唐佳衛(wèi)

中國海誠工程科技股份有限公司 上海 200031

1 概況

對于常規(guī)大面積的工業(yè)廠房、物流倉庫，門式剛架具有跨度大、重量輕、整體剛度好、柱網(wǎng)布置靈活等優(yōu)勢。對比于傳統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)或者排架結(jié)構(gòu)，門式剛架工業(yè)化程度高，運(yùn)輸便捷，安裝方便快速，土建施工量小，綜合經(jīng)濟(jì)效益高。隨著門式剛架結(jié)構(gòu)的普及，門式剛架的設(shè)計(jì)也越來越精細(xì)化，國家也推出了新版的《門規(guī)》[1]，本文就設(shè)計(jì)過程中一些容易出錯的地方，與大家共同探討。

2 縱向柱計(jì)算長度系數(shù)

門式剛架標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算分析方法是不考慮蒙皮效應(yīng)，整體模型分為橫向和縱向，按平面結(jié)構(gòu)分析內(nèi)力。橫向?yàn)閯偧苣Ｐ?，有?cè)移受力體系?？v向?yàn)殍旒苣Ｐ?，柱與系桿鉸接，中間設(shè)柱間支撐，無側(cè)移受力體系。由于縱向?yàn)闊o側(cè)移受力體系，所以在橫向剛架模型分析時，鋼柱的平面外計(jì)算長度系數(shù)取1.0或者取縱向系桿間距。也就是因?yàn)殇撝矫嫱庥?jì)算長度較小，鋼柱的翼緣寬度可以設(shè)計(jì)得窄而薄，具有較好的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

根據(jù)《門規(guī)》要求，縱向的柱間支撐宜取30米～40米，柱間支撐可采用門式框架、圓鋼交叉支撐、型鋼交叉支撐、方管或圓管人字支撐等。在有些時候，采用交叉支撐經(jīng)常會影響到設(shè)備使用、物流運(yùn)輸或者門窗開洞，特別是多跨剛架中柱的縱向設(shè)計(jì)。此時，很多工程師會采用門式框架的柱間支撐形式，或者大大減少交叉支撐的數(shù)量。那么在這個時候，縱向結(jié)構(gòu)體系是否還能滿足無側(cè)移的計(jì)算假定呢？

《鋼標(biāo)》[2]式8.3.1-6是判斷有無側(cè)移的規(guī)范依據(jù)。公式的左邊Sb為支撐結(jié)構(gòu)的側(cè)移剛度，可以用水平工況比如風(fēng)荷載工況的水平力除以對應(yīng)工況的位移比來計(jì)算。右邊公式的Nb和N0分別是采用無側(cè)移框架和有側(cè)移框架計(jì)算長度系數(shù)算得的軸壓穩(wěn)定承載力。筆者選取了某個工程的一榀縱向模型，柱截面為H600x350x8x14，共8跨9根柱子。模型1采用了三跨圓鋼交叉支撐。模型2采用了一跨圓鋼交叉支撐。模型3采用滿布門式框架支撐。

計(jì)算結(jié)果見表一。

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結(jié)論：

1. 剛架側(cè)移剛度與結(jié)構(gòu)本身的布置有關(guān)，以往經(jīng)驗(yàn)上根據(jù)位移比1/1000來判斷有無側(cè)移并不完全準(zhǔn)確，還應(yīng)考慮荷載大小的因素。在荷載很小的情況下，即使位移比很小，側(cè)移剛度也會較弱。

2. 交叉支撐可以有效增大側(cè)移剛度，但如果支撐布置的很少，結(jié)構(gòu)仍可能是有側(cè)移體系。

3. 僅布置門式框架完全無法滿足無側(cè)移的條件。驗(yàn)證了《門規(guī)》6.1.3條，未設(shè)置柱間支撐情況下，柱應(yīng)按雙向受力計(jì)算。

