浅谈钢结构厂房主体钢结构支撑节点受力分析

浅谈钢结构厂房主体钢结构支撑节点受力分析

唐恩鹏

身份证：21028219900720781X

摘要：随着建筑技术和材料科学的进步，新型的钢结构节点设计和连接方式不断涌现，对于其受力行为的深入研究具有重要的理论和实践意义。随着钢结构厂房规模和复杂度的增加，对支撑节点受力分析的要求也越来越高。随着我国经济的不断发展，我国各行各业的生产技术以及相关基础设施都有了巨大的发展。在实际情况中，厂房设施是企业生产活动进行的基础性建筑，在企业的生产经营活动中发挥着十分重要的作用。因此，我们应该重视起厂房的各方面，为了保证企业生产活动的安全稳定进行，应做好厂房屋面的结构设计，保证厂房设施的结构稳定。大跨度钢结构是目前我国相关企业在选择厂房类型时的重要选择方案，对于大跨度结构厂房来说，支撑结构的设计是一项十分重要的工作。

关键词：钢结构；厂房；支撑设计

一、大跨度钢结构厂房支撑的设计原则

1、注意材料优选。优质的施工材料是确保给钢结构厂房支撑系统整体质量的基础，为此必须要对进场材料进行严格的控制，避免不合格的钢材料流入现场。要选择符合相关标准规范要求的高性能给建筑材料，针对厂房的所处生产环境，选择防火、耐高温、防腐蚀的材料。同时还要符合耐久性和坚固性标准，厂房结构的安全与稳定。

2、要坚持安全第一的原则。在实际情况中，企业的厂房是企业生产部门进行生产活动的基本场所。因此，在钢结构厂房支撑的设计中，就需要保证结构的安全稳定，从而为企业的生产活动营造一个安全稳定的空间。这一方面是对于企业生产部门所有员工人身安全的负责，另一方面也是保证企业正常生产的基础条件。

二、钢结构厂房支撑设计要点

1、设计原则。1）明确合理、简捷地传递纵向水平力，尽量缩短传力的途径。 2）可为结构和构件的整体稳定提供平面外侧向支点， 减少构件平面外的计算长度。3）满足必要的强度、刚度要求，确保连接具有可靠性。 4）便于安装，并保证安装过程中结构的稳定。

2、柱间支撑形式及布置原则。1）在吊车梁或吊车桁架以下至柱脚处设置的下段柱支撑和下段柱系杆。 2）在吊车梁或吊车桁架以上至屋架下弦间设置的上段柱支撑。 3）屋架端部高度范围内的垂直支撑和上、下系杆。上段柱支撑的形式一般选用十字交叉形、人字形、八字形等；下段柱支撑的形式一般选用十字交叉形、人字形等。 下段柱柱间支撑位置应尽量设置在温度区段的中间位置，上段柱支撑除了在有下段柱柱间支撑的柱距间布置外，还应在温度区段的两端设置上段柱柱间支撑。

3、柱间支撑截面形式和计算

（1）截面形式选择。柱间支撑分为单片支撑和双片支撑，截面选择的越好，支撑杆件的稳定性越高。当采用单片支撑时, 一般采用单个不等边角钢，短边与柱相连，或采用两个角钢组成 T 形截面。当采用双片支撑时,一般采用两个不等边角钢的长边，或两个等边角钢组成的截面与柱相连，当支撑内力较大时， 可采用工字钢或槽钢组成的截面，且两单片支撑间应以连系杆相连。

（2）柱间支撑内力计算。作用于柱间支撑的纵向水平力包括纵向风荷载、吊车纵向水平荷载及其它水平荷载。1）纵向风荷载：由房屋两端山墙传来的集中风荷载。 2）吊车纵向水平荷载标准值 Td。 3）作用在房屋纵向的其他水平荷载 H。当设置两道及两道以上的柱间支撑时，该列柱的全部纵向水平荷载由柱列所有柱间支撑共同承担。

