目錄第一章荷載和作用 3一、一般說明 3二、永久荷載（恒荷載） 5三、吊車荷載 6四、雪荷載 8五、積灰荷載 9六、屋面均布活荷載 11七、風(fēng)荷載 12八、溫度作用 14九、地震作用 15第二章單層工業(yè)廠房框架柱的設(shè)計 17一、一般要求 171.框架柱的類型 182.框架柱的截面形式 193.框架柱的截面大小 19二、框架柱整體計算 201.計算簡圖 202.框架sts計算中一些問題 213.框架結(jié)構(gòu)的剛度限值 304.抽柱計算 31三、框架柱、梁腹板的局部穩(wěn)定的問題 361.框架柱腹板的局部穩(wěn)定問題 372.屋面梁腹板的局部穩(wěn)定問題 39第三章框架柱的局部設(shè)計 41一、柱人孔設(shè)計 411.上階柱人孔設(shè)計 412.下階柱人孔設(shè)計 42二、肩梁設(shè)計 441．強度驗算 452．肩梁的剛度問題 473．連接和局部計算 48三、柱腳設(shè)計 491.柱腳的類型 492．柱腳計算 513.插入式柱腳設(shè)計 544.柱腳構(gòu)造 56第四章柱間支撐設(shè)計 58一、一般說明 58二、柱間支撐的計算 601.荷載傳遞路線 602.十字交叉支撐 603.K型支撐 614.八字形支撐 615.單斜壓桿上柱支撐 616.單斜桿下柱支撐 627.y形下柱支撐 628.擴大門形下柱支撐 629.支撐壓桿允許長細比 63三、柱間支撐的構(gòu)造和連接 631.單角鋼折減系數(shù) 632.單層工業(yè)廠房的柱間交叉支撐構(gòu)造要求 633.支撐填板的布置 64第五章其他 65一、跨度大于36m屋架對框架柱的水平推力問題 65二、規(guī)范中節(jié)點域公式在單層工業(yè)廠房剛接框架設(shè)計上的適用性 66三、高溫對鋼結(jié)構(gòu)的影響 66四、格構(gòu)柱橫隔設(shè)置的要求 67五、工字型柱腹板橫、縱加勁 67第一章荷載和作用一、一般說明作用在結(jié)構(gòu)上的荷載，針對不同情況，需要由一些荷載數(shù)值來代表，通稱為荷載代表值。對永久荷載，采用標(biāo)準(zhǔn)值作為代表值；對可變荷載，應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求采用標(biāo)準(zhǔn)值、組合值、頻遇值或準(zhǔn)永久值作為代表值。荷載標(biāo)準(zhǔn)值是指在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載統(tǒng)計分布的特征值，即超過該值的可能性為5%，就是一般來說的“可能出現(xiàn)的最大值”；組合值、頻遇值及準(zhǔn)永久值都是在標(biāo)準(zhǔn)值的基礎(chǔ)上乘以系數(shù)得到。荷載設(shè)計值為荷載標(biāo)準(zhǔn)值與荷載分項系數(shù)的乘積。荷載組合值是當(dāng)兩種或兩種以上可變荷載需要同時作用時，考慮到所有荷載同時達到最大值的可能性極小，這時，除了主導(dǎo)荷載（產(chǎn)生最大效應(yīng)的荷載）外，其他伴隨的可變荷載取小于標(biāo)準(zhǔn)值的組合值作為荷載的代表值。頻遇值是《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2001（下簡稱《荷載規(guī)范》）新添的荷載代表值，它是對應(yīng)于某些極限狀態(tài)，允許在一個較短時間內(nèi)被超過，相當(dāng)于結(jié)構(gòu)上時而出現(xiàn)的、不超過標(biāo)準(zhǔn)值的一個較大荷載值，它通常大于或等于準(zhǔn)永久值。例如，對結(jié)構(gòu)振動涉及人的舒適性、影響非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能和設(shè)備的使用功能的極限狀態(tài)時采取頻遇值。準(zhǔn)永久值是針對可變荷載來講，指在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)，（《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50068-2001采用的設(shè)計基準(zhǔn)期為50年），超過這一數(shù)值的時間為設(shè)計基準(zhǔn)期的一半，這個數(shù)值即為準(zhǔn)永久值。結(jié)構(gòu)設(shè)計時，一般應(yīng)滿足承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。對于承載能力極限狀態(tài)，應(yīng)按荷載效應(yīng)的基本組合或偶然組合來進行荷載效應(yīng)組合，并應(yīng)滿足下面的表達式：g0S≤R式中g(shù)0—結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；S—荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值R—結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的設(shè)計值結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，對于一般的工業(yè)和民用鋼結(jié)構(gòu)，根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50017-2003（下簡稱《鋼規(guī)》）第3.1.3條，安全等級為二級，g0取1.0。荷載效應(yīng)的基本組合，是由永久荷載、可變荷載考慮它們的荷載分項系數(shù)，并在有多個可變荷載時，考慮荷載組合值后得到的荷載總效應(yīng)。荷載的組合可能有很多種，設(shè)計時需要找出產(chǎn)生荷載效應(yīng)最大（即最不利）的那一個荷載組合作為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件設(shè)計的荷載組合。對于排架結(jié)構(gòu)，基本組合可以采用簡化規(guī)則，當(dāng)由可變荷載控制時，荷載效應(yīng)S當(dāng)由永久荷載控制時，荷載效應(yīng)S對于正常使用極限狀態(tài)，當(dāng)考慮短期效應(yīng)時，分別采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合或頻遇組合；當(dāng)考慮長期效應(yīng)時，可采用準(zhǔn)永久組合。對于單層工業(yè)廠房來說，承受的荷載和作用有：1.永久荷載（恒荷載）：承重結(jié)構(gòu)的自重、屋面板和墻面板自重、設(shè)于結(jié)構(gòu)上的管線及設(shè)備自重等；2.可變荷載（活荷載）：吊車荷載、雪荷載、積灰荷載、屋面及走臺上的均部活荷載、風(fēng)荷載、管線及設(shè)備工作時對廠房結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的作用力（扣除自重）；3.溫度作用：當(dāng)框架橫向和縱向單元長度不超過《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（78頁，第8.1.5條）規(guī)定的溫度區(qū)段長度值時，一般不用考慮溫度作用；4.框架柱基礎(chǔ)不均勻沉降或傾斜對框架產(chǎn)生的影響；5.偶然荷載：如地震荷載、重物對結(jié)構(gòu)的撞擊等。二、永久荷載（恒荷載）1.承重結(jié)構(gòu)自重：在用STS軟件計算框架時，可以選擇由程序自動考慮。2.屋面板和墻面板壓型鋼板自重一般為7～15kg/㎡，夾芯保溫板自重一般為12～35kg/㎡，對于柱距≥12m的單層工業(yè)廠房，我公司建筑專業(yè)常用的板型，以及在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，恒荷載的設(shè)計取值見下表：屋面板在水平投影面上自重的設(shè)計恒荷載取值（kg/㎡）屋面板壓型鋼板型號（板厚0.8mm）波高（mm）自重kg/㎡跨度設(shè)計取恒荷載不保溫時1YX114-333-666（角馳Ⅲ，常用）1149.54m15kg/㎡2YX51-380-760型（角馳Ⅱ）768.33.6保溫時上層板1YX114-333-666（角馳Ⅲ，常用）1149.5430kg/㎡2YX51-380-760型（角馳Ⅱ）768.33.6m下襯板YX28-205-820型287.7－保溫材料1巖棉80-100mm厚（取1kN/m3）－102超細玻璃絲棉80-100mm厚（常用）－＜10墻面板在正投影面上自重的設(shè)計恒荷載取值（kg/㎡）墻面板壓型鋼板型號（板厚0.8mm）波高（mm）自重kg/㎡跨度設(shè)計用恒荷載不保溫時1YX35-125-750型（V125）358.4215kg/㎡2YX28-205-820型287.7保溫時外層板1YX35-125-750型（V125）358.4225kg/㎡2YX28-205-820型287.7內(nèi)襯板YX15-225-900型287保溫材料1巖棉80-100mm厚（取1kN/m3）－102超細玻璃絲棉80-100mm厚（常用）－＜10三、吊車荷載1.吊車設(shè)計參數(shù)單層工業(yè)廠房通常采用電動橋式吊車，根據(jù)吊車的利用等級和荷載狀態(tài)分A1～A8共8個工作級別：A3及以下為輕級，A4、A5為中級，A6、A7為重級，A8為特重級。另外，工藝提供的吊車資料里應(yīng)包括：吊車輪距尺寸、額定起重量、工作級別、最大輪壓、吊車總重、小車重、每側(cè)制動輪的輪數(shù)、軌道型號、車擋高度等。