单层钢结构厂房构件布置和计算方法

《建筑抗震设计规范》规定：

9.2.2 厂房的结构体系应符合下列要求：

1 厂房的横向抗侧力体系，可采用刚接框架、铰接框架、门式刚架或其他结构体系。厂房的纵向抗侧力体系，8、9度应采用柱间支撑；6、7度宜采用柱间支撑，也可采用刚接框架。

2 厂房内设有桥式起重机时，起重机梁系统的构件与厂房框架柱的连接应能可靠地传递纵向水平地震作用。

3 屋盖应设置完整的屋盖支撑系统。屋盖横梁与柱顶铰接时，宜采用螺栓连接。

9.2.7 厂房的横向抗震计算，可采用下列方法：

1 一般情况下，宜采用考虑屋盖弹性变形的空间分析方法；

2 平面规则、抗侧刚度均匀的轻型屋盖厂房，可按平面框架进行计算。等高厂房可采用底部剪力法，高低跨厂房应采用振型分解反应谱法。

9.2.8 厂房的纵向抗震计算，可采用下列方法：

1 采用轻型板材围护墙或与柱柔性连接的大型墙板的厂房，可采用底部剪力法计算，各纵向柱列的地震作用可按下列原则分配：

1）轻型屋盖可按纵向柱列承受的重力荷载代表值的比例分配；

2）钢筋混凝土无檩屋盖可按纵向柱列刚度比例分配；

3）钢筋混凝土有檩屋盖可取上述两种分配结果的平均值。

2 采用柱边贴砌且与柱拉结的普通砖砌体围护墙厂房，可参照本规范第9.1节的规定计算。

3 设置柱间支撑的柱列应计入支撑杆件屈曲后的地震作用效应。

1.柱网布置及构造要求

图6.2.4 柱网布置

厂房的柱网布置（见图6.2.4）要综合考虑工艺、结构和经济等诸多因素来确定，同时还应注意符合标准化模数要求。柱网布置首先要满足生产工艺流程的要求，包括预期的扩建和工艺设备更新的需求。

《建筑抗震设计规范》规定：

9.2.13 厂房框架柱的长细比，轴压比小于0.2时不宜大于150；轴压比不小于0.2时，不宜大于。

9.2.14 厂房框架柱、梁的板件宽厚比，应符合下列要求：

1 重屋盖厂房，板件宽厚比限值可按本规范第8.3.2条的规定采用，7、8、9度的抗震等级可分别按四、三、二级采用。

2 轻屋盖厂房，塑性耗能区板件宽厚比限值可根据其承载力的高低按性能目标确定。塑性耗能区外的板件宽厚比限值，可采用现行《钢结构设计规范》GB50017弹性设计阶段的板件宽厚比限值。

注：腹板的宽厚比，可通过设置纵向加劲肋减小。

《建筑抗震设计规范》条文说明指出：

9.2.14 板件的宽厚比，是保证厂房框架延性的关键指标，也是影响单位面积耗钢量的关键指标。本次修订，对重屋盖和轻屋盖予以区别对待。重屋盖参照多层钢结构低于50m的抗震等级采用，柱的宽厚比要求比2001版规范有所放松。

对于采用压型钢板轻型屋盖的单层钢结构厂房，对于设防烈度8度（0.20g）及以下的情况，即使按设防烈度的地震动参数进行弹性计算，也经常出现由非地震组合控制厂房框架受力的情况。因此，根据实际工程的计算分析，发现如果采用性能化设计的方法，可以分别按“高延性，低弹性承载力”或“低延性，高弹性承载力”的抗震设计思路来确定板件宽厚比。即通过厂房框架承受的地震内力与其具有的弹性抗力进行比较来选择板件宽厚比：

当构件的强度和稳定的承载力均满足高承载力——2倍多遇地震作用下的要求（γ_GS_GE+γ_Eh2S_E≤R/γ_RE）时，可采用现行《钢结构设计规范》GB50017弹性设计阶段的板件宽厚比限值，即C类；当强度和稳定的承载力均满足中等承载力——1.5倍多遇地震作用下的要求（γ_GS_GE+γ_Eh1.5S_E≤R/γ_RE）时，可按表6中B类采用；其他情况，则按表6中A类使用。

表6 柱、梁构件的板件宽厚比限值

注：表列数值适用于Q235钢。当材料为其他钢号时，除圆管的外径壁厚比应乘以235/f_y外，其余应乘以。(www.xing528.com)

