淺議單層鋼結構廠房抗震設計中板件寬厚比控制方法*

徐瑞御 魏鏡玲

成都理工大學工程技術學院 四川 樂山 614000

前言

在保證鋼結構中桿件延性的關鍵指標和影響單位面積耗鋼量的關鍵指標中，板件的寬厚比是相對關鍵的指標。同樣截面面積的桿件，如果寬厚比大那么截面模量和慣性矩一般較大，對提高桿件的受彎能力和剛度是有利的。但寬厚比過大，當超過某一限值時，就會發生局部失穩，進而影響桿件的整體穩定和承載力，導致承載力降低，截面的承載能力不能充分發揮，塑性性能不能充分利用。按照三水準，兩階段的抗震設計思路，抗震設計規范對板件寬厚比做出了較嚴格的限制，要求結構在中震的作用下出現塑性，為了使構件局部失穩不出現在塑性變形之前。地震作用與構件的質量相關，因此在單層鋼結構廠房中，會因構件質量較小，若按延性構件來選擇寬厚比限值，要求過嚴，會增加廠房結構的單位耗鋼量。建議更安全經濟合理的抗震設計方案是按照單層廠房的不同類型和抗震性能，分別選取不同的寬厚比限值[1]。

1 單層廠房的分類及特點

《建筑抗震設計規范》GB50011-2010（ 以下簡稱《抗規》 ）在選擇單層廠房構件寬厚比限值時，對不同類型的單層廠房區別對待。一般來說，單層工業廠房分為三種主要類型：

（1）重屋蓋廠房

這類廠房是在屋架上直接安放鋼筋混凝土大型屋面板、大型太空板或大型GRC板等，屋面荷載由其自身傳給屋架，又稱無檁體系。無檁體系屋蓋屋面剛度大，整體性能好，但大型屋面板的自重大，故要增大屋架和柱等下部承重結構的截面，對抗震不利。

（2）《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》CECS102-2002（以下簡稱《門鋼規》）適用范圍內的輕屋蓋廠房

根據我國《門鋼規》的規定，其適用范圍為輕型屋蓋和輕型外墻或砌體外墻及底部為砌體、上部為輕質材料外墻的各類工業和民用建筑。僅可設置起重量不大于20t的A1—A5工作級別橋式吊車，或起重量為3t的懸掛式起重機（當采取可靠技術措施時，允許不大于5t）。

（3）《門鋼規》適用范圍之外的輕屋蓋廠房

這類廠房屋面材料可供選擇的種類多且自重輕，比如：多采用瓦楞鐵、波形石棉瓦、預應力鋼筋混凝土槽瓦、鋼絲網水泥折板瓦等，需設置檁條作支承并傳遞屋面荷載給屋架，又稱有檁體系。有檁體系屋蓋柱距不受限制，屋面材料自重輕，用料省，但剛度較差，構造復雜[2]。

2 單層鋼結構廠房板件寬厚比控制方法

（1）重屋蓋廠房屋面材料自重大，對板件寬厚比進行控制時，采用等同于多層鋼結構房屋的方法選擇板件寬厚比限值。根據《抗規》第9.2.14條“重屋蓋廠房，板件寬厚比限值可按本規范第8.3.2條的規定采用，7、8、9度的抗震等級可分別按四、三、二級采用[3]。”《抗規》8.3.2條提供的工字形截面板件寬厚比限值見表1

表1 多層鋼結構房屋工字形截面板件寬厚比限值

（2）《門鋼規》適用范圍內的單層輕型鋼結構廠房。根據《抗規》。這里主要是指《門鋼規》中的相應規定。《門鋼規》板件寬厚比限值一般較松，抗震規范所指的輕屋蓋廠房不同于輕鋼廠房。

（3）《門鋼規》適用范圍之外的輕屋蓋廠房板件寬厚比限值的控制。塑性耗能區根據其承載力的高低按性能目標確定，塑性耗能區外采用現行鋼結構規范彈性設計階段的板件寬厚比限值。按性能目標來控制板件的寬厚比時，構件的強度和穩定承載力均滿足高承載力——2倍多遇地震作用下的要求（γGSGE+γEh2SE≤R/γRE）時，可采用C類寬厚比限值的截面；當強度和穩定承載力均滿足中等承載力——1.5倍多遇地震作用下的要求（γGSGE+γEh1.5SE≤R/γRE）時，可采用表2中的B類截面；其他情況，則可采用表2中A類截面[4]。

表2 單層輕屋蓋廠房H形截面板件寬厚比限值

3 結束語

鋼結構構件板件的寬厚比既是抗震延性的要求，同時也是影響單位面積耗鋼量的關鍵性指標要求。那么我們對于工程中常見的輕質的屋面廠房等，應先根據《門鋼規》進行判斷，如果符合則按《門鋼規》中相應的規定進行板件寬厚比控制。超出《門鋼規》設計范圍時，相應的能有可能取得較好的經濟效益，建議應按照抗震設計規范中的相關的性能設計的方法進行控制。