在同一跨間，當(dāng)?shù)踯囋谝粋?cè)產(chǎn)生最大輪壓的時候，另一側(cè)必然會產(chǎn)生最小輪壓。最小輪壓由最大輪壓計算得到，公式如下：PQ吊車起重量G吊車總重n吊車一側(cè)輪數(shù)吊車額定起重量指吊車正常工作時吊鉤下一次起升的最大重量。對于具有主、副鉤的橋式吊車，主、副鉤一般不同時工作，通常以主鉤起重量做為吊車的額定起重量。例如，吊車30/10t，額定起重量為30t。另外，有時吊車在吊鉤下還有掛梁，因此需要注意額定起重量里是否已經(jīng)包括了掛梁重量，與工藝聯(lián)系，以免額定起重量漏項。對于雙鉤吊車，例如25+25t，則應(yīng)計入雙鉤的起重量，即額定起重量為50t。2.吊車橫向和縱向的水平荷載對于吊車產(chǎn)生的橫向水平荷載，在計算框架柱時，注意無論重級還是中、輕級，一律按照《荷載規(guī)范》第5.1.2條2款規(guī)定，而不采用《鋼規(guī)》第3.2.2條規(guī)定。因為《鋼規(guī)》第3.2.2條是適用于在“計算重級工作制吊車梁（或吊車桁架）及制動結(jié)構(gòu)的強度、穩(wěn)定性以及連接的強度時”，考慮吊車擺動引起的橫向水平力，不用于框架柱的計算。根據(jù)《荷載規(guī)范》得到吊車橫向水平荷載等分于吊車橋架兩端，分別由軌道上的車輪平均傳至軌頂，其方向與軌道垂直，并考慮正反兩個方向。這里，是假設(shè)框架一跨的兩柱列橫向剛度相等，若兩列剛度相差很大，按兩列等分小車橫向剎車力就會存在偏差。對于吊車產(chǎn)生的縱向水平荷載，《荷載規(guī)范》第5.1.2條1款規(guī)定“吊車縱向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按作用在一邊軌道上‘所有’剎車輪的最大輪壓之和的10%采用”。這里的“所有”，就是說有幾臺就計算幾臺。顯然，規(guī)范在此處的說法不夠嚴謹。因為，多臺車滿載、在一側(cè)軌道產(chǎn)生最大輪壓且同時剎車的可能性幾乎為零，多臺吊車也存在組合折減的問題；在一個溫度區(qū)段內(nèi)，柱間支撐設(shè)計只考慮本區(qū)段內(nèi)的吊車縱向剎車情況，雖然是同一側(cè)軌道，但其他溫度區(qū)段內(nèi)的吊車剎車力不予考慮。所以，吊車縱向剎車力一般取起重量最大的2臺吊車，并考慮2臺吊車的折減系數(shù)（當(dāng)僅有一臺吊車時，不考慮折減）。3.多臺吊車的組合根據(jù)《荷載規(guī)范》第5.2條規(guī)定，在計算排架考慮多臺吊車水平荷載時，對單跨或多跨廠房的每個排架，參與組合的吊車臺數(shù)不應(yīng)多于2臺；考慮多臺吊車豎向荷載時，對一層吊車單跨廠房的每個排架，參與組合的吊車臺數(shù)不宜多余2臺，對一層吊車的多跨廠房的每個排架，不宜多余4臺。計算排架時，多臺吊車的豎向和水平荷載的標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)乘以表5.2.2中的折減系數(shù)：4.吊車荷載的動力系數(shù)框架計算時，不用考慮吊車輪壓的動力系數(shù)。但是，在計算吊車梁及其連接強度時，吊車豎向荷載應(yīng)乘以動力系數(shù)。其中，對于懸掛吊車（包括電動葫蘆）及A1～A5的軟鉤吊車，動力系數(shù)可取1.05；對于A6～A8的軟、硬和其他特種吊車，動力系數(shù)可取1.1。吊車梁的疲勞計算采用1臺吊車標(biāo)準(zhǔn)值，不考慮動力系數(shù)；計算吊車梁撓度時，只考慮一臺吊車的作用，不乘以動力系數(shù)，也不減去起拱值。5.吊車荷載的標(biāo)準(zhǔn)值、組合值、頻遇值及準(zhǔn)永久值吊車荷載是移動荷載，需要利用影響線法求出吊車荷載作用到柱子上的最大作用力。處于工作狀態(tài)下的吊車，一般很少會持續(xù)地停留在某一個位置上，所以在正常情況下，吊車荷載的作用都是短暫的。當(dāng)空載吊車經(jīng)常安置在某個指定位置時，計算吊車梁的長期荷載效應(yīng)采用準(zhǔn)永久值。在廠房框架計算時，荷載永久組合中不考慮吊車荷載。四、雪荷載1.雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值和基本雪壓單層工業(yè)廠房的設(shè)計基準(zhǔn)期為50年，基本雪壓按《荷載規(guī)范》附錄D.4中附表D.4給出的50年一遇的雪壓采用。屋面水平投影面上的雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按下式計算：雪荷載的組合值系數(shù)取0.7，頻遇值系數(shù)取0.6，準(zhǔn)永久值系數(shù)應(yīng)按雪荷載分區(qū)Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的不同，分別取0.5、0.2和0；雪荷載分區(qū)按《荷載規(guī)范》附錄D.4或D.5.2的規(guī)定采用。2.屋面積雪分布系數(shù)屋面積雪分布系數(shù)應(yīng)根據(jù)不同類別的屋面形式，按《荷載規(guī)范》表6.2.1采用。單層工業(yè)廠房設(shè)計時，按下列規(guī)定采用積雪的分布情況：檁條按積雪不均勻分布的最不利情況采用；屋架可分別按積雪全跨均勻分布情況、不均勻分布情況和半跨均勻分布情況采用；框架柱按積雪全跨的均勻分布情況采用。3.屋面雪荷載不與屋面均布荷載同時考慮。五、積灰荷載在設(shè)計生產(chǎn)中有大量排灰的單層廠房及其臨近建筑時，對具有一定除塵設(shè)施和保證清灰制度的機械、冶金、水泥等的廠房屋面，其水平投影的屋面積灰荷載，應(yīng)按《荷載規(guī)范》表4.4.1-1和表4.4.1-2采用對屋面上易形成灰堆處，當(dāng)設(shè)計屋面檁條時，積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值可乘以增大系數(shù)：在高低跨處兩倍于屋面高差但不大于6m的分布寬度內(nèi)取2.0；在天溝處不大于3m的分布寬度內(nèi)取1.4。曾發(fā)生高低跨處局部積灰超載引起的事故，見下圖。原設(shè)計屋架上弦端節(jié)點只承受半塊大型屋面板負荷，由4個螺栓與高跨柱連接，承載力還有富裕。然而，由于積灰過厚導(dǎo)致灰載過大，4個螺栓剪斷，屋架上弦下垂，屋面板滑下，連帶一大片屋蓋墜落。積灰荷載應(yīng)與雪載和不上人屋面均布活載兩者中的最大值同時考慮。另外，對于有些現(xiàn)代化的鋼鐵工廠，由于采用先進的環(huán)保設(shè)備，實際灰載已大為減少。對于這種情況，屋面灰載可以適當(dāng)考慮予以折減。六、屋面均布活荷載單層工業(yè)廠房的屋面，其水平投影上的屋面均布活荷載，應(yīng)按《荷載規(guī)范》表4.3.在《鋼規(guī)》第3.2.1條強制性條文中注規(guī)定“對支承輕屋面的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)（檁條、屋架、框架等），當(dāng)僅有一個可變荷載且受荷水平投影面積超過60㎡時，屋面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)取0.3kN/㎡”。此條的條文說明中解釋：當(dāng)僅有屋面均布荷載這一個可變荷載時，適用本條規(guī)定；但當(dāng)存在積灰等其他可變荷載、需考慮組合系數(shù)參與組合時，屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值仍取0.5kN/㎡?！堕T式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECE102：2002第3.2.2條（強制性條文）規(guī)定屋面均活為0.5kN/㎡，但在下注（未用黑體字，一般條文）文中說“對于受荷水平投影面積大于60㎡的剛架構(gòu)件，屋面均活標(biāo)準(zhǔn)值可取不小于0.3kN/㎡”，沒有僅存在均布活載的條件限制。《鋼規(guī)》是國家規(guī)范，《門規(guī)》是協(xié)會規(guī)范；《鋼規(guī)》是2003年頒布，《門規(guī)》是2002年頒布，單層工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)通常適用《鋼規(guī)》，所以應(yīng)以《鋼規(guī)》為準(zhǔn)。通常，單層工業(yè)廠房屋面均布活載采用0.5kN/㎡,對于僅有均活這一個可變荷載存在、且受荷水平投影面積超過60㎡時，可以取0.3kN/㎡。對于吊車梁走道板上均布活荷載取值問題，取2.0kN/㎡（見《荷載規(guī)范》第4.2.2條）；當(dāng)有積灰荷載時，可根據(jù)實際情況，按0.3～1.0kN/㎡考慮。另外，它的組合值系數(shù)應(yīng)按《荷載規(guī)范》附錄C的規(guī)定，附錄C中沒有規(guī)定的，按實際情況采用，并應(yīng)不小于0.7。七、風(fēng)荷載1.風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值及基本風(fēng)壓單層工業(yè)廠房上作用的風(fēng)荷載方向垂直于墻面和屋面，風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按下式計算：風(fēng)荷載的組合值、頻遇值系數(shù)分別取0.6、0.42.風(fēng)壓高度變化系數(shù)對于平臺或稍有起伏的地形，風(fēng)壓高度變化系數(shù)應(yīng)根據(jù)地面粗糙度類型按《荷載規(guī)范》表7.2.1確定。地面粗糙度類型分為A類、B類、C類、D類。