定的纵向温度区段长度时应设横向温度缝，在温度缝两侧设双柱，在纵向温度区段内根据传力需要设置一至二道柱间支撑，通过支撑的弹性嵌固约束作用，即可保证厂房骨架的整体稳定和纵向刚度并给柱基础传递纵向水平力（风力、吊车纵向刹车力、纵向地震力）。

至于厂房横向宽度较大时，亦宜考虑用“放”的办法，解决温度影响的约束作用。即在边列采用柔性柱（上部柱的截面宽度减小，屋架与柱铰接）的办法来解决，尽量避免设横向温度缝。

结构工程师在结构设计中可以利用“放”的办法解决建筑钢结构平面布置超长超宽温度影响约束作用。

钢构件在焊接后产生残余变形和残余应力，这是不可避免的客观规律，对于刚度较大、板件厚的构件，焊后产生较大的内应力，结构荷载作用时内力在重分布过程中往往导致塑性变形区扩大，局部材料塑性下降，对结构承受动载和二向应力状态下有不利影响。

因此，对于一些截面大，板件厚、节点复杂、约束度大，钢材强度级别高的重要结构在施焊过程中应采取降低约束作用的措施，降低应力峰值并使其均匀分布。

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