一、不考慮地震作用的無吊車系統的鋼結構廠房柱間支撐的設置:
對于沒有吊車系統的一般鋼結構廠房,可以只設置一層柱間支撐,如果廠房過高,導致柱間支撐角度過小,則須分層設置。
1.鋼結構廠房柱間支撐的作用:
保證廠房骨架的整體穩定和縱向剛度;作為柱的側向支撐借以決定柱在框架平面外的計算長度;承受廠房傳來的鋒利縱向水平荷載,主要是風荷載。
2.鋼結構廠房柱間支撐布置原則:
柱間支撐的間距-----當無吊車時宜取30-45米;柱間支撐可以設在廠房端部第一柱間。為什么在溫度區段端部可以設置?主要原因:無吊車廠房一般情況柱間支撐僅承受由山墻傳來的風載,風荷載相對較小,廠房縱向的變形也較小,在柱上產生的次內力(相對于橫向計算內力)較小,因此可以設在廠房端部第一柱間。
3.鋼結構廠房柱間支撐采用的形式:
通常,鋼結構體系設計往往優先利用鋼材的抗拉,其次是抗壓(有軸壓失穩問題),再次是壓彎。因此,對于沒有吊車的一般鋼結構廠房,柱間支撐僅承受由山墻傳來的風載,荷載較小,而且輕型鋼結構廠房的墻體圍護結構多為壓型鋼板加保溫材料,對廠房的柱頂位移限值放得很寬,因此最廣泛采用的是十字交叉帶有張緊裝置(如花籃螺栓)的圓鋼做支撐,此時截面較小,構件也比較輕巧,節省材料。當然,采用圓鋼支撐,缺點是張緊裝置容易松弛,如果,張緊后將端部螺紋打毛(或采用雙螺帽,建議采用)可以在一定程度上減少圓鋼的松弛。
4.鋼結構廠房設計的原則:
采用十字交叉的圓鋼做柔性支撐時原則是必須將圓鋼拉緊(圓鋼拉緊的程度以平面外有一定的剛度為準),使其真正能夠傳遞縱向水平力,當然,如果未張緊,這將影響結構的整體剛度和穩定性;至于在一個結構單元中設幾道支撐,由縱向水平力,鋼筋直徑和布置原則確定;圓鋼的大小由支撐承受的荷載決定,要明確一點的是規范對張緊的圓鋼的長細比是沒有限制的(無須驗算長細比,只要抗拉承載力滿足即可)。
二、不考慮地震作用的有吊車系統的鋼結構廠房柱間支撐的設置:
對于有吊車系統的廠房,一般要設置上下兩層柱間支撐(上柱支撐,下柱支撐),并且吊車梁可以代替剛性系桿(如果只設一層,平面外會有吊車的縱向剎車力作用在柱中間,對于鋼柱本身不利)。
1.上柱支撐的作用及布置原則——吊車梁以上的支撐,傳遞屋架(上、下弦)橫向支撐傳來的縱向風力和保證廠房的整體穩定及縱向剛度。布置原則:溫度區段的兩端和有下柱支撐的開間中。
2.下柱支撐的作用及布置原則——吊車梁以下的支撐。
作用:
1)保證鋼結構廠房的空間剛度;
2)傳遞山墻風力;
3)傳遞吊車縱向剎車力。布置原則:當有吊車時宜設在溫度區段中部,或當溫度區段較長(L>90m)時宜設在三分點處,且間距不宜大于60米。
注意在溫度區段端部不宜設置下柱剛性支撐。為什么在溫度區段端部不宜設置下柱剛性支撐?
主要原因:下柱支撐布置在溫度區段的中間(這在混凝土結構中有類似的規定,只是把柱間支撐換成了剪力墻),使廠房在溫度變化時能夠從支撐向兩側伸縮,以減小支撐,柱子與縱向構件的溫度應力;而如果布置在溫度區段端部,則限制了廠房的縱向變形。
另外柱間支撐主要是提供鋼結構廠房的縱向剛度,因計算時一般只計算橫向平面,作為平面問題處理,但如果廠房有較大噸位吊車,其縱向剎車力較大,若在廠房端部設置落地支撐(上下都有),限制了鋼結構廠房的縱向變形,在柱縱向產生的次內力就比較大,由于在計算柱子時沒有考慮該內力,柱子設計將偏于不安全。
綜合以上兩方面,宜在端部僅設置上柱支撐(對于有較大吊車的鋼結構廠房,上柱截面通常比下柱截面小很多,上柱段的側向剛度較小,不會因其上柱間支撐布置在兩端而過分阻礙溫度變形和引起過大的溫度應力),把下柱支撐設在第二開間,在第一柱距內用吊車梁代替剛性系桿,值得注意的是第一柱距內的屋面應在抗風柱對應位置設剛性系桿,屋面橫向支撐亦要設在第二柱距。系統的傳力途徑是:山墻處的水平荷載——剛性系桿——屋面橫向支撐——柱間支撐——基礎。
3.鋼結構廠房柱間支撐采用的形式:
1)上柱支撐:通常采用張緊的十字交叉圓鋼做支撐;對于鋼結構廠房吊車為重級工作制,上柱支撐采用圓鋼支撐,則容易松弛,即使是用花籃螺栓,也很難保證;并且吊車的重量會對上柱支撐的地震荷載計算產生一定的影響,綜合考慮最好采用常見的單角鋼十字交叉支撐。
2)下柱支撐(剛性支撐):下柱支撐一般采用十字交叉單片支撐(單個角鋼或兩個角鋼組成的T型截面);對于起重量大于16噸的廠房宜采用雙片支撐(采用不等邊角鋼以長邊與柱翼緣相連,兩片支撐之間以附加系桿相連,也可以是兩個槽鋼,H型鋼,鋼管)等型鋼組成格構式十字交叉剛性支撐(截面大小由支撐承受的平面內荷載決定)。
4.設計的原則:
1)支撐主要承受的荷載:上柱支撐主要承受風荷載,下柱支撐除承受風力荷載以外,還承受吊車的縱向水平荷載。
2)桿件截面必須滿足長細比和計算求得的內力要求。
3)十字交叉支撐,宜按一拉一壓進行計算。