A類指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)；B類指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)；C類指有密集建筑群的城市市區(qū)；D類指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)。另外，對于在山區(qū)的建筑，還應(yīng)在表7.2.1基礎(chǔ)上考慮地形修正系數(shù)η，詳見《荷載規(guī)范》第7.2.2條。3.風(fēng)荷載體型系數(shù)單層工業(yè)廠房框架結(jié)構(gòu)設(shè)計時，風(fēng)荷載體型系數(shù)見《荷載規(guī)范》表7.3.1，其中，“+”表示垂直壓向屋（墻）面，“-”表示垂直離開屋（墻）面，常用的體型系數(shù)類別如下：設(shè)計廠房柱間支撐時，計算屋面橫向天窗承受的風(fēng)荷載作用力時，橫向天窗的體型系數(shù)參考下面的類別：當(dāng)廠房雙面和四面開敞時，除山墻外，考慮縱向風(fēng)荷載產(chǎn)生的水平力為：4.順風(fēng)向風(fēng)振和風(fēng)振系數(shù)所謂順風(fēng)向風(fēng)振是指順著風(fēng)作用方向，風(fēng)壓脈動對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的振動影響；而橫風(fēng)向風(fēng)振是指垂直于風(fēng)作用方向，風(fēng)壓脈動對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的振動影響。對于基本自振周期0.25s的工程結(jié)構(gòu)，以及高度大于30m且高寬比大于1.5的高柔房屋，均應(yīng)考慮順風(fēng)向風(fēng)振的影響。通常情況下，單層工業(yè)廠房不需要考慮順風(fēng)向風(fēng)振，風(fēng)振系數(shù)βZ取1.0。5.陣風(fēng)系數(shù)陣風(fēng)系數(shù)在計算幕墻（包括門窗）時需要考慮，對廠房的屋面、墻面構(gòu)件設(shè)計取陣風(fēng)系數(shù)為1.0。八、溫度作用 當(dāng)單層房屋和露天結(jié)構(gòu)的橫向、縱向溫度區(qū)段長度，即橫向、縱向伸縮縫間距不超過《鋼規(guī)》第8.1.5條時，一般情況可不用考慮溫度應(yīng)力和溫度變形的影響。鋼結(jié)構(gòu)由于彈性、延性較好，且由各構(gòu)件組裝而成，對調(diào)整溫度應(yīng)力有較好條件，一般縱向溫度區(qū)段常有擴大，據(jù)報道國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)縱向有擴大至470m。但是，對待橫向區(qū)段則比較謹慎，因為有吊車卡軌等問題，一般不宜過多擴大。溫度應(yīng)力計算時，溫差的取值可參考下表：各類車間的計算溫差參考值車間類型及使用條件△t采暖車間25～30非采暖車間北方采暖地區(qū)35～45中部地區(qū)（長江中下游與隴海鐵路線之間）25～35南方地區(qū)（包括四川盆地）15～25熱加工車間40露天棧橋北方地區(qū)55南方地區(qū)45 九、地震作用1.抗震設(shè)防分類和設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2001（下簡稱《抗震》），建筑根據(jù)重要性分為甲類、乙類、丙類、丁類四個抗震設(shè)防類型。單層工業(yè)廠房一般屬于丙類。注意同一地區(qū)、不同抗震設(shè)防類型的建筑采取的設(shè)防烈度不一樣。例如對甲類建筑，地震烈度取高于本地區(qū)的設(shè)防烈度要求；對乙類建筑，地震作用采用本地區(qū)的設(shè)防烈度。對乙類建筑的抗震措施，一般情況下，當(dāng)設(shè)防烈度為6～8度時，應(yīng)為本地區(qū)設(shè)防烈度提高一度的要求，當(dāng)為9度時，應(yīng)采取比9度更高的要求。抗震設(shè)防烈度為6度時，單層工業(yè)廠房可不進行地震作用計算，但應(yīng)符合抗震措施的要求。2.地震影響和場地抗震設(shè)防烈度和地震加速度的對應(yīng)關(guān)系，見下表：我國主要地區(qū)的抗震設(shè)防烈度、設(shè)計基本地震加速度值和地震分組，根據(jù)《抗震》的附錄A采用。建筑場地為Ⅰ類時，乙類建筑允許采用本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求采取抗震構(gòu)造措施，丙類建筑允許按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度降低一度的要求采取抗震構(gòu)造措施，但6度設(shè)防應(yīng)仍按本地區(qū)的設(shè)防烈度要求采取抗震構(gòu)造措施。建筑場地為Ⅲ、Ⅳ類時，對設(shè)計地震加速度為0.15g和0.30g的地區(qū)，除《抗震》另有規(guī)定外，宜分別按抗震設(shè)防烈度8度（0.20g）和9度（3.地震作用單層工業(yè)廠房一般采用底部剪力法來計算地震作用力。計算地震作用時，建筑的重力荷載代表值應(yīng)取結(jié)構(gòu)自重和各可變荷載組合值之和，各可變荷載的組合值系數(shù)，按下表采用： 建筑結(jié)構(gòu)的地震影響系數(shù)根據(jù)設(shè)防烈度、場地類別、設(shè)計地震分組和結(jié)構(gòu)自振周期以及阻尼比確定。水平地震影響系數(shù)最大值見表5.1.4-1，特征周期見表5.1.4-2。建筑結(jié)構(gòu)地震影響系數(shù)曲線見下圖：單層工業(yè)廠房阻尼比取0.05。單層廠房的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值，按下列公式確定：式中符號具體含義見《抗震》第5.2條。當(dāng)設(shè)防烈度為8度、9度，廠房屋架（不是屋面梁）跨度大于24m，尚應(yīng)考慮豎向地震作用。第二章單層工業(yè)廠房框架柱的設(shè)計一、一般要求1.框架柱的類型單層工業(yè)廠房框架柱按形式可分為等截面柱、階形柱和分離式柱。等截面柱：沿整個柱子高度截面不變的柱。一般截面高度小于1m，適用于無吊車或吊車起重量較小的廠房。階形柱：沿柱高度截面變化的柱，通常采用的有單階柱、雙階柱兩種，在有吊車的工業(yè)廠房中使用廣泛。下圖所示：圖2.1.1階形柱（a）（b）（c）為單階柱；（d）（e）為雙階柱分離式柱：由兩獨立柱肢，分別支撐屋面橫梁和吊車梁，并由水平連接板沿兩柱肢高將兩者連成整體的柱，下圖所示。因為它作為廠房框架剛度比階形柱要小，用鋼量大，所以一般只在廠房預(yù)留擴建、有低跨吊車及柱外設(shè)露天吊車柱時采用。圖2.1.2分離式2.框架柱的截面形式框架柱的截面形式有兩種：實腹式和格構(gòu)式。實腹式柱截面形式見圖2.1.3，格構(gòu)式柱截面見圖2.1.4。圖2.1.3實腹式柱截面形式圖2.1.4格構(gòu)式柱截面形式柱截面形式的選擇，應(yīng)根據(jù)柱的高度及所承受的荷載和所需截面的大小，選擇構(gòu)造簡單，便于制作和安裝的形式。單層工業(yè)廠房下柱通常選用格構(gòu)柱，見圖2.1.4中的（b）（d）；上柱采用焊接工字型截面。當(dāng)下柱截面高度小于等于1m時，可采用實腹柱，超過1m時，一般為格構(gòu)柱。3.框架柱的截面大小框架柱的截面尺寸，應(yīng)根據(jù)廠房高度、跨度、柱距、吊車、荷載等因素確定。另外，上柱需設(shè)置通行人孔時，一般應(yīng)≥800mm，通常取900mm。對于工字型截面階形柱，上柱截面高度可按上柱高度的1/7～1/11估計；下階柱的雙肢間距一般取1.5m、2m、2.5m、3m、3.5m，柱肢截面高度可按柱全高的1/28～1/40估計。二、框架柱整體計算1.計算簡圖（1）框架柱平面內(nèi)幾何長度、平面外計算長度的確定當(dāng)屋面橫梁為鉸接屋架時，對上承式屋架，上柱頂取在屋架上弦標(biāo)高處；對下承式屋架，上柱頂取在屋架下弦標(biāo)高處。當(dāng)屋面橫梁為剛接工字型截面時，上柱頂取屋面梁上翼緣標(biāo)高處。單層廠房框架柱在平面外的計算長度，應(yīng)取阻止其平面外位移的側(cè)向支撐點之間的距離。對上柱，取吊車梁頂面至柱頂縱向支撐點間距，當(dāng)有托梁（架）時，為吊車梁頂?shù)酵辛海埽┫逻吘壍木嚯x；對中柱，取下層吊車梁頂面到上部肩梁頂面之間的距離；對下柱，取基礎(chǔ)頂面到下階柱肩梁頂面的距離。建立計算模型時，取構(gòu)件的截面形心線，從基礎(chǔ)頂面算起，下圖示意。圖2.2.1框（2）荷載布置簡圖圖2.2.22.框架sts計算中一些問題（1）結(jié)構(gòu)建模桿件作為柱子和梁輸入時，其內(nèi)力計算結(jié)果是一樣的。應(yīng)力驗算時，區(qū)別在于：當(dāng)作為柱輸入時，按壓彎構(gòu)件作強度和穩(wěn)定性計算，強度驗算時驗算兩端截面；當(dāng)作為梁輸入時，按純彎構(gòu)件作正應(yīng)力、剪應(yīng)力和撓度計算，分別驗算跨中13個截面。框架柱的偏心指的是柱子形心相對于軸線的偏心，柱、梁布置未設(shè)置偏心的情況下，柱形心與軸線重合，梁頂面與梁軸線重合。框架柱、屋面橫梁的平面外計算長度，sts默認為桿件節(jié)點間的距離，平面外計算長度應(yīng)為平面外有效支撐點間的距離，通常需要根據(jù)平面外支撐布置的情況作修改。例如，上階柱平面外計算長度應(yīng)由建模的實際長度減去吊車梁高，有托（梁）架時，還需減去托（梁）架的高度；屋面梁取檁距（≥12m柱距的屋面檁條一般與屋面支撐相連）作為平面外計算長度。