浅谈钢结构厂房支撑结构设计

浅谈钢结构厂房支撑结构设计

覃慧杏

覃慧杏（广西工联工业工程咨询设计有限公司广西南宁530001）

摘要：本文主要对钢结构厂房的特点进行阐述，并对钢结构厂房中门式刚架结构设计进行了探讨。

关键词：钢结构厂房；支撑结构；设计分析

一、工业厂房钢结构体系的特点随着国民经济的发展，钢结构建筑得到了越来越广泛的应用，钢结构厂房建设中支撑结构是整个厂房建设的基础，只有合理的设计厂房支撑结构，才能确保整个建筑的质量。钢结构厂房是很多现行厂房所采用的结构。其特点是施工方便、速度快，自重小。

钢结构一般分为普通钢结构和轻钢结构，其计算规则相同。轻钢结构一般来说，结构荷载较小，结构杆件也较小，构件壁厚较薄，通常采用门式钢架、屋架和网架为主要承重结构。之所以结构效应产生的内力一般较小，是因为轻钢结构上作用的荷载相对较小，因此导致结构的强度通常不构成问题。而由于构件断面较小，截面惯性距较小，使得结构的刚度也随着减小，结构的整体和局部稳定成为在设计中必须引起重视的主要问题。基于以上介绍的特点，我们就可以采取相应的措施，例如采用增加支撑和拉条，以满足杆件的长细比要求，增设加劲肋以满足构件的局部稳定等。

二、门式刚架轻钢支撑结构概述门式刚架是典型的轻型钢结构，造型简洁美观，在房屋建筑中广泛应用于大面积厂房、仓库、体育馆和超市等各类公共建筑。它具有成本低、工期短，施工方便、预工程化程度高等优点。轻型门式刚架包括主结构（刚架、支撑体系、抗风柱等）、次结构（屋面和墙面檩条等）、辅助结构（挑檐、雨蓬、吊车梁等）、围护板材、柱脚和基础等。

三、门式刚架轻钢结构工业厂房支撑和刚性系杆系统的设计原则（一）在设置柱间支撑的开间，宜同时设置屋盖横向支撑，以组成几何不变体系。

（二）在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。

（三）当设有起重量不小于5t的桥式吊车时，柱间宜采用型钢支撑。在温度区段端部吊车梁下方不宜设置柱间刚性支撑。

（四）屋盖横向支撑宜设在温度区间端部的第一个或第二个开间。当端部支撑设在第二个开间时，在第一个开间的相应位置应设置刚性系。

（五）当房屋高度相对于柱间距较大时，柱间支撑宜分层设置。

（六）柱间支撑的间距应根据房屋纵向柱距、受力情况和安装条件确定。当无吊车时宜取30~45m；当有吊车时宜设在温度区段中部，或当温度区段较长时宜设在三分点处，且间距不宜大于60m。

（七）当建筑物宽度大于60m时，在内柱列宜适当增加柱间支撑。

（八）门式刚架轻型房屋钢结构的支撑，可采用带张紧装置的十字交叉圆钢支撑。圆钢于构件的夹角应在30°~60°范围内，宜接近45°。

（九）由支撑斜杆等组成的的水平桁架，其直腹杆宜按刚性系杆考虑。

（十）在刚架转折处（单跨房屋边柱柱顶和屋脊，以及多跨房屋某些中间柱柱顶和屋脊）应沿房屋全长设置刚性系杆。

四、檩条的设计檩条是有檩体系和墙架中的主要构件，由于使用的覆盖面大，用钢量相当可观，故在檩条设计中如能合理选型及布置，将取得很高的经济效益。

（一）檩条为薄壁构件，在受力状态其组成板件可能丧失局部稳定而产生屈曲，但屈曲后仍能承载（利用薄膜效应，即张力场）。设计中利用其屈曲后强度，一般采用有效截面的方法进行强度计算。

（二）檩条的整体稳定计算分为两种情况：第一，风压力作用下，一般压型钢板和受压区设置的檩间拉条能起侧向约束作用；第二，在风吸力作用下，下翼缘受压，截面扭转和侧向弯曲效应等效转化为作用于下翼缘的侧向荷载，以简化计算。也可采用构造要求，如设置隅撑。

（三）拉条的设置。在檩条的设计中应该多考虑多根檩条由拉条串联后的内力叠加。当房屋坡度方向较大时应间隔一定数量的拉条设置一对斜拉条，以分段传递内力。因拉条只能受拉，但拉条作为檩条的侧向支撑点时也同时受拉和受压，因此在檐口和屋脊应布置斜拉条和撑杆，以形成几何不变体系。撑杆按压杆设计，不宜用圆钢，一般用角钢或者钢管内设拉条的做法，设置撑杆的同时也设置斜拉条。拉条与檩条的连接点一般是拉条连接在檩条上部的1/3高度处。这样在外荷作用下，拉条可以提供较大的抗扭约束。

