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　　隨著社會科學的快速發展，單層鋼結構廠房的柱間支撐體系這項技術也越來越完善，但是技術上的問題還是存在的，解決問題是刻不容緩的，更能促使社會穩定和經濟的不斷的發展。
　　
　　一、鋼結構廠房設計之支撐選型及布置
　　
　　1、支撐選型
　　
　　為確保房屋承重結構的正常使用，一般需要沿房屋的縱向柱之間設置柱間支撐。其作用如下：
　　
　　（1）用以保證房屋的縱向穩定和縱向剛度；
　　
　　（2）確定柱在平面外方向的計算長度；
　　
　　（3）承受房屋端部山墻風力、吊車縱向剎車荷載、溫度應力和地震作用，并將上述荷載傳至基礎上。由于本工程工藝要求，常用的柱間支撐形式無法滿足，于是選擇一種適合本工程的柱間支撐形式十分必要。
　　
　　2、普通柱間支撐
　　
　　目前廠房結構中最常用的柱間支撐形式為十字形交叉支撐，它有著傳力直接、構造簡單、用料省、剛度大等優點。本工程門式剛架基本柱間距為6ｍ，由于工藝要求在每一柱開間處，在寬度4.5ｍ、高度6ｍ范圍內不允許有任何障礙物，也即在距鋼柱中心線750ｍｍ以外，不允許有任何障礙物。受工藝尺寸限制，十字形交叉支撐，甚至八字形、人字形支撐等常用支撐，都無法在此工程中使用。
　　
　　3、通長弱軸鋼框架
　　
　　CECS102:2002《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》要求：門式剛架若不能設置柱間支撐，則應設置縱向框架。由于門式剛架柱一般采用工字形截面，弱軸方向朝著縱向布置，在柱高度適當部位沿縱向設置通長鋼梁，鋼梁與鋼柱剛接連接，共同形成弱軸框架，為廠房結構提供必要的縱向剛度。若框架梁在標高6ｍ以上部位設置，此種結構形式能夠滿足工藝使用要求。
　　
　　4、鋼框架支撐
　　
　　在適當部位的局部跨間設置鋼框架，來替代普通柱間支撐在工程中使用，此處鋼框架稱之為鋼框架支撐。鋼框架支撐中的鋼框架是由鋼柱（強軸方向）和鋼梁剛性連接形成，具有較大的平面內剛度，在水平力作用下，具有較強的抗變形能力。由于鋼柱在水平方向占用空間有限，只要控制鋼梁的標高在6ｍ以上，此種形式的支撐能夠滿足工藝使用要求。
　　
　　5、支撐桿件的布置及計算
　　
　　在單層鋼結構廠房設計中，一般情況下，上柱截面高度≤800mm時，在沿柱中心線設置單片支撐，當上柱截面高度>800mm或設有通行人孔時，在沿柱兩翼緣的內側設置雙片支撐。下柱柱間支撐多采用雙片支撐，不管采用何種支撐形式，都存在截面擇優問題。截面選擇得好，在耗鋼量大致相等的情況下，截面回轉半徑可以增大，從而可以提高支撐桿件的穩定。在本工程主廠房柱間支撐系統
　　
　　設計中，除了多層剛架處采用單片支撐，截面采用T形和H形；其它上、下柱柱間支撐大多采用雙片支撐，截面采用H形和箱形。兩片支撐一般情況做法是用綴桿將它們聯系在一起，但考慮到本工業廠房的特殊性，不僅工藝復雜，而且管線錯綜繁多，有些管線走向尚不明確，各類操作平臺眾多（很多區域達八層之多），廠房總高度超過40m。如果仍按常規思路設計，不僅設計上將耗費大量的精力，而且今后在現場有可能還將作部分修改，影響工藝及建筑要求，更重要的是工廠制作麻煩，現場吊裝及安裝復雜。