（2）荷載輸入荷載正負的規(guī)定：無論左風(fēng)、右風(fēng)、吸力、壓力，水平荷載向右為正，豎向荷載向下為正，順時針方向的彎矩為正，反之為負。柱間偏心集中力荷載輸入時，見圖2.2.3；其中，偏心值EX，注意是相對作用柱段的形心的偏心值。例如，在圖2.2.4中，A列F1或F2作為下柱的柱間偏心集中荷載輸入時，x=13500,EX=750或-750；B列F3作為下柱的柱間偏心集中荷載輸入時，x=8000,EX=1250或-1250（左偏為正，右偏為負）。另外，A列的F1注意應(yīng)作為下柱荷載輸入。因為下柱外柱肢上伸至吊車梁頂面，F(xiàn)1荷載可由該柱肢直接傳遞向下，若F1作為上柱荷載輸入，將對上柱產(chǎn)生偏心，導(dǎo)致上柱應(yīng)力增大，也不符合實際做法。圖2.2.3柱間偏心荷載輸入圖2.2.4柱子偏心荷載建模示意圖吊車荷載輸入時，吊車對柱子產(chǎn)生的最大最小輪壓值，可以通過影響線手算得到，也可以由程序通過輸入的吊車資料自動計算得到。下圖2.2.5中，吊車橋架重量用于地震作用計算時的集中質(zhì)點質(zhì)量，按額定起重量最大的一臺吊車來取，對于硬鉤吊車，吊車橋架重中會由程序自動增加0.3倍的起重量（僅在sts由吊車資料導(dǎo)入輪壓時）。另外，要注意吊車豎向輪壓荷載偏心距為對下柱形心的偏心，而不是對軸線的偏心。另外，對單層鋼結(jié)構(gòu)廠房，吊車橋架引起的地震作用效應(yīng)增大系數(shù)取1.0。圖2.2.5吊車荷載輸入對話框一般吊車荷載的輸入，都是以成對的形式，即左側(cè)產(chǎn)生的最大（小）輪壓值等于右側(cè)產(chǎn)生的最大（?。┹唹褐怠τ诔橹蚣苡嬎銜r，抽柱一側(cè)的最大（?。┹唹阂笥跊]有抽柱一側(cè)的最大（小）輪壓，若按一般吊車荷載輸入，沒有抽柱一側(cè)的輪壓即等同于抽柱一側(cè)的輪壓，不符合實際情況。Sts中，提供了抽柱框架吊車荷載的輸入，見圖2.2.6，這里要注意的是，上方5行中的每一行3個數(shù)據(jù)都依次表示第一、第二、第三個節(jié)點處的吊車荷載，順序不能搞混圖2.2.6抽柱排架吊車荷載輸入吊車對框架產(chǎn)生的最大、最小輪壓及橫向水平剎車力一般輸入吊車資料由sts自動導(dǎo)入，這里需要注意的是，框架柱的強度、穩(wěn)定性和軌面變位剛度控制，都是由得到的導(dǎo)入荷載計算，而根據(jù)《鋼規(guī)》附A的第A.2.2條，對于設(shè)有A7、A8級吊車的冶金廠房排架柱和設(shè)有中、重級吊車的露天棧橋柱在吊車梁頂面標(biāo)高處，由一臺最大吊車水平荷載（按荷載規(guī)范取值）來控制水平變位。但是，sts不會自動區(qū)分導(dǎo)入的吊車水平力是1臺還是2臺產(chǎn)生的，也不會自動選取最大的一臺吊車來計算水平變位。因此，當(dāng)框架按2臺吊車輸入時，若需要控制吊車梁頂面位移，則需要單獨建立一個模型，按一臺最大吊車輸入。互斥荷載問題。所謂互斥荷載，就是指不可能同時發(fā)生的荷載。首先，點[活載輸入]進入活荷載輸入菜單，見圖2.2.7，這里輸入的節(jié)點、柱間、梁間活荷載均為相容荷載，它們將與后面輸入的所有組的互斥荷載分別組合。然后，在當(dāng)前菜單點[互斥荷載]，進入互斥荷載輸入菜單，添加互斥荷載組，這些互斥荷載之間將不同時作用。這一功能，在單層廠房計算中，常用于屋面桁架上作用有檢修葫蘆（為移動荷載）的情況下。圖2.2.7活載輸入菜單附加重量問題。在補充數(shù)據(jù)菜單，要求輸入附加重量。對于沒有地震荷載計算時，附加重量對結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生影響；而在有地震荷載作用時，當(dāng)需要考慮這部分重量產(chǎn)生的地震作用力，輸入附加重量到某一質(zhì)點上，程序?qū)⒆詣佑嬎愠鲞@部分重量所產(chǎn)生的地震力，作用于結(jié)構(gòu)進行計算。（3）分析與設(shè)計參數(shù)定義點擊[參數(shù)輸入]，進入?yún)?shù)輸入與修改菜單（圖2.2.8）。其中，“多臺吊車組合時的吊車荷載折減系數(shù)”輸入框中“兩臺吊車組合”是指：對一跨計算時，所考慮的吊車組合情況?！八呐_吊車組合”是指：對多跨同時計算時，考慮的吊車組合情況。比如，當(dāng)一跨1臺吊車時，均輸入“1”；當(dāng)一跨2臺吊車時，均輸入2臺的折減系數(shù)；當(dāng)有2跨、每跨有2臺，“兩臺吊車組合”框輸入2臺的折減系數(shù)，“四臺吊車組合”框輸入4臺的折減系數(shù)；當(dāng)有2跨、每跨有1臺，“兩臺吊車組合”框輸入“1”，“四臺吊車組合”框輸入2臺的折減系數(shù)；當(dāng)有2跨，第1跨有1臺，第2跨有2臺，“兩臺吊車組合”框輸入“1”（對第二跨偏安全），“圖2.2.8結(jié)構(gòu)類型參數(shù)輸入對話框在圖2.2.8中，單層廠房框架柱計算長度折減系數(shù)見《鋼規(guī)》的表5.3.4。表5.3.4單層廠房階形柱計算長度的折減系數(shù)（對于輕鋼屋面）廠房類型折減系數(shù)單跨或多跨縱向溫度區(qū)段內(nèi)一個柱列的柱子數(shù)廠房兩側(cè)是否有通長的屋蓋縱向水平支撐單跨等于或少于6個—0.9多于6個無縱向水平支撐有縱向水平支撐0.8多跨—無縱向水平支撐有縱向水平支撐0.7總信息參數(shù)輸入見圖2.2.9，說明如下：（a）自重放大系數(shù)。該項只在鋼構(gòu)件自重荷載計算時考慮，用鋼量計算時沒有計入放大系數(shù)；（b）側(cè)移和無側(cè)移?！朵撘?guī)》在附錄D的D-1表為“無側(cè)移框架柱的計算長度系數(shù)”，D-2表為“有側(cè)移框架柱的計算長度系數(shù)”，這兩個表是通過梁柱的線剛度比來計算柱的平面內(nèi)計算長度系數(shù)。此處菜單中，“有側(cè)移、無側(cè)移”僅與計算柱平面內(nèi)的計算長度系數(shù)有關(guān)，并不是說框架是否有無側(cè)移，實際上任何框架都存在側(cè)移，只是側(cè)移值大小的問題?！朵撘?guī)》在第5.3.3條指出，無支撐框架，即純框架按有側(cè)移采用表D-2確定平面內(nèi)計算長度系數(shù)；有支撐框架，分為強支撐和弱支撐框架兩類，其中強支撐框架按無側(cè)移采用D-1確定平面內(nèi)計算長度系數(shù)。一般來說，設(shè)有平面內(nèi)支撐的支架柱或桁架（構(gòu)件鉸接連接），計算長度取節(jié)點間距離，同表D-1中“K1=0，K2=0，取系數(shù)1.0”情況相符。（c）凈截面和毛界面的比值。該參數(shù)僅對sts強度計算時發(fā)生影響，強度計算時要考慮該項凈截面系數(shù)，對穩(wěn)定驗算沒有影響。要注意的是，若該值取得較小，例如0.85等，計算結(jié)果就會出現(xiàn)強度計算值小于穩(wěn)定性計算值的情況。（d）梁柱自重是否需要sts自動考慮，可以由“梁柱自重計算信息”選擇。圖2.2.9總信息參數(shù)輸入對話框地震計算參數(shù)輸入見圖2.2.10，說明如下：（a）地震作用計算單層廠房鋼結(jié)構(gòu)框架柱一般考慮水平地震作用，豎向地震作用不考慮，該條說明詳見第一章的地震荷載。（b）抗震等級對鋼結(jié)構(gòu)來說，沒有抗震等級的說法，僅有抗震和不抗震的區(qū)分；抗震等級是指砼構(gòu)件而言。（c）計算振型個數(shù)對單層工業(yè)廠房來說，柱頂屋面橫梁連續(xù)時，柱頂總共考慮1個振型。當(dāng)屋面橫梁不連續(xù)，存在高低跨屋面時，需相應(yīng)增加振型個數(shù)。框架上柱與下柱的節(jié)點作為一個振型個數(shù)。例如，對于屋面梁連續(xù)，2跨，每跨吊車軌面相等，則振型個數(shù)統(tǒng)計為4個。另外，當(dāng)框架模型里有縱向天窗架時，天窗架為1個質(zhì)點。（d）地震烈度單層鋼結(jié)構(gòu)廠房為丙類抗震設(shè)防類型，地震作用和抗震措施一般與本地區(qū)的抗震烈度相同。但是，對于Ⅰ類場地，抗震構(gòu)造措施可以取降低一度；對于Ⅲ、Ⅳ類場地，加速度為0.15g、0.3g地區(qū)，宜分別按8度、9度采取抗震構(gòu)造措施。（e）周期折減系數(shù)和地震作用力效應(yīng)增大系數(shù)周期折減是指由sts得到的結(jié)構(gòu)基本自振周期，在考慮材料延性、縱墻及屋架（面）與柱連接的固接作用，而對橫向框架周期進行的折減。一般鋼結(jié)構(gòu)單層廠房取0.8。圖2.2.10地震計算輸入對話框地震作用力效應(yīng)增大系數(shù)指結(jié)構(gòu)估計水平地震作用扭轉(zhuǎn)影響時，對地震力所乘以的增大系數(shù)。一般情況下，橫向框架計算可按1.15采用。楔形變截面工字形梁的穩(wěn)定性計算，《鋼規(guī)》沒有提供驗算公式，可以按《門規(guī)》來驗算校核。在“參數(shù)輸入與修改”對話框中，可以對構(gòu)件單獨設(shè)定所需驗算規(guī)范。例如，結(jié)構(gòu)整體計算時采用的規(guī)范是《鋼規(guī)》，可以對楔形變截面梁單獨采用《門規(guī)》進行驗算，見圖2.2.11。圖2.2.11構(gòu)件單獨設(shè)定驗算規(guī)范圖示（4）結(jié)果輸出構(gòu)件輸出的內(nèi)力正負號與方向關(guān)系如下（圖示內(nèi)力方向均為正）：桿件內(nèi)力輸出時，彎矩、剪力、軸力的符號規(guī)定遵循右手坐標(biāo)，即：彎矩M以逆時針方向為正；剪力V以和Y軸同向為正；軸力N以和X軸同向為正。計算后，應(yīng)查看“超限信息”，見圖2.2.12，確認是否有不滿足規(guī)范的地方，以便及時調(diào)整。