鋼結(jié)構(gòu)柱間支撐設(shè)計概述

盤洪玉，劉威 （長江精工鋼結(jié)構(gòu)（集團(tuán)）股份有限公司，安徽 六安 237161）

隨著鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)迅速地發(fā)展，輕鋼結(jié)構(gòu)在各個行業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在工業(yè)廠房中的應(yīng)用最為普遍。柱間支撐能夠確保房屋承重結(jié)構(gòu)的正常工作，對結(jié)構(gòu)的側(cè)向穩(wěn)定性及剛度起著非常重要的作用。對于結(jié)構(gòu)設(shè)計師們而言，需要從建筑結(jié)構(gòu)布置、桿件截面計算、節(jié)點設(shè)計、加工安裝等方面著手，合理地進(jìn)行方案設(shè)計，滿足其使用條件，提高其安全性與經(jīng)濟(jì)性，促進(jìn)項目又好又快地發(fā)展。

1 分類、組成、作用

柱間支撐可分為：門式框架支撐、圓鋼或鋼索交叉支撐、型鋼交叉支撐、方管或圓管人字支撐等，形式方面有十字交叉型、K字型等，一般通過焊接、螺栓連接在鋼柱的腹板或連接板上。

柱間支撐系統(tǒng)由以下各部分組成：設(shè)置在鋼柱之上段，其位置通常設(shè)置在內(nèi)部結(jié)構(gòu)吊車梁牛腿標(biāo)高以上和屋架下弦之間；設(shè)置在鋼柱之下段，其位置通常設(shè)置在內(nèi)部結(jié)構(gòu)吊車梁牛腿標(biāo)高以下和柱腳標(biāo)高以上；與此同時也可以在房屋的端部設(shè)置，一般是在邊榀剛架處增加柱間支撐和系桿，建立一個穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系，除前述中提到的縱向系桿，吊車梁自身、制動桁架、制動板皆是構(gòu)成一個柱間支撐體系的一部分。

結(jié)構(gòu)體系中增加柱間支撐，能夠提高建筑物的縱向穩(wěn)定和空間剛度；在進(jìn)行主剛架計算時，設(shè)置柱間支撐，可以減少鋼柱的平面外計算長度來縮小鋼柱的翼緣寬度、腹板厚度，進(jìn)而削弱基礎(chǔ)尺寸大小；此外從建筑物山墻吹過去的風(fēng)荷載、有吊車系統(tǒng)中吊車剎車時產(chǎn)生的縱向剎車荷載、建筑物的環(huán)境溫度應(yīng)力以及強(qiáng)震荷載都可以由柱間支撐承受。

2 布置原則

可以按照以下原則進(jìn)行：

從建筑方案的角度考慮，應(yīng)保證建筑物生產(chǎn)凈空的需求，當(dāng)支撐形式為交叉支撐時，需要特別關(guān)注其是否會擋住建筑門窗，影響其使用功能，此時可以更改支撐形式，采用門式支撐或者更改該處支撐的布置，移動到相鄰柱距；從結(jié)構(gòu)方案的角度考慮，為保證建筑物的縱向穩(wěn)定及空間剛度，柱間支撐、屋面支撐及系桿都應(yīng)設(shè)置在同一個柱距之間，形成一個穩(wěn)定的受力體系。

當(dāng)柱間支撐位置設(shè)置在鋼柱之下段，為了削弱建筑物因為溫度作用帶來的變形難題，因此應(yīng)該把布置位置設(shè)置在建筑物溫度區(qū)段的中部，在建筑物端部的第一個柱距內(nèi)不設(shè)置柱間支撐，目的是為了釋放溫度作用帶來的溫度應(yīng)力。當(dāng)溫度區(qū)段長度不大時，宜在溫度區(qū)段中部設(shè)置一道。當(dāng)溫度區(qū)段大于120m時，宜在溫度區(qū)段內(nèi)設(shè)置兩道。

當(dāng)柱間支撐位置設(shè)置在鋼柱之上段，若某一柱距內(nèi)設(shè)置有下段柱柱間支撐，上部與之對應(yīng)宜設(shè)置上段柱柱間支撐，通常會在建筑物溫度區(qū)段的兩端設(shè)置一道上段柱柱間支撐，其作用能夠傳遞山墻方向吹過來的風(fēng)荷載、地震作用，也能夠加強(qiáng)建筑物上部結(jié)構(gòu)的縱向剛度。

階形柱的下段柱間支撐，當(dāng)為等截面柱且截面高度≤600mm時，在柱中心線位置采取單片支撐形式；當(dāng)為等截面柱且截面高度＞600mm時，采取雙片支撐形式，在兩個柱肢內(nèi)成對設(shè)置。