因此，在較多人字形及K形支撐中，將常規設計中雙片支撐斜桿平面外的斜綴桿去除，H形截面改成臥放，然后再做再分桿，在桿件計算長度不大的情況下，效果比較好，用鋼量也增加很少。在布置支撐時，每一單元長度內的各柱列應在其中部或接近中部的開間內，沿柱全高設置一道柱間支撐，如結構單元較長，宜在單元長度內的1/3處的開間內沿柱全高設置兩道柱間支撐。如結構單元長度超過了縱向溫度區段長度規定的數值，或者兩道下柱支撐間距離大于72m時，應計算柱間支撐的溫度應力。在支撐設計中，廠房的縱向抗震設計是非常重要的一個環節，計算模型取的正確與否，直接影響支撐的設計。根據屋蓋的形式以及圍護墻不同，有多質點空間結構分析法，修正剛度法，按柱列剛度比例分配的剛度分配法以及按柱列承受的重力荷載代表值的比例分配的柱列法。另外，由于中柱列的柱間支撐的震害一般重于邊柱列的柱間支撐，在必要情況時，對中柱列的柱間支撐可以采用內力提高的方法，予以適當加強。
　　
　　在本工程主廠房柱間支撐系統設計中，由于工藝布置的要求，下柱支撐分別設置在二個不同跨度的區間內，其中2/G軸采用如圖所示的支撐布置形式。在此縱向溫度區段內柱間支撐計算方法如下：
　　
　　（1）手算
　　
　　由于結構和荷載等作用情況復雜，且跨度和形式不一致，需要反復進行試算和迭代，計算工作量很大，而且效果不理想，其結果可用于截面的初選。
　　
　　（2）機算
　　
　　在手算粗估的基礎上，利用PKPM鋼結構模塊STS-2進行建模、分析和計算，考慮到軟件對模型節點總數的限制，僅取了下柱支撐進行驗算，為了獲取兩種支撐的剛度比，采用單位水平荷載作用下柱頂節點的位移比，就可得出兩跨的剛度比，計算簡圖見圖3，在計算模型中，柱與地面連接為鉸接，構件與構件之間連接均為鉸接。然后將荷載作用下的構件的應力求出，選出合理的可行的截面，再重復求出剛度比，經反復迭代后得到了可行的構件截面。
　　
　　6、支撐節點設計
　　
　　支撐節點形式應根據支撐構件、柱及梁的截面形狀的不同，而采用合理的節點形式。在本工程中，由于廠房總高大于40m，很多區域的鋼結構平臺超過8層，吊車噸位大，而且抗震設防烈度為8度，因此，不管是風荷載起控制作用，還是地震力起控制作用，廠房縱向水平力都是非常大的，鑒于以上情況，采用了翼緣不帶拼材的栓焊混用連接形式，這種形式在高層鋼結構中已普遍應用。這種連接構造具有施工快速，節約拼材，承載力強，抗反復荷載性能良好等特點。螺栓采用摩擦型高強螺栓，它較普通螺栓具有承載力可靠，抗反復荷載性能優良，及對大變形有良好的適應性。但是，這種連接形式一般采用先栓后焊，故螺栓預拉力有一些損失，在設計中，應對螺栓承載力留有一定的余量。
　　
　　二、鋼結構設計建議
　　
　　在保證加工、安裝質量的前提下,使支撐受拉桿不出現初始橫向變形,采取使X型支撐桿件張緊的措施,從而使其在往復水平力作用下不出現傳力滯后現象,并使按受拉設計的柱間支撐能充分發揮支撐體系的作用,滿足廠房縱向結構的穩定和承載力要求,保證結構的空間性能。柱間支撐桿件按受拉桿設計時,在支撐桿件截面一定的條件下,長細比λ越大,臨界力Pcr越小,受壓桿件的壓應力可忽略,則Δσ=σmax-σmin越小〔4〕,抗疲勞性越強;當支撐桿件按受壓桿設計時,在支撐桿件截面一定的條件下,長細比λ越大,臨界力Pcr越小,受壓桿件的壓應力不能忽略,則Δσ=σmax-σmin越大〔4〕,抗疲勞性越差。在相同的受力條件下,支撐構件按受拉桿設計時,長細比λ越大,支撐體系的受力性能越好;按受壓桿設計時,長細比λ越小,支撐體系的受力性能越好。因此,在相同的受力條件下,支撐桿件按受拉桿設計比按受壓桿設計節約鋼材。