圖2.2.12超限信息輸出圖示在圖2.2.12中，“配筋包絡(luò)和鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力比圖”中只是簡要輸出了構(gòu)件的驗算結(jié)果，還有些內(nèi)容沒有示出，如梁、柱腹板的局部，格構(gòu)式柱的單肢驗算，綴條（板）驗算等。這些要從構(gòu)件的計算結(jié)果中查看。在sts輸出的構(gòu)件計算結(jié)果里,荷載組合中包含地震荷載的組合號是： Sts輸出包含地震作用的荷載組合項號對象組合分類無吊車時有吊車時備注柱子基本組合第49～56項第141～164項屋面梁基本組合第27～30項第85～92項梁兩端M最大時的第53～56項梁跨中M最大時，在梁端M的組合號基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)組合第23～26項第69～80項另外，需要注意的是，框架柱柱底對基礎(chǔ)的反力作用位置為下柱的形心，當(dāng)下柱形心與軸線不重合時，若砼專業(yè)按基礎(chǔ)反力中心在軸線上來設(shè)計基礎(chǔ)，存在不安全隱患，所以，當(dāng)出現(xiàn)該情況時，要和和砼專業(yè)交代清楚。3.框架結(jié)構(gòu)的剛度限值單層工業(yè)廠房框架結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下，柱頂?shù)乃轿灰撇灰顺^《鋼規(guī)》附A.2.1對冶金工廠或類似車間有A7、A8級吊車的廠房柱和設(shè)有中、重級吊車的露天棧橋柱，在吊車梁頂面標(biāo)高處，由一臺最大吊車水平荷載（按荷載規(guī)范取值）所產(chǎn)生的計算變形值，不宜超過《鋼規(guī)》附表A.2.2的規(guī)定。在地震荷載作用下，對多、高層鋼結(jié)構(gòu)的層間位移應(yīng)滿足1/300的要求。（《抗震》表5.5.1）4.抽柱計算單層工業(yè)廠房中，由于工藝布置的要求，往往需要局部抽柱，抽柱框架計算經(jīng)常遇到。傳統(tǒng)的抽柱框架計算，前提是屋面剛度無窮大，比如砼大型屋面板，可以認為屋面就像一個剛性盤體，抽柱處框架（稱為次框架）和緊鄰未抽柱框架（稱為主框架）柱頂側(cè)移完全一樣，它們一起共同承擔(dān)橫向水平力并按各自橫向剛度進行分配。典型抽柱的柱網(wǎng)平面和排架簡圖見圖2.2.1圖2.2.13柱網(wǎng)平面和排架簡圖圖2.2.13的右圖中，A、B、C列為6線主框架，A1列為5、7線在A列處的折算對豎向荷載，以實際荷載情況加入。對風(fēng)荷載說，A1、A、C、C1柱列的風(fēng)荷載一樣，均為一個柱距的風(fēng)載。對吊車荷載說，以A-B跨為例，當(dāng)最大輪壓在A列時，6線的A列根據(jù)影響線得到最大支座反力RAmax，在此吊車輪壓布置下，A列5、7線處支座反力和的平均值作為A1列的最大支座反力RA1max，而此時，B列得到最小支座反力RBmax；當(dāng)最大輪壓在B列時，6線的B列根據(jù)影響線得到最大支座反力RBmax，在此吊車輪壓布置下，A列5、7線處支座反力和的平均值作為A1列的最小支座反力RA1min，而此時，6線的A列得到最小支座反力RAmin。因此，在A-B跨抽柱吊車荷載輸入時，圖2.2.6“抽柱排架吊車荷載輸入”對話框中：最大輪壓在左，吊車豎向荷載應(yīng)填寫為：RA1maxRAmaxRBmin最大輪壓在右，吊車豎向荷載應(yīng)填寫為：RA1minRAminRBmax圖2.2.14抽柱框架的吊車荷載說明圖示在如今的單層工業(yè)廠房中，屋面壓型鋼板與檁條采用柔性連接固定，屋面縱向水平支撐作為桿件組成的受力構(gòu)件，總會有橫向變位，這樣的屋蓋系統(tǒng)就不如砼大型屋面板那樣為一剛性盤體達到剛度無限的效果。因此，縱向水平支撐、屋面板蒙皮效應(yīng)等空間作用只能把“部分”次框架的柱頂內(nèi)力傳于主框架，而傳統(tǒng)的抽柱計算是將次框架柱頂通過系桿直接支撐在主框架上，使次框架柱頂內(nèi)力“完全”直接傳于主框架。顯然，對于主框架計算來說，這樣的計算結(jié)果是偏于安全。對次框架柱截面，通常取主框架相應(yīng)柱列的截面，例如圖2.2.13中，A列5線、7線柱截面通常取A列6線柱。但是，實際的屋面不是剛度無窮大，次框架柱頂處縱向水平撐變位使得其側(cè)移值大于主框架側(cè)移值。因此，若主框架柱頂風(fēng)載變位、吊車軌面變位剛好滿足要求，由于水平支撐的變形會而使得次框架柱剛度達不到要求。所以，從偏于安全上考慮，應(yīng)將主框架在風(fēng)載、吊車橫向剎車力作用下的剛度一般來說，忽略蒙皮效應(yīng)，次框架柱的承載力和剛度需要依靠屋面縱向水平支撐來保證。如果考慮縱向水平撐的剛度不是無窮大，次框架的驗算與縱向水平撐設(shè)計可以采取以下步驟（思路圖示2.2.15）：（1）主框架施加荷載計算時，控制在風(fēng)載、吊車（對A7、A8而言，僅考慮一臺）橫向剎車力作用下的剛度，并留有一定富裕，富裕量分別為f1、f2。（2）在一個sts文件里，建立兩個同樣的次框架計算模型，在柱頂各自增設(shè)一水平彈性支座，用來模擬屋面縱向水平撐的剛度。該彈性支座可以采用一鉸接的圓鋼支撐來實現(xiàn)，通過調(diào)整圓鋼的長度和直徑可以模擬縱向水平撐的不同剛度大小。（3）在其中一個模型上施加風(fēng)載，另一個模型施加吊車荷載（取最大一臺吊車），通過調(diào)整圓鋼的長度和直徑，使得次框架最終側(cè)移值分別剛好達到《鋼規(guī)》對風(fēng)載、有A7、A8吊車廠房橫向剛度要求的允許值。此時，可以從結(jié)果文件里查看次框架柱的截面承載力是否滿足要求（一般情況下都應(yīng)滿足），如不滿足，增大柱斷面直至滿足為止。然后，分別得到圓鋼支撐的內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值N1（對應(yīng)風(fēng)載）、N2（對應(yīng)吊車荷載）。（4）屋面縱向水平支撐可以看作一豎向桁架，在sts里建立計算模型，把N1作為豎向活載作用在相對于次框架的位置處，該點的允許變形為f1，計算時忽略桁架自重，從而得到縱向水平支撐斷面；同樣由N2及控制變位f2也得到一斷面。最后，取二者的最大值作為縱向水平支撐的截面。屋面縱向水平支撐的選取，對于屋面梁連續(xù)、抽柱處為搖擺柱情況，可取所有跨的屋面縱向水平支撐；對于屋架支承在托架上的情況，考慮到托架的跨中側(cè)向變形不宜過大（屋架弦桿在軸壓力作用下產(chǎn)生壓縮變形），偏于安全，對左風(fēng)或右風(fēng)取次框架左邊（或右邊）不超過3跨的屋面縱向水平支撐。實際上，在一端主框架上（圖2.2.13的4線）產(chǎn)生最大吊車水平反力的同時，另一端主框架（圖2.2.13的6線）及中間的次框架（圖2.2.13的5線）都沒有達到最大吊車水平反力，也就是說，所有的主、次框架的吊車水平力最大變位不會像風(fēng)載作用那樣同時發(fā)生。顯然上述（1）—（4）的方法對在吊車水平力下支撐剛度驗算是不準(zhǔn)確的、或偏于安全的。為了準(zhǔn)確驗算抽柱排架在吊車水平力作用下的剛度，只有采用三維空間建模的方法。一般來說，對于類似厚板軋鋼車間等單層廠房，由于跨數(shù)較多，每一跨內(nèi)設(shè)有2個大于3m高的屋面縱向水平支撐，累積加起來的縱向支撐高度很大，吊車水平作用下的剛度一般均滿足要求。但是，當(dāng)為單跨或僅兩跨，軌面較高，吊車噸位較大，或硬鉤吊車時，抽柱處的屋面縱向水平支撐在吊車水平力作用下的剛度應(yīng)進行驗算。對于屋面縱向水平支撐的強度驗算，實際上，次框架在豎向荷載、風(fēng)載、吊車荷載或地震等荷載作用下會產(chǎn)生對屋面縱向水平支撐的作用力，它大于僅有風(fēng)載或水平吊車產(chǎn)生的作用力。因此，若忽略主框架的變形，在次框架柱頂設(shè)置圓鋼水平支座建立模型，在豎向、水平荷載作用下當(dāng)此框架的水平剛度滿足規(guī)范要求時查出圓鋼支座反力值，將這些反力值作用到縱向支撐上，即對縱向支撐進行強度驗算?？v向水平支撐的弦桿取檁條斷面，計算假定檁條連續(xù)，實際中檁條靠支撐在屋面梁（或屋架）頂?shù)暮缚p（包括抗扭支座板焊縫）相互連接，由于在縱向水平支撐的跨中弦桿內(nèi)力最大，因此，在抽柱較多、風(fēng)載或吊車荷載較大的情況下，需要驗算該處檁條的支座焊縫的安全性。圖2.2.15屋蓋非剛度無窮大下次排架及縱向水平撐設(shè)計思路圖示對于圖2.2.13典型抽柱框架，當(dāng)屋面為屋架時，可以假定柱頂一剛性壓桿，將次框架柱通過“折算”與主框架柱進行平面建模計算；當(dāng)屋面為工字型梁時，由于梁柱剛接，需要設(shè)計次框架屋面梁斷面，可以把主框架與一個次框架整體通過柱頂壓桿相連，作為平面建模計算。這里，對后者的計算比較繁瑣，尤其當(dāng)抽柱較多、較亂、梅花抽柱等情況下，建立的主框架計算模型龐大、繁瑣；實際中，也可以采取偏于安全的簡化計算方法，見圖2.2.16，圖中柱距均為抽柱柱網(wǎng)平面圖傳統(tǒng)思路的抽柱主框架計算模型抽柱主、次框架簡化計算模型圖2.2.16抽柱框架簡化設(shè)計舉例圖示對3線主框架的計算：（1）僅由3線的A、B、C、D排架柱建立主框架計算模型；（2）屋面、柱子的豎向荷載，包括抽柱吊車荷載，按實際情況輸入；（3）由于緊鄰的2、4、5線抽柱較多，橫向剛度較差，偏安全將其上承受的風(fēng)載直接作用于3線框架；（4）計算3線框架結(jié)構(gòu)是否滿足要求。可見，這種簡化計算對于主框架3線來說偏于安全。對4線（或2、5線）次框架的計算：（1）4線（或2、5線）A、D列柱取3線相應(yīng)柱列的截面，建立次框架計算模型，若B、C列采用托梁，建模時，可以假設(shè)“虛柱”代替其豎向變形值及豎向支承作用；（2）屋面、柱子豎向荷載（包括吊車荷載）按實際情況輸入，風(fēng)載可取其受荷寬度12m進行計算；（3）應(yīng)考慮支承在吊車梁上的搖擺柱的支座沉降對次排架內(nèi)力增加的影響，可以在STS里通過設(shè)置圓鋼支座變形值等于吊車梁豎向變形值進行模擬計算。