柱间支撑
文章编号:1009-6825(2011)12-0038-02
柱间支撑对轻型门式刚架性能的影响
摘要:
从轻型门式刚架的受力特点出发，系统地分析了柱间支撑的作用、设置原则以及柱间支撑对门式钢架受力性能的影响，并结合实际情况说明了柱间支撑的作用，对提高结构或构件的稳定性具有一定的现实意义。

关键词:门式刚架，支撑，刚度中图分类号:TU328
文献标识码:A
0引言
随着我国经济的飞速发展，大量现代化的工业厂房需要建设。

由于轻型门式刚架结构的优势，在工业厂房中得到了越来越广泛的应用。

与普通钢结构相比，它具有取材方便、用料较省、自重更轻、造价更低等优点。

具体阐述如下:
1)结构自重轻。

屋面、墙面的围护结构由压型金属保温板、保温层及檩条等材料组成，结构构件质量轻，在相同地震烈度下结构的地震反应较小。

此外，相应的基础、地基处理费用也较低。

2)柱网布置较灵活。

传统钢筋混凝土结构形式、普通钢结构厂房由于受屋面板、墙板尺寸的限制，柱距多为6m，而门式刚架结构的围护体系采用金属压型板，所以柱网不受模数限制，柱距大小主要根据使用要求和经济合理的原则考虑。

3)施工周期短。

门式刚架轻钢结构的主要构件和配件多为工厂制作，易于保证质量，除基础施工外，基本没有湿作业;构件之间的连接多采用高强度螺栓连接，安装迅速，施工周期短。

4)经济效益高。

门式刚架结构原材料种类单一，构件采用先进自动化设备制造，运输方便，因此工程周期短，资金回收快，投资效益相对较高。

1柱间支撑的作用及设置原则
1．1柱间支撑的作用
在钢结构中通常利用支撑提高结构或构件的稳定性。

合理布置支撑体系可有效优化主要承重构件内力分布情况，可有效改善整体刚度分布，加强结构薄弱环节，使结构整体共同抵御水平荷载，尤其是地震作用。

一般来说，单跨门式刚架工业厂房的跨度越大，支撑体系刚度的作用也越明显。

在单层钢结构厂房设计中，支撑体系的布置和设计是一个重要的内容，为了保证结构的空间工作，提高结构的整体刚度，承担和传递水平力，包括风荷载、吊车水平力、温度作用及地震作用等，防止杆件产生过大的振动避免压杆的侧向失稳，以及保证结构安装时的稳定，应根据结构及其荷载的不同情况设置可靠的支撑系统。

1．2柱间支撑的设置原则
单层工业厂房应在每一纵列柱设置柱间支撑，以构成各个纵向平面框架，从而保证厂房的纵向几何形状不变性和刚度，减小柱的侧向计算长度，并承受和传递厂房的各种纵向荷载和温度效应，使之传于基础。

在建筑物每一个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置独立的空间稳定的支撑系统。

支撑刚度的大小还直接影响厂房的自振特性。

地震时，支撑的强度和刚度是否满足要求，直接关系到厂房的安全。

因此建造于地震区的厂房，其支撑系统需要按照抗震要求进行合理设计。

柱间支撑的设置应遵循以下原则:
1)明确、合理地传递纵向荷载，尽量缩短传力的途径。

2)保证结构构件平面外的稳定，为结构和构件的整体稳定提供侧向支点。

3)结构安装简单方便。

4)满足必要的强度、刚度要求，具有可靠的连接。

根据以上设置原则，柱间支撑设置时还应注意以下问题:1)柱间支撑的位置考虑因素包括传力途径，生产工艺，施工情况等。

2)根据吊车吨位、工作情况及地震设防烈度，柱间支撑可采用单片支撑或双片支撑。

3)柱间支撑形式与厂房高度、柱距以及荷载等因素有关，灵活选用支撑形式的同时，应综合考虑支撑传力的效果。

4)柱间支撑计算一般采用程序分析，其荷载包括结构的水平力，即风荷载、地震作用、吊车纵向刹车力，注意荷载的组合情况应合理。

5)柱间支撑可以参考类似工程选用标准图集，减少设计工作量。

2柱间支撑对刚架性能的影响分析
对于轻型门式刚架沿厂房横向是依靠刚度相对较大的门式刚架来抵抗水平荷载，沿厂房纵向则主要依靠柱间支撑来传递水平力荷载。

而水平支撑和柱间支撑，实际上组成了一个空间桁架，其中水平支撑可以看作一个水平桁架，柱间支撑则是一个竖向桁架。

因此柱间支撑能增加结构的整体刚度，减小结构在水平荷载作用下的变形。

大量的工程实例计算结果表明，柱间支撑对结构的影响有以下规律: 1)在保证构件强度的前提下，柔性支撑刚架纵向刚度明显比刚性支撑刚架小。

无吊车且抗震要求不高的门式刚架由于自重小，可以选择使用柔性拉杆。

由于有吊车情况下柱会受到纵向水平荷载的影响，不宜采用柔性支撑形式，应采用刚性支撑以保证结构的整体刚度。

刚性支撑宜尽量采用单斜杆支撑。

同时，在没有较大宽度通道需要时，应尽量避免使用门式支撑。

2)各种支撑形式对结构纵向刚度的贡献，以十字交叉式支撑为最好，单斜式次之，而门式支撑相应最弱，柱顶纵向位移大约是相同截面十字交叉式的3倍。

十字交叉式支撑一般按构造要求进行设计，即由长细比进行控制其截面大小。

单斜式支撑一般主要由平面内稳定控制其截面大小。

门式支撑受力不尽合理，但杆件内力一般较小，多数也是由长细比控制截面。

刚性支撑中十字交叉式支撑形式受力合理，优势较其他类型的支撑更为明显，应优先采用。

有吊车荷载作用的厂房，由于吊车荷载为动力荷载，不宜采用单斜式支撑。

3)支撑对轻型门式刚架的纵向刚度的影响是相当显著的。

在完全相同的结构布置下，不设置支撑时柱顶侧向位移甚至达到有支撑时刚架的10倍。

而且同种类型的支撑，吊车荷载越大，支撑对纵向刚度加强的效果越明显
3结语
大量数据表明不同类型的支撑，其影响是不同的。

十字交叉式支撑形式由于几何构成和受力合理，效果较好，但由于其用钢量偏大，施工相对复杂，在选择支撑形式时设计人员应具体问题具体分析，不可一概而论。

一般情况下柱间支撑由长细比控制截面大小，设计支撑时在保证结构纵向刚度的前提下，结合实际的使用要求，应进行截面的优化，尽量减少钢材用量。

但对于抗震要求较高和吊车吨位较大的厂房，建议适当增大支撑截面来提高支撑及整个结构的抗震能力。