階形柱的上段柱間支撐，當(dāng)上段柱的截面高度≤1000mm時，在柱中心線位置采取單片支撐形式，當(dāng)上段柱的截面高度＞1000mm時，采取雙片支撐形式，在兩個柱肢內(nèi)成對設(shè)置。若存有人孔通道，有單片支撐的時候，應(yīng)注意讓開人孔通道而將支撐傾向一側(cè)；有雙片支撐的時候，肢應(yīng)向柱的兩翼緣內(nèi)側(cè)設(shè)置，保證柱與吊車橋架之間應(yīng)該留有的凈空尺寸。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

因為十字形交叉支撐傳力路徑比較直接，用鋼量較其他支撐形式較省。所以計算以十字形交叉支撐為例。

3.1 受力分析

受力分析見圖1所示。

圖1 有吊車廠房柱（單階柱）十字交叉支撐簡圖

H-其他縱向水平荷載（如固定在廠房柱列的管道等縱向推力）；

W-風(fēng)荷載（由山墻、天窗架端傳來）；

W-風(fēng)荷載（由山墻抗風(fēng)桁架傳來，若無抗風(fēng)桁架，則無此項）；

T-縱向水平荷載（吊車剎車產(chǎn)生的制動力）；

F-縱向水平地震作用（由柱頂處分配的）；

F-縱向水平地震作用（由吊車梁頂標(biāo)高處分配的）；

支撐桿件的計算長度可按下式確定：上、下柱間支撐交叉桿件在平面內(nèi)的計算長度，取節(jié)點與交叉點之間的距離，即l=0.5l ；上、下柱間支撐交叉桿件在平面外的計算長度，取節(jié)點中心間的距離，即l=l。

3.2 控制參數(shù)

由《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》(GB51022-2015)第8.3.3條：屋面橫向支撐應(yīng)按支承于柱間支撐柱頂水平桁架設(shè)計；圓鋼或鋼索應(yīng)按拉桿設(shè)計，型鋼可按拉桿設(shè)計，剛性系桿應(yīng)按壓桿設(shè)計。因此十字形交叉支撐可以選擇角鋼，按拉桿進(jìn)行設(shè)計。支撐的選用除了應(yīng)滿足承載力限制要求，其主要是由長細(xì)比控制。由《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》(GB51022-2015)第3.4.2條：受拉構(gòu)件的長細(xì)比，不宜大于表3.4.2-2規(guī)定的限值。

3.3 截面選擇

由上述結(jié)果可知，當(dāng)滿足承載力限值以及長細(xì)比限值的情況下，可以選擇熱軋不等邊角鋼，采用短邊搭接，熱軋等邊角鋼L110×7線重為11.9kg/m，熱軋不等邊角鋼L110×70×7線重為9.66kg/m，每延米重量可減少2.24kg。截面選擇時采取此方案，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

3.4 節(jié)點設(shè)計

3.4.1 材料及要求

②焊條采用E43 xx型，焊條質(zhì)量應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)《碳鋼焊條》（GB/T5117-1995）的有關(guān)規(guī)定。

3.4.2 設(shè)計原則

根據(jù)國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖集（11G336-2）柱間支撐第3.5.1和第3.5.2條：非地震地區(qū)，取支撐桿件全截面乘以鋼材強(qiáng)度設(shè)計值的1.1倍；地震區(qū)，取支撐桿件全截面乘以鋼材屈服強(qiáng)度的1.2倍。若截面設(shè)計采用截面L110×70×7的熱軋不等邊角鋼（Q235B）,節(jié)點可按下式進(jìn)行設(shè)計，連接采用現(xiàn)場安裝螺栓＋三面圍焊形式。

端縫受力

肢背所需焊縫長度

肢尖所需焊縫長度

參考國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖集（11G336-2），可以繪制如下節(jié)點（連接板和節(jié)點板厚度可參照圖集選用），見圖2所示。

圖2 柱間支撐連接節(jié)點

4 施工制作

支撐構(gòu)件和預(yù)埋件的表層必須完全除銹，除銹等級宜不少于Sa2或者St2。涂裝應(yīng)當(dāng)選用與除銹等級相對應(yīng)的防銹底漆。涂層厚度及涂裝施工環(huán)境等應(yīng)符合《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50205-2001）規(guī)定的要求；支撐構(gòu)件的制作和安裝應(yīng)符合《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50205-2001）的有關(guān)規(guī)定；現(xiàn)場使用的安裝螺栓可以選擇M16（C級螺栓）；角焊縫的外觀質(zhì)量等級不應(yīng)少于三級。

5 結(jié)語

柱間支撐系統(tǒng)視為鋼結(jié)構(gòu)廠房中重要的組成部分，能夠保證建筑物承重結(jié)構(gòu)的正常工作，對結(jié)構(gòu)的側(cè)向穩(wěn)定性及剛度起著非常重要的作用。本文從建筑布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計方面對柱間支撐系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行了概述，旨在為今后柱間支撐設(shè)計提供借鑒與參考。