（4）考慮屋面縱向水平撐對4線（或2、5線）次排架彈性支撐作用，采用上圖2.2.15的思路對次框架柱斷面進行驗算和縱向水平撐的設(shè)計。三、框架柱、梁腹板的局部穩(wěn)定的問題處理梁、柱腹板的局部穩(wěn)定，一種方法是以板的屈曲為承載能力極限狀態(tài)，通過限制板的寬厚比，使之不在構(gòu)件整體失效前屈曲；第二種是允許板在整體失效前屈曲，并利用其屈曲后強度（注：柱子腹板按有效截面驗算局穩(wěn)，原因就是利用了屈曲后的承載力增長，即屈曲后強度），構(gòu)件的承載能力由屈曲后的有效截面確定。下面，分別討論排架柱、梁的腹板局部穩(wěn)定問題。1.框架柱腹板的局部穩(wěn)定問題《鋼規(guī)》中關(guān)于柱子腹板局部穩(wěn)定的規(guī)定如下：《抗震》中關(guān)于柱子、梁腹板局部穩(wěn)定的規(guī)定如下：柱子采用《鋼規(guī)》驗算腹板局部穩(wěn)定時，首先判斷是否滿足第5.4.2條，若不滿足該條，在滿足《抗震》表9.2.12條情況下，可以按照《鋼規(guī)》第5.4.6條取有效截面驗算柱子的強度和穩(wěn)定性，若強度和穩(wěn)定性均滿足要求，則認為柱子的腹板局部穩(wěn)定滿足要求。因此，對于抗震設(shè)防烈度6度，不需要進行抗震作用力計算時，可以按照《鋼規(guī)》第5.4.6條取有效截面驗算腹板的局部穩(wěn)定。對于抗震設(shè)防烈度為7度～9度的情況下，經(jīng)常會遇到不滿足《抗震》表9.2.12條規(guī)定的情況，而需要將柱子的腹板加厚。對這個問題，與審查中心王書增進行了討論，他的觀點是：表9.2.12作為抗震構(gòu)造要求，屬于抗震措施內(nèi)容，為一般性規(guī)范條文，非強制性條文，對于規(guī)范的“強條”必須完全執(zhí)行，而對于一般性條文，設(shè)計單位可執(zhí)行也可不執(zhí)行，作為設(shè)計審查單位一般不會以不執(zhí)行一般條文為理由而不予通過。對于一般的單層工業(yè)廠房來說，我們來簡單分析一下地震力作用力的大小。單層工業(yè)廠房的屋面采用壓型鋼板或夾心板，自重較輕，產(chǎn)生的地震作用力較小。例如，跨度36m、柱距18m，屋面全部自重考慮1.0kN/㎡，抗震設(shè)防烈度7度，一般地震影響系數(shù)取最大值為0.08，得到屋面最大水平地震作用力為36×18×1×0.08=51.84kN。它和重力代表值等組合得到的地震荷載組合效應(yīng)（即恒載+0.5活載+0.5吊）的結(jié)果與屋面荷載、吊車荷載、風(fēng)載組合效應(yīng)比較起來，往往要?。▽ι现?，對下柱更是小得多，不起控制作用。同時，sts對《抗震》表9.2.12的觀點是：當(dāng)框架柱的控制組合為不包含地震作用在內(nèi)的荷載組合項時，可以不按表9.2.12控制腹板的高厚比，而取有效截面驗算腹板的高厚比；反之，則以表9.2.12控制腹板的高厚比。在《抗震》的條文說明中，對表9.2.12的解釋是“本條參考了冶金部門的設(shè)計規(guī)定，它來自試算和工程經(jīng)驗分析”。因此，表9.2.12作為一種抗震措施的經(jīng)驗值，并不是必須絲毫不能超過。實際上，在國內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計和學(xué)術(shù)方面對表9.2.12的反對呼聲很高，比如浙大的童樹根教授在《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法》（建工出版社，2007年）中認為：抗震應(yīng)該基于延性設(shè)計，按照我國抗震規(guī)范的地震力理論，寬厚比限制不應(yīng)與設(shè)防烈度發(fā)生關(guān)系。綜合上述分析，在進行設(shè)計時，尤其當(dāng)需要設(shè)計優(yōu)化時，可以結(jié)合審查中心和sts的觀點來對待《抗震》表9.2.12的規(guī)定。2.屋面梁腹板的局部穩(wěn)定問題《鋼規(guī)》中關(guān)于梁腹板局部穩(wěn)定的規(guī)定如下：根據(jù)以上第“2”項，可知當(dāng)腹板的高厚比在80～170間時，應(yīng)設(shè)置橫加勁，并應(yīng)計算橫加勁的間距或腹板的局部穩(wěn)定；當(dāng)高厚比大于170時，在配置橫加勁的同時應(yīng)增加縱加勁的配置，并要計算保證局部穩(wěn)定。《鋼規(guī)》的第4.3.1條規(guī)定“承受靜力荷載和間接承受動力荷載的組合梁宜考慮腹板的屈曲后強度”，對直接承受動力荷載的梁不考慮屈曲后強度。但是，在本條中，“在輕、中級吊車梁計算腹板的穩(wěn)定性時，吊車輪壓設(shè)計值可以乘以折減系數(shù)0.9”，這也是適當(dāng)考慮腹板屈曲后強度的有利影響。在驗算梁腹板的局部穩(wěn)定時，首先看是否滿足高厚比80的要求，若超過80，需要設(shè)置橫加勁，并滿足計算要求。若要利用屈曲后強度，希望進一步減薄腹板厚度，則要看是否滿足《抗震》表9.2.12的構(gòu)造規(guī)定。值得注意的是，梁腹板高厚比允許值僅與設(shè)防烈度、鋼材材質(zhì)、縱加勁（減小腹板高度）有關(guān)，與是否設(shè)置橫加勁或橫加勁間距無關(guān)。若抗震設(shè)防烈度6度，則不受表9.2.12的限制，可考慮屈曲后強度；若設(shè)防烈度7度～9度，在滿足表9.2.12的條件下，才能考慮屈曲后強度。8度～9度時，表9.2.12一般較《鋼規(guī)》要嚴格，在滿足表9.2.12時，腹板厚度就已經(jīng)確定了，且相對較厚，即使再考慮屈曲后強度也沒有實際意義了。優(yōu)化設(shè)計時，即使在地震區(qū)，有時也希望降低腹板厚度，節(jié)省用鋼量，是否也可以在一定的情況下（比如由非地震組合控制時）不執(zhí)行表9.2.12的規(guī)定呢？非地震組合控制的情況是經(jīng)常還是較少出現(xiàn)？這里，需要分析一下：對單層工業(yè)廠房來說，水平地震力對屋面梁的影響。下面以厚板車間的一個典型框架（屋面為板梁、剛接）——共3跨，跨度分別為39m、36m、36m，柱距12m，軌面11m，吊車起重量25+25t，抗震設(shè)防7度，加速度0.15g，Ⅱ類場地，屋面自重（不包括屋面梁）0.65kN/㎡，屋面均活0.65kN/㎡（并按0.5組合系數(shù)參與地震組合）——在sts里建立計算模型。圖2.3.1中僅示出左第一跨的屋面梁彎矩屋面梁的內(nèi)力匯總：（1）1.2[恒+0.5（活+吊車）]+1.3地震左（地震組合）梁端控制內(nèi)力M=2876kN·mN=93kNV=407kN梁端僅由地震產(chǎn)生的最大彎矩M=190kN·m（2）1.2恒+1.4（活+0.7吊+0.6風(fēng)）（非地震組合）梁端控制內(nèi)力M=3731kN·mN=173kNV=534kN梁跨中控制內(nèi)力M=2250kN·mV=428kN圖2.3.1非地震組合和僅有左地震的彎矩包絡(luò)圖圖中可以看到，地震水平力對屋面梁的作用主要集中在梁端，而對跨中的影響逐漸減小，近乎于零；對于平臺的簡支梁來說，因為沒有支座彎矩，地震力對其只產(chǎn)生軸力而不存在彎矩。對此，sts認為：當(dāng)梁由跨中彎矩控制時，可以不考慮地震組合，梁腹板按屈曲后強度驗算局部穩(wěn)定。實際上，對于單層工業(yè)廠房，屋面較輕，水平地震力作用較小，圖2.3.1示例中僅地震產(chǎn)生的梁端彎矩為地震組合總彎矩的6.6％。因此，若認為《抗震規(guī)范》僅對存在地震力的結(jié)構(gòu)起作用的話，當(dāng)梁斷面由梁端內(nèi)力控制時，sts的觀點是：在含有地震荷載的地震組合項控制時，不考慮屈曲后強度；反之，則可以考慮腹板的屈曲后強度。另外，對于梁端常用的楔形工字型截面，根據(jù)《門規(guī)》6.1.1條，對變截面楔形梁的腹板考慮屈曲后強度采用的計算公式，僅適用于梁截面高度變化△H/L≤60mm/m的情況。實際上，目前采用的考慮屈曲后強度計算方法都源于等截面桿件中的板件分析，即矩形板分析，在楔形桿件情況下，實際面臨的是梯形板件的局部穩(wěn)定問題，目前對此的深入研究還不充分。第三章框架柱的局部設(shè)計一、柱人孔設(shè)計1.上階柱人孔設(shè)計上階柱人孔構(gòu)造和計算簡圖見圖3.1.1，計算時，一般將人孔兩側(cè)的分肢視為單向壓彎構(gòu)件，計算每個分肢的強度和框架平面外的穩(wěn)定性。這里，分肢的計算長度取2m。圖3.1.1上柱人孔構(gòu)造及計算簡圖首先，人孔一個分肢的軸力N1、剪力V1、彎矩Mx1按下式計算：其次，根據(jù)軸力N1和彎矩Mx1，按壓彎構(gòu)件驗算分肢的穩(wěn)定性。2.下階柱人孔設(shè)計下階柱人孔構(gòu)造和計算簡圖見圖3.1.2，柱肢的強度、穩(wěn)定性計算參見上柱人孔計算。橫梁的強度計算公式如下：橫梁的內(nèi)力M＝Mx1×L/y0Vb＝V1×H/y0有了彎矩M和剪力Vb，則根據(jù)《鋼規(guī)》公式4.1.1和4.1.2分別計算抗彎和抗剪強度。圖3.1.2下柱人孔構(gòu)造格構(gòu)柱柱肢的應(yīng)力由格構(gòu)柱承受的彎矩、軸力分配作用后得到，剪力對人孔處柱肢會產(chǎn)生增加的應(yīng)力。因此，需要將二者進行疊加，以保證人孔處柱肢的強度、穩(wěn)定性滿足要求。另外，還需驗算下柱人孔的剛度。為了簡化驗算，可以通過保證下柱框架人孔的節(jié)間剛度優(yōu)于綴條的節(jié)間剛度來控制，支架頂水平力可取格構(gòu)柱剪力或取假想值。這里，在sts建模，圖3.1.3所示。人孔的柱肢和橫梁按實際斷面輸入，格構(gòu)柱的斜、橫綴條按照“用戶定義截面”柱輸入。