鋼結構柱間支撐設計概述

盤洪玉，劉威 （長江精工鋼結構（集團）股份有限公司，安徽 六安 237161）

隨著鋼結構行業迅速地發展，輕鋼結構在各個行業領域得到了廣泛的應用，尤其是在工業廠房中的應用最為普遍。柱間支撐能夠確保房屋承重結構的正常工作，對結構的側向穩定性及剛度起著非常重要的作用。對于結構設計師們而言，需要從建筑結構布置、桿件截面計算、節點設計、加工安裝等方面著手，合理地進行方案設計，滿足其使用條件，提高其安全性與經濟性，促進項目又好又快地發展。

1 分類、組成、作用

柱間支撐可分為：門式框架支撐、圓鋼或鋼索交叉支撐、型鋼交叉支撐、方管或圓管人字支撐等，形式方面有十字交叉型、K字型等，一般通過焊接、螺栓連接在鋼柱的腹板或連接板上。

柱間支撐系統由以下各部分組成：設置在鋼柱之上段，其位置通常設置在內部結構吊車梁牛腿標高以上和屋架下弦之間；設置在鋼柱之下段，其位置通常設置在內部結構吊車梁牛腿標高以下和柱腳標高以上；與此同時也可以在房屋的端部設置，一般是在邊榀剛架處增加柱間支撐和系桿，建立一個穩定的結構體系，除前述中提到的縱向系桿，吊車梁自身、制動桁架、制動板皆是構成一個柱間支撐體系的一部分。

結構體系中增加柱間支撐，能夠提高建筑物的縱向穩定和空間剛度；在進行主剛架計算時，設置柱間支撐，可以減少鋼柱的平面外計算長度來縮小鋼柱的翼緣寬度、腹板厚度，進而削弱基礎尺寸大小；此外從建筑物山墻吹過去的風荷載、有吊車系統中吊車剎車時產生的縱向剎車荷載、建筑物的環境溫度應力以及強震荷載都可以由柱間支撐承受。

2 布置原則

可以按照以下原則進行：

從建筑方案的角度考慮，應保證建筑物生產凈空的需求，當支撐形式為交叉支撐時，需要特別關注其是否會擋住建筑門窗，影響其使用功能，此時可以更改支撐形式，采用門式支撐或者更改該處支撐的布置，移動到相鄰柱距；從結構方案的角度考慮，為保證建筑物的縱向穩定及空間剛度，柱間支撐、屋面支撐及系桿都應設置在同一個柱距之間，形成一個穩定的受力體系。

當柱間支撐位置設置在鋼柱之下段，為了削弱建筑物因為溫度作用帶來的變形難題，因此應該把布置位置設置在建筑物溫度區段的中部，在建筑物端部的第一個柱距內不設置柱間支撐，目的是為了釋放溫度作用帶來的溫度應力。當溫度區段長度不大時，宜在溫度區段中部設置一道。當溫度區段大于120m時，宜在溫度區段內設置兩道。

當柱間支撐位置設置在鋼柱之上段，若某一柱距內設置有下段柱柱間支撐，上部與之對應宜設置上段柱柱間支撐，通常會在建筑物溫度區段的兩端設置一道上段柱柱間支撐，其作用能夠傳遞山墻方向吹過來的風荷載、地震作用，也能夠加強建筑物上部結構的縱向剛度。

階形柱的下段柱間支撐，當為等截面柱且截面高度≤600mm時，在柱中心線位置采取單片支撐形式；當為等截面柱且截面高度＞600mm時，采取雙片支撐形式，在兩個柱肢內成對設置。

階形柱的上段柱間支撐，當上段柱的截面高度≤1000mm時，在柱中心線位置采取單片支撐形式，當上段柱的截面高度＞1000mm時，采取雙片支撐形式，在兩個柱肢內成對設置。若存有人孔通道，有單片支撐的時候，應注意讓開人孔通道而將支撐傾向一側；有雙片支撐的時候，肢應向柱的兩翼緣內側設置，保證柱與吊車橋架之間應該留有的凈空尺寸。