　　
　　三、鋼結構設計之合理確定控制指標
　　
　　在重型單層鋼結構廠房設計中需重點控制結構構件的長細比、柱的水平位移、受彎構件的撓度等，應重點控制以下指標:
　　
　　1、根據《GB50011－2010建筑抗震設計規范》規定，柱軸壓比＜0.2時其長細比≤150，軸壓比＞0.2時其長細比≤120235/f?y。由于柱子是廠房最重要的承重構件，同時為了確保結構剛度，建議將重型單層鋼結構廠房柱長細比控制在60～100范圍。
　　
　　2、柱的綴條、吊車梁以下的柱間支撐、桁架的受壓桿件規范規定容許長細比為150，考慮到重型廠房柱有重級工作制大噸位的吊車，同時屋蓋一般懸掛有檢修吊車所用的單軌吊，為了防止剛度過小引起震顫帶來的不利影響，建議長細比≤120。
　　
　　3、屋蓋支撐、吊車梁以上的柱間支撐壓桿則按規范規定的容許長細比200控制。鋼屋架下弦桿、重級工作制吊車桁架的下弦桿一般為拉桿，按《GB50017－2003鋼結構設計規范》第5.3.9條中有重級工作制吊車的情況控制長細比，其拉桿的容許長細比鋼屋架下弦桿為250，重級工作制吊車桁架的下弦桿為200。屋蓋支撐的拉桿建議按350控制。
　　
　　4、由于廠房的縱向主要由柱間支撐抵抗水平地震作用和耗散地震能量，柱間支撐是震害多發部位。柱間支撐應保證能通過節點連接有效傳遞地震作用，柱間支撐與構件的連接≥支撐桿件塑性承載力的1.2倍，支撐桿件的截面應力比≤0.75。
　　
　　5、廠房框(排)架的板件寬厚比的限制是保證廠房框架(排)延性的關鍵指標之一，也是影響單位面積耗鋼量的關鍵指標。由于重型單層鋼結構廠房采用輕型屋蓋，按《GB50011－2010建筑抗震設計規范》的規定，輕型屋蓋廠房塑性耗能區板件寬厚比限制可根據其承載力的高低按性能目標確定。塑性耗能區外板件寬厚比限制可采用現行《GB50017－2003鋼結構設計規范》彈性設計階段的板件寬厚比限值。
　　
　　6、重型廠房有大噸位的吊車，并且一般為重級工作制，需控制吊車梁頂面處由一臺最大吊車水平荷載所產生的橫向位移不超過Hc/1250，縱向位移不超過Hc/4000，且在風荷載作用下的柱頂位移不超過H/400(Hc為基礎頂至吊車梁頂面的距離，H為柱總高)。
　　
　　7、受彎構件的撓度值按下列要求控制:吊車梁以及吊車桁架不超過l/1200，屋蓋桁架在所有荷載作用下不超過l/400，在活載作用下不超過l/500，抗風桁架(作為連續支柱的支承時)不超過l/1000，帶有玻璃窗的橫梁(豎向和水平方向)不超過l/200。若為了控制受彎構件的撓度而計算出的構件應力比過小，在不影響使用和觀感的前提下，可對上述容許撓度值進行適當調整和對受彎構件預先起拱，以節約投資。
　　
　　四、鋼結構設計公司結束語
　　
　　綜上所述，就單層鋼結構廠房的柱間支撐體系而言，鋼結構廠房在人們生活中被運用的越來越廣泛，但是仍然還是存在一些問題，所以，相信在以后的日中，隨著科學技術人員不斷的努力，會使社會經濟的發展更上一層。

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