（3）支撑杆件长细比验算。柱间支撑杆件截面大小可由计算确定，并要验算其长细比，规定长细比不应超过规范规定的容许值。

三、钢结构厂房主体支撑节点分析

1、柱- 梁节点。（1）荷载传递与转换：柱－梁节点承受来自柱子和梁的荷载，并将这些荷载传递给相邻的构件。通过静力学分析，计算节点所受的轴力、剪力和弯矩，以确定节点的受力分布。（2）节点的刚度和稳定性：柱－梁节点需要具有足够的刚度和稳定性，以确保节点的受力合理和结构的安全可靠。可以通过增加节点的加劲肋尺寸和数量等方式，提高节点的刚度和稳定性。（3）连接方式的选择：柱－梁节点的连接方式通常采用焊接和螺栓连接。选择合适的连接方式，并根据节点受力特点进行合理的连接设计，以保证节点连接的质量和可靠性。

2、梁- 梁节点。梁－梁节点用于连接两个梁的交叉部分或梁的延伸部分。在进行梁－梁节点的受力分析时，需要考虑以下方面。（1）荷载传递与转换：梁－梁节点承受来自两个梁的荷载，并将这些荷载传递给相邻的构件。通过静力学分析，计算节点所受的剪力、弯矩和轴力，以确定节点的受力分布。（2）节点的刚度和稳定性：梁－梁节点需要具有足够的刚度和稳定性，以确保节点的受力合理和结构的安全可靠。可以通过增加节点的剪力钢筋、调整节点的尺寸和形状等方式，提高节点的刚度和稳定性。（3）连接方式的选择：梁－梁节点的连接方式通常采用焊接或螺栓连接。选择合适的连接方式，并根据节点受力特点进行合理的连接设计，以保证节点连接的质量和可靠性。

四、钢结构厂房的支撑设计

在实际情况中，根据厂房屋面结构分析，可以得知屋面支撑结构中，屋面梁的强轴平面往往是垂直于支撑衍架的，这就导致屋面梁受到的弯曲应力往往比较小。因此，支撑衍架在斜腹杆被移除出系统是可以视为静止的结构进行计算。所以，根据结构力学以及衍架在静止时的弹性范围，衍架的位移计算方式为：

某厂房高 11m、宽 120m，长 153m，纵向支撑柱的间距为9m，横向抗风柱的间距为10m。厂房屋面重量为D=0.20kN/m2,悬挂荷载为D=0.20kN/m2。按照设计标准以及用户要求，该厂房的抗震烈度为7级。根据SAP2000测量方法以及公示进行计算屋面受应力情况。根据该厂房在屋面悬挂荷载方面比较大，因此在重力作用下屋面结构很容易出现较大的附加倾覆力矩。对此，我们在这里提出以下两种方案。(1)方案一。在保证屋面结构中，横向支撑结构的数量不变的情况下，在结构中相近的结构支撑进行连续布置，从而实现将支撑衍架的矢高扩大一百，以达到增加惯性矩的目的。这一方案的原理如下，如前文提到，当支撑衍架在斜腹杆被移除出系统是可以视为静止结构进行计算的，衍架矢高增加一倍，但是梁轴变形导致的位移却减少了一半。(2)方案二。根据方案一的思路，结合巨型钢结构设计原理，在厂房屋面的主体支撑面中加装局部小衍架来分担作用力，这些新的衍架结构主要设置与厂房的两侧檐口以及大跨度结构的三分点，从而在结构上将整体厂房支撑结构转变为巨型钢结构的形式。在这一方案中，屋面的横向支撑受到小衍架的纵向支撑，从而提高结构的稳定，降低大跨度的弯矩，提高系统的整体刚度。

随着我国经济的发展，在企业的生产经营活动中越来越重视生产场所的现代化建设。大跨度钢结构厂房的屋面设计是保证企业生产场所安全稳定的重要基础，是保证企业日常生产活动健康有序进行的基本保证。因此，我们需要根据实际情况来做好相关结构的设计工作，保证钢结构设计能够符合实际需要。总之，梁－梁节点的受力分析需要考虑荷载传递与转换、节点的刚度和稳定性，以及合适的连接方式，并确保结构的安全可靠。

参考文献：

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