“用戶定義截面”柱要注意分別考慮2根橫綴條、2根斜綴條的情況，即面積取綴條面積的2倍，慣性矩取綴條最小慣性矩的2倍。圖3.1.3下柱框架人孔剛度驗算模型格構(gòu)柱分肢截面采用H500×250×16×16,斜綴條截面T125×125×6×9，人孔上下橫梁截面H350×250×12×18（材質(zhì)均為Q345），人孔斷面如下圖：施加水平作用力標(biāo)準(zhǔn)值F=250KN，得到圖3.1.3的節(jié)點位移及應(yīng)力比如下：二、肩梁設(shè)計排架柱的上、下階柱之間，比如實腹式上柱與格構(gòu)式下柱之間，需要設(shè)置一個“承上啟下”的轉(zhuǎn)換構(gòu)件，將上柱的彎矩、軸力和剪力傳遞到格構(gòu)下柱的雙肢柱上，這個轉(zhuǎn)換構(gòu)件稱為肩梁。肩梁按構(gòu)造形式可分為單腹板和雙腹板兩種，一般多采用單腹板形式。肩梁由肩梁腹板、上下肩梁蓋板、肩梁腹板局部加厚、吊車肢腹板局部加厚、上蓋板局部加厚等各部分組成，見圖3.2.1。下面，就單腹板肩梁的強度驗算、剛度要求、連接計算及局部構(gòu)造作說明。圖3.2.1肩梁局部構(gòu)造示意1．強度驗算（1）作用在肩梁上的作用力P1、P2，按下式計算：式中，N，MX肩梁以上截面最不利組合的軸心力和彎矩；h1上段柱兩翼緣板中心間的距離；h2肩梁跨度，取下格構(gòu)柱兩柱肢中心間的距離；（2）由肩梁上的P1，P2得到肩梁的內(nèi)力M和V。（3）肩梁的強度計算公式圖3.2.肩梁的強度驗算說明：a.當(dāng)肩梁下面的下段柱為實腹式柱時，可不必對肩梁腹板作強度計算，見圖3.2.3，取下段圖3.2.3下柱為實腹時的肩梁腹板不需驗算強度注：這里所謂“肩梁”僅是傳遞吊車梁壓力，并沒有“承上啟下”的作用b.肩梁的抗彎強度設(shè)計時，根據(jù)《建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》（趙熙元，上冊）第413頁說明，可以考慮上下蓋板的作用，當(dāng)上下蓋板截面有改變時，取其中較小值；根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》（汪一駿，上冊）第490頁，對正應(yīng)力計算公式中W的解釋為“腹板”凈截面模量，即僅考慮腹板的作用。這里，認為肩梁上蓋板與上柱翼緣等強剖口焊接，肩梁下蓋板全柱肢寬連通設(shè)置，可以考慮上下蓋板的作用。c.肩梁的高跨比一般為0.4～0.6，屬于深梁范疇。曾有文獻通過對鋼管砼柱的肩梁的加載試驗和彈塑性有限元分析，結(jié)論是：具有深梁特征的肩梁，沿截面高度的正應(yīng)力分布并非直線，建議正應(yīng)力計算中乘以系數(shù)“K”，K為1.0～1.4。d.上式中，彎矩M和剪力V可以由P1和P2計算得到。計算肩梁腹板局部加厚時，不僅要考慮上柱傳來的內(nèi)力，也要考慮吊車梁的壓力。對于凸緣支座的吊車梁來說，V=RB（A）+1.2Rmax2 e.對于肩梁的抗彎強度驗算，也可以直接將上柱的M、N作用于簡支梁，用sts的簡支梁計算工具驗算，對結(jié)果乘以系數(shù)“k”即可（注：因為設(shè)計手冊上一般沒有K，所以，是否需考慮K，或考慮值為多大，可以進一步探討）。2．肩梁的剛度問題一般肩梁計算不驗算剛度，實際上，對肩梁的剛度是有要求的。因為，上柱內(nèi)力不僅會引起肩梁的實際撓曲變形，也會導(dǎo)致肩梁中部有一定的轉(zhuǎn)動，這個轉(zhuǎn)動作用會引起上柱側(cè)移變形的增大，對結(jié)構(gòu)是不利的。而sts在計算時是假定肩梁為無限剛度。若要求上柱因肩梁轉(zhuǎn)動引起的附加變形不超過肩梁作為無限剛度時上柱變形的10%，可以得到肩梁的最小剛度的計算公式。上段文見《鋼結(jié)構(gòu)學(xué)》（沈祖炎，建工出版社，2005年）的“重型廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的若干理論問題”一章，它引自《多肢柱肩梁剛度分析》（沈祖炎、鄭沂，建筑結(jié)構(gòu)，1999年）?？偟膩碚f，對于肩梁剛度的研究資料，現(xiàn)在了解的還不是很多，各種設(shè)計手冊也沒有剛度驗算內(nèi)容。在實際應(yīng)用中，對于一般的單層工業(yè)廠房，當(dāng)滿足肩梁高度的構(gòu)造要求時，可不考慮剛度問題。3．連接和局部計算（1）肩梁下吊車肢腹板抗剪驗算對于凸緣支座的吊車梁來說，支座加勁板荷載先由肩梁腹板承受，肩梁腹板一般通過2條剖口焊縫將壓力傳遞到吊車肢腹板上，然后傳遞到全部柱肢，最后傳到基礎(chǔ)，見圖3.2.4。這里，需要驗算吊車肢腹板的抗剪強度，根據(jù)吊車梁端加勁板反力的大小，需要增大吊車肢腹板的厚度或增加肩梁的高度，在有些情況下，吊車肢腹板的抗剪驗算決定了肩梁的高度，需引起重視。圖3.2.4吊車肢肩梁頂局部示意驗算公式τ=R上柱內(nèi)力傳來的支座反力；Rmax兩側(cè)吊車梁端加勁板的最大反力；hw肩梁腹板高度；tw吊車肢腹板，需要的話，需局部加厚（2）吊車肢頂局部承壓驗算見上圖3.2.3，吊車肢頂端面承壓強度驗算公式：σ=R吊車梁支座反力；A吊車肢頂?shù)某袎好娣e這里，通過驗算端面局部承壓，可以對肩梁上蓋板局部加厚、肩梁腹板局部加厚、吊車肢腹板局部加厚作進一步的驗算和設(shè)計。對此解釋見圖3.2.5中的（a）：這是吊車梁端加勁板支承在一個豎向放置的支座板上的情況。由于吊車梁端加勁板有很大的抗剪強度和抗剪剛度，不會發(fā)生剪切破壞，若其端面局部承壓，端加勁板和支座板的抗剪、抗壓承載力滿足要求——即可認為支座安全?；凇踯嚵憾思觿虐寰哂泻艽蟮目辜魪姸群涂辜魟偠取⒉粫l(fā)生剪切破壞——這一思路，通過驗算局部承壓，來設(shè)計和驗算肩梁上蓋板局部加厚、肩梁腹板局部加厚及吊車肢腹板局部加厚。實際上，肩梁上蓋板局部加厚，就是起墊板的作用，而肩梁腹板局部加厚、吊車肢腹板局部加厚也起到了擴大承壓面的作用局部承壓需要驗算兩個方面：（1）單側(cè)吊車梁端加勁板下的局部承壓（圖b）；（2）雙側(cè)吊車梁端加勁板共同作用下的局部承壓（圖c）。驗算時，承壓面取端加勁板向四周按45度擴散后的面積，即每邊放大值為肩梁上蓋板厚度，但對（c）不考慮兩端加勁板重疊增加的承壓面積。（b）（c）圖3.2.5三、柱腳設(shè)計1.柱腳的類型柱腳按承受彎矩與否，分為剛接柱腳和鉸接柱腳兩大類。剛接柱腳就其構(gòu)造形式可分為三種：露出式柱腳、埋入式或插入式柱腳以及外包式柱腳。若按柱腳的結(jié)構(gòu)形式則可分為整體式柱腳和分離式柱腳。見下圖3.3.1。圖3.3.1柱腳類型加勁肋式剛接柱腳一般用于輕鋼或柱腳彎矩相對較小的固接柱腳中，對于重型車間或柱腳承受彎矩很大的固接柱腳，為了提高柱腳的剛度，一般需采用靴梁、梁式剛接柱腳。對于錨栓分離式柱腳，需要注意錨栓不要高過出地面。埋入式柱腳是在基礎(chǔ)施工時，將鋼柱直接埋入砼基礎(chǔ)（如地下室墻、基礎(chǔ)梁等）中,一般用于多、高層框架，固接效果很好。它主要是通過砼對鋼柱翼緣的承壓力所產(chǎn)生的抵抗矩承受彎矩，栓釘?shù)膫髁C制并不明顯，為了保證柱腳的整體性，一般仍設(shè)置栓釘。外包式柱腳是將柱置于砼基礎(chǔ)上，在砼基礎(chǔ)頂伸出鋼筋，在鋼柱四周外包一截砼而成，一般用于多、高層框架。它的彎矩和剪力全部由外包鋼筋砼承受，通過箍筋傳給外包砼及其中的主筋，再傳給基礎(chǔ)，軸力通過柱底板承受。與埋入式柱腳不同，栓釘起重要的傳力作用。插入式柱腳是將鋼柱直接插入預(yù)留的砼基礎(chǔ)杯口中，再用二次澆灌進行固定。它相對于埋入式、外包式來說，構(gòu)造更為簡單，在工種配合、進度安排方面有顯著優(yōu)點。在重型工業(yè)廠房中，它較靴梁柱腳的用鋼量更為經(jīng)濟。但是，在輕鋼中，廣泛采用加勁肋式剛接柱腳，若采用插入式柱腳，用鋼量較高，且柱子的按裝就位也不是方便。所以，對一般的輕鋼柱腳來說，不宜采用插入式柱腳。2．柱腳計算 柱腳的計算內(nèi)容包括：鋼柱底板面積設(shè)計、底板厚度、靴梁截面、錨栓及錨栓加勁肋。a.鋼柱底板的寬度和長度計算底板寬度B一般按構(gòu)造確定B=b0柱與底板連接部分的最大寬度；C邊距，取20～50mm底板長度L根據(jù)下式計算：N、M使柱底一邊產(chǎn)生最大壓應(yīng)力時柱最不利組合的內(nèi)力fcβc砼強度設(shè)計值和局部承壓提高系數(shù)，見《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》對于分離式柱腳的底板，僅承受壓力，按下式計算其底面積：b.底板厚度t按下式計算：M——底板的彎矩，可根據(jù)底板的支撐條件分別按四邊支承板、三邊支承板、直角邊支承板、簡支板和懸臂板計算得到的最大彎矩值。具體計算見《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》（汪一駿，上冊）第499頁。c.靴梁的計算靴梁可以簡化為雙支點懸臂梁模型計算，見下圖：圖3.3.2驗算靴梁的抗彎和抗剪強度時，一般只考慮靴梁本身而不考慮上頂板或底板的作用。計算公式如下：靴梁與柱的連接焊縫，取上述求得的靴梁支座反力或錨栓的拉力二者的最大值，計算焊縫的強度。有時，靴梁高度由焊縫長度控制，需要注意。d.錨栓計算第一種方法：假定柱腳為剛性，底板與砼基礎(chǔ)頂面之間的應(yīng)力分布為線性變化上式中，M、N為柱腳最大的軸力和彎矩；T為一側(cè)錨栓承受的總拉力。本方法在《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》TJ17-74中采用，但該規(guī)范又規(guī)定當(dāng)計算的錨栓直徑≥60mm時，宜考慮錨栓和砼基礎(chǔ)的彈性性質(zhì)。本方法應(yīng)用得最為廣泛。