A、B、C三类宽厚比的数值，系参照欧、日、美等国家的抗震规范选定。大体上，A类可达全截面塑性且塑性铰在转动过程中承载力不降低；B类可达全截面塑性，在应力强化开始前足以抵抗局部屈曲发生，但由于局部屈曲使塑性铰的转动能力有限。C类是指现行《钢结构设计规范》GB 50017按弹性准则设计时腹板不发生局部屈曲的情况，如双轴对称H形截面翼缘需满足，受弯构件腹板需满足，压弯构件腹板应符合《钢结构设计规范》GB 50017—2003式（5.4.2）的要求。

2.柱间支撑

作用于厂房山墙上的风荷载、吊车的纵向水平荷载、纵向地震作用等均要求厂房具有足够的纵向刚度。这在结构上是通过合理的柱间支撑（图6.2.5）和屋盖支撑的设置来实现的。

《建筑抗震设计规范》规定：

图6.2.5 柱间支撑布置

9.2.10 柱间X形支撑、V形或V形支撑应考虑拉压杆共同作用，其地震作用及验算可按本规范附录K第K.2节的规定按拉杆计算，并计及相交受压杆的影响，但压杆卸载系数宜改取0.30。

交叉支撑端部的连接，对单角钢支撑应计入强度折减，8、9度时不得采用单面偏心连接；交叉支撑有一杆中断时，交叉节点板应予以加强，其承载力不小于1.1倍杆件承载力。

支撑杆件的截面应力比，不宜大于0.75。

9.2.15 柱间支撑应符合下列要求：

1 厂房单元的各纵向柱列，应在厂房单元中部布置一道下柱柱间支撑；当7度厂房单元长度大于120m（采用轻型围护材料时为150m）、8度和9度厂房单元大于90m（采用轻型围护材料时为120m）时，应在厂房单元1/3区段内各布置一道下柱支撑；当柱距数不超过5个且厂房长度小于60m时，亦可在厂房单元的两端布置下柱支撑。上柱柱间支撑应布置在厂房单元两端和具有下柱支撑的柱间。

2 柱间支撑宜采用X形支撑，条件限制时也可采用V形、Λ形及其他形式的支撑。X形支撑斜杆与水平面的夹角、支撑斜杆交叉点的节点板厚度，应符合本规范第9.1节的规定。

3 柱间支撑杆件的长细比限值，应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的规定。

4 柱间支撑宜采用整根型钢，当热轧型钢超过材料最大长度规格时，可采用拼接等强接长。

5 有条件时，可采用消能支撑。

3.钢屋架外形及腹杆形式

钢屋架外形一般分为三角形（图6.2.6a、b、c）、梯形（图6.2.6d、e）及平行弦（图6.2.6f、g）三种。桁架腹杆形式常用的有人字式（图6.2.6b、d、f）、芬克式（图6.2.6a）、豪式（也叫单向斜杆式，图6.2.6c）、再分式（图6.2.6e）及交叉式（图6.2.6g）五种。其中前四种为单系腹杆，第五种即交叉腹杆为复系腹杆。

4.屋盖支撑体系

在屋盖中屋架是主要承重构件。各个屋架如仅用檩条和屋面板连系时，由于没有必要的支撑，屋盖结构在空间是几何可变体系，在荷载作用下甚至在安装的时候，各屋架就会向一侧倾倒，如图6.2.7a中虚线所示。只有用支撑合理地连接各个屋架，形成几何不变体系时，才能发挥屋架的作用，并保证屋盖结构在各种荷载作用下能很好地工作。

首先用支撑将两个相邻的屋架组成空间稳定体，然后用檩条及上下弦平面内的一些系杆将其余各屋架与空间稳定体连接起来，形成几何不变的屋盖结构体系（图6.2.7b）。

图6.2.6 钢屋架外形

图6.2.7 屋盖支撑作用示意图

a—上弦横向水平支撑 b—下弦横向水平支撑 c—垂直支撑 d—檩条或大型屋面板

《建筑抗震设计规范》规定：

9.2.9 厂房屋盖构件的抗震计算，应符合下列要求：

1 竖向支撑桁架的腹杆应能承受和传递屋盖的水平地震作用，其连接的承载力应大于腹杆的承载力，并满足构造要求。

2 屋盖横向水平支撑、纵向水平支撑的交叉斜杆均可按拉杆设计，并取相同的截面面积。

3 8、9度时，支承跨度大于24m的屋盖横梁的托架以及设备荷重较大的屋盖横梁，均应按本规范第5.3节计算其竖向地震作用。