钢结构柱间支撑设计概述

2021-06-21盘洪玉刘威长江精工钢结构集团股份有限公司安徽六安237161

安徽建筑 2021年6期

盘洪玉，刘威（长江精工钢结构（集团）股份有限公司，安徽六安 237161）

随着钢结构行业迅速地发展，轻钢结构在各个行业领域得到了广泛的应用，尤其是在工业厂房中的应用最为普遍。柱间支撑能够确保房屋承重结构的正常工作，对结构的侧向稳定性及刚度起着非常重要的作用。对于结构设计师们而言，需要从建筑结构布置、杆件截面计算、节点设计、加工安装等方面着手，合理地进行方案设计，满足其使用条件，提高其安全性与经济性，促进项目又好又快地发展。

1 分类、组成、作用

柱间支撑可分为：门式框架支撑、圆钢或钢索交叉支撑、型钢交叉支撑、方管或圆管人字支撑等，形式方面有十字交叉型、K字型等，一般通过焊接、螺栓连接在钢柱的腹板或连接板上。

柱间支撑系统由以下各部分组成：设置在钢柱之上段，其位置通常设置在内部结构吊车梁牛腿标高以上和屋架下弦之间；设置在钢柱之下段，其位置通常设置在内部结构吊车梁牛腿标高以下和柱脚标高以上；与此同时也可以在房屋的端部设置，一般是在边榀刚架处增加柱间支撑和系杆，建立一个稳定的结构体系，除前述中提到的纵向系杆，吊车梁自身、制动桁架、制动板皆是构成一个柱间支撑体系的一部分。

结构体系中增加柱间支撑，能够提高建筑物的纵向稳定和空间刚度；在进行主刚架计算时，设置柱间支撑，可以减少钢柱的平面外计算长度来缩小钢柱的翼缘宽度、腹板厚度，进而削弱基础尺寸大小；此外从建筑物山墙吹过去的风荷载、有吊车系统中吊车刹车时产生的纵向刹车荷载、建筑物的环境温度应力以及强震荷载都可以由柱间支撑承受。

2 布置原则

可以按照以下原则进行：

从建筑方案的角度考虑，应保证建筑物生产净空的需求，当支撑形式为交叉支撑时，需要特别关注其是否会挡住建筑门窗，影响其使用功能，此时可以更改支撑形式，采用门式支撑或者更改该处支撑的布置，移动到相邻柱距；从结构方案的角度考虑，为保证建筑物的纵向稳定及空间刚度，柱间支撑、屋面支撑及系杆都应设置在同一个柱距之间，形成一个稳定的受力体系。

当柱间支撑位置设置在钢柱之下段，为了削弱建筑物因为温度作用带来的变形难题，因此应该把布置位置设置在建筑物温度区段的中部，在建筑物端部的第一个柱距内不设置柱间支撑，目的是为了释放温度作用带来的温度应力。当温度区段长度不大时，宜在温度区段中部设置一道。当温度区段大于120m时，宜在温度区段内设置两道。

当柱间支撑位置设置在钢柱之上段，若某一柱距内设置有下段柱柱间支撑，上部与之对应宜设置上段柱柱间支撑，通常会在建筑物温度区段的两端设置一道上段柱柱间支撑，其作用能够传递山墙方向吹过来的风荷载、地震作用，也能够加强建筑物上部结构的纵向刚度。

阶形柱的下段柱间支撑，当为等截面柱且截面高度≤600mm时，在柱中心线位置采取单片支撑形式；当为等截面柱且截面高度＞600mm时，采取双片支撑形式，在两个柱肢内成对设置。

阶形柱的上段柱间支撑，当上段柱的截面高度≤1000mm时，在柱中心线位置采取单片支撑形式，当上段柱的截面高度＞1000mm时，采取双片支撑形式，在两个柱肢内成对设置。若存有人孔通道，有单片支撑的时候，应注意让开人孔通道而将支撑倾向一侧；有双片支撑的时候，肢应向柱的两翼缘内侧设置，保证柱与吊车桥架之间应该留有的净空尺寸。

3 结构设计

因为十字形交叉支撑传力路径比较直接，用钢量较其他支撑形式较省。所以计算以十字形交叉支撑为例。

3.1 受力分析

受力分析见图1所示。

图1 有吊车厂房柱（单阶柱）十字交叉支撑简图

H-其他纵向水平荷载（如固定在厂房柱列的管道等纵向推力）；

W-风荷载（由山墙、天窗架端传来）；

W-风荷载（由山墙抗风桁架传来，若无抗风桁架，则无此项）；

T-纵向水平荷载（吊车刹车产生的制动力）；

F-纵向水平地震作用（由柱顶处分配的）；

F-纵向水平地震作用（由吊车梁顶标高处分配的）；

支撑杆件的计算长度可按下式确定：上、下柱间支撑交叉杆件在平面内的计算长度，取节点与交叉点之间的距离，即l=0.5l ；上、下柱间支撑交叉杆件在平面外的计算长度，取节点中心间的距离，即l=l。

3.2 控制参数

由《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》(GB51022-2015)第8.3.3条：屋面横向支撑应按支承于柱间支撑柱顶水平桁架设计；圆钢或钢索应按拉杆设计，型钢可按拉杆设计，刚性系杆应按压杆设计。因此十字形交叉支撑可以选择角钢，按拉杆进行设计。支撑的选用除了应满足承载力限制要求，其主要是由长细比控制。由《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》(GB51022-2015)第3.4.2条：受拉构件的长细比，不宜大于表3.4.2-2规定的限值。

3.3 截面选择

由上述结果可知，当满足承载力限值以及长细比限值的情况下，可以选择热轧不等边角钢，采用短边搭接，热轧等边角钢L110×7线重为11.9kg/m，热轧不等边角钢L110×70×7线重为9.66kg/m，每延米重量可减少2.24kg。截面选择时采取此方案，具有良好的经济性。

3.4 节点设计

3.4.1 材料及要求

②焊条采用E43 xx型，焊条质量应符合国家标准《碳钢焊条》（GB/T5117-1995）的有关规定。

3.4.2 设计原则

根据国家建筑标准设计图集（11G336-2）柱间支撑第3.5.1和第3.5.2条：非地震地区，取支撑杆件全截面乘以钢材强度设计值的1.1倍；地震区，取支撑杆件全截面乘以钢材屈服强度的1.2倍。若截面设计采用截面L110×70×7的热轧不等边角钢（Q235B）,节点可按下式进行设计，连接采用现场安装螺栓＋三面围焊形式。

端缝受力

肢背所需焊缝长度

肢尖所需焊缝长度

参考国家建筑标准设计图集（11G336-2），可以绘制如下节点（连接板和节点板厚度可参照图集选用），见图2所示。

图2 柱间支撑连接节点

4 施工制作

支撑构件和预埋件的表层必须完全除锈，除锈等级宜不少于Sa2或者St2。涂装应当选用与除锈等级相对应的防锈底漆。涂层厚度及涂装施工环境等应符合《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）规定的要求；支撑构件的制作和安装应符合《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）的有关规定；现场使用的安装螺栓可以选择M16（C级螺栓）；角焊缝的外观质量等级不应少于三级。