（四）檩条与屋面梁的连接。目前檩条与屋面刚架梁的连接主要有两种方法：第一种在檩条下翼缘上开孔，用普通螺栓直接连接于梁上。这种情况下翼缘直接承受支座反力，很有可能引起腹板的压屈，当腹板的高厚比较大(大于200mm)时，此种连接不可取。第二种作法是：在屋面梁上焊檩托(用角钢或钢板制作)在檩托上开孔，用普通螺栓与檩条相连，檩条每端螺栓数应为两个，对于腹板高厚较大的檩条还应在连接孔上加设厚垫片来提高螺栓孔处局部的抗屈曲能力。

（五）檩条与屋面板的连接。压型钢板与檩条应可靠连接以保证屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转。这对无须验算整体稳定的实腹式檩条由为重要。檩条与屋面板的连接一般用带橡胶垫圈的自攻螺丝连接，间距300mm～400mm。

五、屋面支撑与柱间支撑的确定（一）屋面支撑屋面支撑受力较小，杆件截面通常可按容许长细比来选择。交叉斜杆和柔性细杆按拉杆设计，可采用单角钢；非交叉斜杆、弦杆、竖杆以及刚性系杆按压杆设计，可采用双角钢组成十字形或T形截面。

当屋架跨度较大、房屋较高且基本风压也较大时，杆件截面应按桁架体系计算出的内力确定。计算支撑杆件内力时，可假定在水平荷载作用下，交叉斜杆中的压杆退出工作，仅由拉杆受力。

（二）柱间支撑就厂房而言：分为上层支撑和下层支撑上层支撑计算时，为避免由于支撑刚度过大而引起较大的温度应力，支撑腹杆按柔性拉杆计算。交叉体系的下层支撑当吊车较小时一般用圆钢，较大时通常采用角钢或槽钢。交叉斜杆常按拉杆设计，但为了提高厂房的纵向刚度，当吊车较大时，应按压杆设计。

六、隅撑的作用与设置隅撑的主要作用是阻止梁的下翼缘及柱的内侧翼缘失稳。并在设计计算中作为减少梁柱的平面外计算长度的最不利侧向支撑间的最大间距。隅撑之所以要设置，是因为刚架斜梁的受力的变化。在恒荷载和活荷载等荷载组合作用下，一般的梁受力是上翼缘受压，下翼缘受拉，这样檩条与钢梁的有效连接为梁上翼缘的稳定提供了可靠的支撑。所以一般情况下梁的平面外计算长度取两倍的檩条间距。上翼缘的稳定可以保证。

但在受到风吸力荷载作用时时，下翼缘受压，上翼缘受拉，这样下翼缘的稳定性没有可靠的平面外支撑，因此，在梁的下翼缘上加设隅撑给钢梁的下翼缘提供支撑。隅撑一边与梁的下翼缘连接，一边与檩条连接。隅撑的做法可以详见门式刚架的规范。研究表明，门式刚架的破坏和倒塌在很多情况下是由受压最大的翼缘屈曲引起的，而斜梁下翼缘与刚架柱的相交处压应力最大，是结构的关键部位。本规程规定，“在檐口位置，刚架斜梁与柱内翼缘交接点附近的檩条和墙梁处应各设置一道隅撑”，就是为了确保该处的稳定性。此外，还规定在斜梁下翼缘受压区均应设置隅撑，其间距不得大于相应受压翼缘宽度的16(235／f3)1／2倍。该规定便于执行，也便于施工质量检查。

若翼缘宽度较窄，理所当然地应使隅撑间距减小。规程还特别规定，当斜梁下翼缘不设隅撑时，应采取保证刚架稳定的可靠措施，如设置刚性撑杆或加大截面等。

结束语近年来，中国经济飞速发展，国内钢结构市场的增长势头持续强劲。国产钢材性能与产量为钢结构产业化提供了基本条件。轻钢结构在建筑行业中的应用势必越来越广泛，门式刚架轻钢结构是我国钢结构房屋中比较成熟的体系之一，因此，只有结合实际情况才能更好更有效的对钢结构厂房支撑结构设计中存在的问题进行处理。

参考文献[1]于洪生.轻型钢结构厂房设计的技术措施探讨［J］．城市建设，2013(03)[2]彭英．门式钢架轻型钢结构厂房设计相关问题探讨[J]．中华民居，2012，28（04）