鋼結構工作特性約束作用

在結構體系中或連接節(jié)點中，結構或構件之間，構件或板件之間，因相互連接不能自由變形而形成的相互牽制作用稱為約束作用，約束的強弱程度稱為約束度。約束作用可分為結構承載時，因內力引起的節(jié)點內約束作用與溫差引起的結構間或節(jié)點內的約束作用。

前者是為了組成不同類型結構，由設計者預設不同的約束度，亦即不同程度嵌固作用的鉸接、剛接、半剛接節(jié)點構造，組成鉸接排架與框架等；后者則是設計者非預期的，不利于結構承載的約束作用，如縱向柱列對溫差自由變形的約束，會對柱產生附加內力；節(jié)點焊接部位因焊接構造不合理而約束度過大時，會引起焊接板件的裂損。設計與施工時，應采取措施，避免或減少此類約束的不利影響。

1. 節(jié)點內力的約束作用

建筑結構有各種組合形式，其節(jié)點內力的約束作用也因此而有許多種。如單層廠房的橫向框架，梁與柱的連接是剛性節(jié)點，廠房柱是屋面梁的約束，屋面梁在外力作用下的變形受到柱的約束，屋面梁使柱子產生彈性側移，柱子對屋面梁給予彈性壓縮，使屋面梁的變形減少。這就形成了柱與梁之間的約束作用。又如橫向框架中柱腳被基礎完全約束，柱在外力作用下不能轉動只產生約束力。結構工程師在結構設計中可利用約束作用保證構件的嵌固和傳力作用以及減少結構變形。

2. 溫度影響約束作用

溫度影響約束作用的性質與一般的荷載不同，不能硬“抗＂，只能適當采用“放”的辦法，只要讓結構構件和連接具有適當伸縮能力，溫度影響的約束作用就可大幅減少。以單層鋼結構廠房為例，當廠房縱向長度超過《鋼結構設計標準》GB 50017—2017 規(guī)定的縱向溫度區(qū)段長度時應設橫向溫度縫，在溫度縫兩側設雙柱，在縱向溫度區(qū)段內根據傳力需要設置一至二道柱間支撐，通過支撐的彈性嵌固約束作用，即可保證廠房骨架的整體穩(wěn)定和縱向剛度并給柱基礎傳遞縱向水平力（風力、吊車縱向剎車力、縱向地震力）。

至于廠房橫向寬度較大時，亦宜考慮用“放”的辦法，解決溫度影響的約束作用。即在邊列采用柔性柱（上部柱的截面寬度減小，屋架與柱鉸接）的辦法來解決，盡量避免設橫向溫度縫。

結構工程師在結構設計中可以利用“放”的辦法解決建筑鋼結構平面布置超長超寬溫度影響約束作用。

鋼構件在焊接后產生殘余變形和殘余應力，這是不可避免的客觀規(guī)律，對于剛度較大、板件厚的構件，焊后產生較大的內應力，結構荷載作用時內力在重分布過程中往往導致塑性變形區(qū)擴大，局部材料塑性下降，對結構承受動載和二向應力狀態(tài)下有不利影響。

因此，對于一些截面大，板件厚、節(jié)點復雜、約束度大，鋼材強度級別高的重要結構在施焊過程中應采取降低約束作用的措施，降低應力峰值并使其均勻分布。