第二種方法：即考慮砼的彈性，把錨栓看作受拉鋼筋，引入平面應(yīng)變假定，即εsεα式中，ft為錨栓抗拉強度設(shè)計值，求解上式一元三次方程得到α，x=α*將得到的x值帶入第一種方法的公式中，即得到T值。本方法得到的錨栓直徑要小于第一種方法得到的直徑。另外，根據(jù)《抗震》第9.2.13條，6、7度時的外露式剛接柱腳，錨栓的組合彎矩設(shè)計值應(yīng)乘以增大系數(shù)1.2。計算錨栓時，應(yīng)采用使其產(chǎn)生最大拉力的組合內(nèi)力N和M，通常取軸力N偏小、彎矩M偏大一組。需要注意，由于此時恒載對錨栓的設(shè)計起有利作用，在STS計算時，設(shè)定恒荷載分項系數(shù)為1.0。e.柱底焊縫計算柱肢與底板的連接焊縫，當(dāng)柱不采用刨平端傳力時，應(yīng)按柱傳給基礎(chǔ)的全部內(nèi)力進行計算。當(dāng)采用刨平端傳遞壓力時，該連接焊縫應(yīng)按柱底壓力的15％，或最大水平剪力進行計算；當(dāng)壓彎柱出現(xiàn)受拉區(qū)時，該區(qū)的連接尚應(yīng)按最大拉力計算（《鋼規(guī)》7.6.6條）。f.錨栓抗剪問題《鋼規(guī)》第8.4.13條規(guī)定，“柱腳錨栓不宜用以承受柱腳底部的水平反力，此水平反力由底板與砼基礎(chǔ)間的摩擦力（摩擦系數(shù)為0.4）或設(shè)抗剪鍵承受。”一般來說，由于基礎(chǔ)頂面錨栓承壓強度較低，對于有靴梁的柱腳（承受柱腳彎矩）不考慮錨栓抗剪；對于沒有靴梁的錨栓，國外兩方面的意見都有，國內(nèi)亦有資料建議可適當(dāng)考慮錨栓抗剪，因此GB50017-2003將GB17-88該條中的“不應(yīng)”改為“不宜”。3.插入式柱腳設(shè)計插入式柱腳見圖3.3.3，根據(jù)《鋼規(guī)》第8.4.15條，鋼柱插入杯口深度H不宜小于500mm，亦不宜小于吊裝時鋼柱長度的1/20。柱截面形式工形柱或箱型柱圓管柱雙肢柱最小插入深度d1.5hC1.5dC0.5hC和1.5bC的較大值注：1.hC為實腹式工形柱或箱形柱的截面高度（長邊尺寸）；dC為圓管外徑；2.雙肢柱的hC為雙肢高度方向最外邊的距離，bC為一個柱肢（H型鋼）的高度； 3.鋼柱底端至杯口一次面距離一般為50mm，當(dāng)有柱底板時，可采用200mm。圖3.3.3格構(gòu)柱插杯口截面尺寸參數(shù)說明需要說明的是，規(guī)范該條是參照我們原土建三室的相關(guān)規(guī)定提出來的。對于鋼結(jié)構(gòu)雙肢柱的插入深度，土建三室資料中原?。?/3～1/2）hc；對砼?。?/3～2/3）hc，當(dāng)柱安裝時采用纜繩固定時采用1/3hc。最后，出于安全考慮，《鋼規(guī)》第8.4.15條將最小插入深度改為0.5hc。另外，《抗震》第9.2.13規(guī)定，實腹式鋼柱采用插入式柱腳的埋入深度，不得小于鋼柱截面高度的2倍，同時滿足下式要求：工字型截面實腹柱一般不設(shè)底板，這樣施工較方便。箱形、管形及格構(gòu)柱宜設(shè)底板，可減少柱子的埋入深度。a.工字型截面實腹柱插入式柱腳計算對于軸力N,僅考慮由粘結(jié)力傳遞，按下式驗算:N≤其中，fcz偏安全取μH鋼柱插入杯口深度，見圖3.3.1對于彎矩M,考慮由柱子翼緣與砼之間傳遞，按下式驗算:M≤fcb1H鋼柱插入杯口深度，見圖3.3.1一般情況下，不考慮柱底剪力V的影響，但當(dāng)柱底剪力V特別大時，應(yīng)考慮剪力V與彎矩M的共同作用，則上面彎矩驗算公式中的M和fc 由下式M1和f1M1＝M+0.5×V×Hf1=fb.格構(gòu)柱插入式柱腳計算首先，格構(gòu)柱按N和彎矩M分配到兩個分肢上，分別得到受壓肢和受拉肢的軸力，然后再由軸力驗算插杯口深度。受壓肢杯口按下式計算：當(dāng)僅考慮由柱底局部承壓承受時，N≤1.5βfcβ局部承壓提高系數(shù)A柱底板面積當(dāng)不滿足上式時，也可以考慮由承壓力和粘結(jié)力共同承擔(dān)，見下式N≤1.5βfcA+L受壓柱肢底板的周長此外，砼專業(yè)還需驗算破壞椎體的沖切強度，此處略。受拉柱肢杯口按下式計算（僅考慮粘結(jié)力）：N≤4.柱腳構(gòu)造為提高柱腳底板的剛度和減小底板的厚度，應(yīng)采用增加加勁肋和錨栓支承托座等措施。對剛接柱腳來說，靴梁的高度由計算確定，不宜小于400mm；錨栓支承加勁肋通常不小于250mm，厚度不小于12mm；錨栓支承托座加勁肋通常不宜小于300mm，其上端宜刨平頂緊。見圖3.3.1。錨栓支承加勁肋的頂板厚度，一般取底板厚度的0.5～0.7倍。錨栓墊板的厚度，對Q235鋼墊板來說，可取0.5d；對Q345鋼墊板來說，可取0.4d。d為錨栓直徑。錨栓設(shè)計時，宜使錨栓屈服在底板和柱構(gòu)件的屈服之后。設(shè)計上對錨栓宜留15%～20%的裕量。對于設(shè)置錨栓支承加勁肋的錨栓墊板，宜使墊板壓在支承加勁肋上，對于類似寶鋼那樣地基較差的地區(qū)，由于基礎(chǔ)下樁位偏移、砼施工誤差等因素導(dǎo)致預(yù)埋錨栓偏差較大，若墊板的寬度富裕量不足，會使得墊板不能直接壓在錨栓加勁肋上，使柱腳剛度得到削弱。因此，一般來說，對于設(shè)置錨栓支承加勁的形式，設(shè)計墊板時，應(yīng)注意墊板的寬度應(yīng)留有足夠的富裕。同時，可以考慮將錨栓頂板上開孔大一些，比如取1.8倍的錨栓直徑，避免現(xiàn)場局部擴孔。圖3.3.4所示。圖3.3.4墊板寬度應(yīng)留有足夠裕量示意錨栓距柱邊距離a，可參考下表數(shù)值（mm），圖3.3.5。錨栓直徑M20M24M30M36M42M45M48M52a值60707580859090100錨栓直徑M60M64M68M72M80M90M95M100a值110120130140160180190200注：本表中未注明錨栓直徑可通過差值法得到。圖3.3.5柱腳底板下抗剪鍵應(yīng)能起到有效的抗剪作用，國外的抗剪鍵一般采用十字板或H型鋼，受力較好。不宜采用角鋼做抗剪鍵。見下圖3.3.6。圖3.3.6抗剪鍵圖示第四章柱間支撐設(shè)計一、一般說明柱間支撐的作用、布置原則、類型詳見“單層工業(yè)廠房總體方案”。對于單片的交叉支撐，截面一般采用單角鋼、T型雙角鋼或雙槽鋼等形式；對于單片的K型支撐，可以采用鋼管截面或強軸作用于平面外的H型鋼等。當(dāng)框架柱上柱截面高度大于800～1000mm時，一般設(shè)置雙片支撐，其截面形式和綴條布置見圖4.1.1。圖4.1.1雙片支撐截面及綴條布置對單層工業(yè)廠房來說，單片綴條形式一般用于支撐截面高度不大的情況下，比如，常用作柱頭壓桿的雙片槽鋼，當(dāng)槽鋼高度在250mm及其以下時，采用單片綴條，而大于250mm則采用雙片綴條。若雙片槽鋼的支撐總寬度較小（同時槽鋼截面也?。?，宜采用圖4.1.1“單片綴條形式”中第二行的，即角鋼綴條轉(zhuǎn)45度直接焊于槽鋼腹板內(nèi)，不用節(jié)點板，這樣的綴條連接剛度較大，制作簡單、節(jié)省鋼材。當(dāng)雙片支撐間距大于600mm時，應(yīng)設(shè)置斜桿綴條，斜桿綴條布置分為有或無橫綴條的兩種形式（見圖4.1.1）。當(dāng)有橫綴條時，斜桿約45度布置；當(dāng)無橫綴條時，手冊上的規(guī)定有兩個：（1）《建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》（趙熙元）第449頁，斜桿與水平夾角約為25度。（2）《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》（汪一駿）第512頁，當(dāng)支撐為壓桿時，a≤40i；當(dāng)支撐為拉桿時，a≤80i。其中，i為支撐桿件的回轉(zhuǎn)半徑，對于槽鋼來說，為繞截面弱軸，即y-y軸的回轉(zhuǎn)半徑。對于（1），實際指綴條節(jié)間距離不超過雙片支撐的間距；對于（2），比如槽鋼20a、壓桿、40i=844mm，較通常設(shè)計嚴格。實際上，對綴條式格構(gòu)柱截面穩(wěn)定性計算包括：整體繞虛軸（x0軸）的穩(wěn)定、分肢繞y軸的穩(wěn)定、分肢繞1-1軸的局部穩(wěn)定以及綴條計算，見圖4.1.2。對于單層工業(yè)廠房的柱頭雙片槽鋼壓桿來說，繞虛軸的穩(wěn)定性遠遠大于分肢繞y軸的穩(wěn)定性，一般由繞y軸的長細比或穩(wěn)定性控制。對于分肢1-1軸的局部穩(wěn)定，根據(jù)《鋼規(guī)》第5.1.4條，可知當(dāng)分肢的長細比λ1小于等于0.7倍的繞y軸的長細比時，可不考慮其局部穩(wěn)定。一般柱頭壓桿的長細比按200控制，即使考慮150的話，λ1可取105（因為0.7×150=105）,a值即為105i，這個值遠大于40i，實際上“不超過40i”原為綴板式格構(gòu)柱綴板間距的構(gòu)造要求。因此，實際中，在僅設(shè)置斜綴條時，斜綴條節(jié)間距可比手冊的規(guī)定略為放大，考慮到綴條對于格構(gòu)柱虛軸抗剪剛度的有利作用以及綴條節(jié)點板的放樣，也不宜將斜綴條節(jié)間距離拉得過大，一般斜綴條與分肢夾角應(yīng)在40～70度之間（《鋼規(guī)》第5.1.3條注2）。圖4.1.2槽鋼綴條式格構(gòu)柱當(dāng)雙片支撐的間距小于等于600mm時，可只設(shè)置橫綴條。橫綴條間距：壓桿，40i;拉桿，80i。對于常用的雙片單角鋼交叉支撐，之間系桿可同橫綴條間距要求進行設(shè)置，系桿長細比不大于150（綴條長細比要求見《鋼規(guī)》表5.3.8）。雙片角鋼支撐間系桿設(shè)置要求見圖4.1.3。圖4.1.3雙片角鋼支撐間系桿設(shè)置要求二、柱間支撐的計算1.荷載傳遞路線上柱支撐承受山墻風(fēng)載、屋面天窗風(fēng)載或縱向地震荷載，下柱支撐除承受山墻傳來的風(fēng)載，還承受吊車縱向剎車力或縱向地震力。邊列柱下柱支撐當(dāng)