3 結構設計

因為十字形交叉支撐傳力路徑比較直接，用鋼量較其他支撐形式較省。所以計算以十字形交叉支撐為例。

3.1 受力分析

受力分析見圖1所示。

圖1 有吊車廠房柱（單階柱）十字交叉支撐簡圖

H-其他縱向水平荷載（如固定在廠房柱列的管道等縱向推力）；

W-風荷載（由山墻、天窗架端傳來）；

W-風荷載（由山墻抗風桁架傳來，若無抗風桁架，則無此項）；

T-縱向水平荷載（吊車剎車產生的制動力）；

F-縱向水平地震作用（由柱頂處分配的）；

F-縱向水平地震作用（由吊車梁頂標高處分配的）；

支撐桿件的計算長度可按下式確定：上、下柱間支撐交叉桿件在平面內的計算長度，取節點與交叉點之間的距離，即l=0.5l ；上、下柱間支撐交叉桿件在平面外的計算長度，取節點中心間的距離，即l=l。

3.2 控制參數

由《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規范》(GB51022-2015)第8.3.3條：屋面橫向支撐應按支承于柱間支撐柱頂水平桁架設計；圓鋼或鋼索應按拉桿設計，型鋼可按拉桿設計，剛性系桿應按壓桿設計。因此十字形交叉支撐可以選擇角鋼，按拉桿進行設計。支撐的選用除了應滿足承載力限制要求，其主要是由長細比控制。由《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規范》(GB51022-2015)第3.4.2條：受拉構件的長細比，不宜大于表3.4.2-2規定的限值。

3.3 截面選擇

由上述結果可知，當滿足承載力限值以及長細比限值的情況下，可以選擇熱軋不等邊角鋼，采用短邊搭接，熱軋等邊角鋼L110×7線重為11.9kg/m，熱軋不等邊角鋼L110×70×7線重為9.66kg/m，每延米重量可減少2.24kg。截面選擇時采取此方案，具有良好的經濟性。

3.4 節點設計

3.4.1 材料及要求

②焊條采用E43 xx型，焊條質量應符合國家標準《碳鋼焊條》（GB/T5117-1995）的有關規定。

3.4.2 設計原則

根據國家建筑標準設計圖集（11G336-2）柱間支撐第3.5.1和第3.5.2條：非地震地區，取支撐桿件全截面乘以鋼材強度設計值的1.1倍；地震區，取支撐桿件全截面乘以鋼材屈服強度的1.2倍。若截面設計采用截面L110×70×7的熱軋不等邊角鋼（Q235B）,節點可按下式進行設計，連接采用現場安裝螺栓＋三面圍焊形式。

端縫受力

肢背所需焊縫長度

肢尖所需焊縫長度

參考國家建筑標準設計圖集（11G336-2），可以繪制如下節點（連接板和節點板厚度可參照圖集選用），見圖2所示。

圖2 柱間支撐連接節點

4 施工制作

支撐構件和預埋件的表層必須完全除銹，除銹等級宜不少于Sa2或者St2。涂裝應當選用與除銹等級相對應的防銹底漆。涂層厚度及涂裝施工環境等應符合《鋼結構工程施工質量驗收規范》（GB50205-2001）規定的要求；支撐構件的制作和安裝應符合《鋼結構工程施工質量驗收規范》（GB50205-2001）的有關規定；現場使用的安裝螺栓可以選擇M16（C級螺栓）；角焊縫的外觀質量等級不應少于三級。

5 結語

柱間支撐系統視為鋼結構廠房中重要的組成部分，能夠保證建筑物承重結構的正常工作，對結構的側向穩定性及剛度起著非常重要的作用。本文從建筑布置及結構設計方面對柱間支撐系統設計進行了概述，旨在為今后柱間支撐設計提供借鑒與參考。