4. 在弱支撐或者僅設(shè)置門式框架支撐的情況下，縱向結(jié)構(gòu)體系為有側(cè)移框架，那橫向剛架計(jì)算時柱平面外計(jì)算長度取1.0會存在較大安全隱患，設(shè)計(jì)師應(yīng)引起重視。此時應(yīng)修正橫向剛架柱平面外計(jì)算長度系數(shù)或采用考慮雙向受力計(jì)算的三維模型。

3 鋼梁平面外側(cè)向支撐

通長設(shè)置的縱向剛性系桿，一般連接在鋼梁的上翼緣附近，可以作為鋼梁上翼緣平穩(wěn)外的側(cè)向支撐。與鋼梁連接的檁條，根據(jù)《門規(guī)》9.1.7條和9.1.8條，在滿足規(guī)范計(jì)算要求的情況下，檁條可以兼做屋面橫向水平支撐的壓桿。但實(shí)際制作安裝時，廠家為了方便，一般在檁條上開長圓孔，這樣檁條就失去了傳遞水平力的作用。所以筆者認(rèn)為不應(yīng)考慮檁條作為鋼梁上翼緣平面外穩(wěn)定的側(cè)向支撐，僅僅作為一種結(jié)構(gòu)的安全儲備。

根據(jù)《門規(guī)》第7.1.6條，隅撐在滿足一定的布置條件下，可以考慮其對鋼梁下翼緣平面外穩(wěn)定的支撐作用，但隅撐不能作為完全固定的側(cè)向支撐，而僅僅是彈性支座。并且這種支撐作用隨著鋼梁下翼緣截面的增大，逐漸減小。

根據(jù)剛架受力特點(diǎn)，鋼梁在跨中一般為上翼緣受壓，在鋼梁端部為下翼緣受壓。因此，筆者認(rèn)為應(yīng)在跨中區(qū)域應(yīng)設(shè)置通長的剛性系桿，作為鋼梁上翼緣的平面為側(cè)向支撐。而在鋼梁端部，一般截面較大，連接在靠近上翼緣附近的剛性系桿無法作為受壓下翼緣的側(cè)向支撐，受壓的下翼緣只能依靠隅撐的側(cè)向彈性支撐作用，同時隅撐的支撐作用隨著下翼緣截面的增加而減小。所以筆者建議鋼梁端部的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能的減小下翼緣的截面面積，通過調(diào)整梁截面高度和上翼緣截面來滿足強(qiáng)度要求。只有這樣，常規(guī)的隅撐布置才能有效的約束受壓的下翼緣。根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)，對于45度布置，采用L63x5的隅撐，隅撐間距3000情況下，鋼梁的下翼緣截面不宜大于300x12，此時隅撐才能起到有效的側(cè)向彈性支撐作用。

4 主要結(jié)論

本文首先討論了門式剛架設(shè)計(jì)中關(guān)于縱向柱計(jì)算長度系數(shù)取值的問題，參考《鋼標(biāo)》相關(guān)規(guī)范，舉例計(jì)算了相關(guān)模型的側(cè)向剛度和柱穩(wěn)定承載力，通過對比可以發(fā)現(xiàn)，較少的交叉支撐和門式框架支撐側(cè)向剛度較弱，不足以滿足規(guī)范對無側(cè)移框架的要求，柱計(jì)算長度系數(shù)應(yīng)按有側(cè)移計(jì)算。

其次本文討論了鋼梁平面外側(cè)向支撐的問題，論述了鋼梁跨中和梁端受壓翼緣側(cè)向支撐的布置。最終筆者建議在鋼梁跨中的受壓上翼緣，宜布置通長的系桿來作為鋼梁平面外穩(wěn)定的有效側(cè)向支撐。在鋼梁端部的受壓下翼緣，宜布置隅撐并控制鋼梁下翼緣的截面面積，使隅撐作為鋼梁平面外穩(wěn)定的側(cè)向彈性支撐。