鋼柱系統(tǒng)設(shè)計(jì)        (design of steel column systern)

由鋼柱和傳遞縱向水平荷載和作用的柱間支撐組成結(jié)構(gòu)的布置、選型的設(shè)計(jì)。其主要內(nèi)容包括鋼柱和柱間支撐的設(shè)計(jì)。

鋼柱       承受廠房結(jié)構(gòu)的全部荷載，并將其傳給基礎(chǔ)。要根據(jù)廠房特點(diǎn)、選擇鋼柱的類型和截面型式，進(jìn)行鋼柱計(jì)算。

柱的類型和截面型式         鋼柱按外形可分為等截面柱、階形柱和分離式柱(圖1)。等截面柱沿其高度截面不變，適用于無吊車或吊車起重量較小的廠房。階形柱沿其高度截面分段變化，適用于吊車起重量較大的廠房。分離式柱為支承吊車梁的獨(dú)立分肢(圖1e、f )，與框架柱(階形柱或等截面柱)僅用水平板相連。分離式柱適用于有預(yù)留擴(kuò)建的跨間和吊車軌頂不在同一標(biāo)高，且吊車起重量較大的中列柱。按截面型式可分為實(shí)腹柱和格構(gòu)式柱。實(shí)腹柱由翼緣和腹板組成，截面型式有多種。最主要常用的是由兩塊翼緣板和一塊腹板組成的工字形截面實(shí)腹柱(圖1中的剖面1—1和上段柱)；當(dāng)垂直荷載較大時，偶爾也采用兩塊翼緣板，兩塊腹板組成的箱形柱。這種柱的制作較復(fù)雜。格構(gòu)式柱由分肢和綴條組成(圖l剖面2—2～4—4)。分肢常為工字形或槽形截面。有吊車的冶金工廠，其廠房柱的大部分都是上段柱為實(shí)腹、下段柱為格構(gòu)式的階形柱。確定柱的輪廓及截面尺寸時，要考慮其與行列線的關(guān)系、荷載的傳遞及構(gòu)造要求。對于上段柱，要考慮是否需設(shè)置人孔及吊車行駛時需要的凈空。對于下段柱，要使吊車肢腹板的中心線與吊車軌道中心線相重合。

鋼柱計(jì)算       鋼柱受的荷載有：屋蓋恒荷載、屋面活荷載、吊車荷載、墻體荷載、平臺荷載、鋼柱自重和風(fēng)荷載等。位于地震區(qū)的廠房鋼柱，還承受地震作用。

計(jì)算內(nèi)容包括鋼柱、肩梁、柱腳、人孔、牛腿等的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和相關(guān)連接強(qiáng)度的驗(yàn)算。

(1)鋼柱。經(jīng)框架分析求得鋼柱的內(nèi)力后，驗(yàn)算鋼柱的強(qiáng)度，彎矩作用平面內(nèi)、外的穩(wěn)定性，長細(xì)比，使其滿足規(guī)范要求。對于階形柱的上段及下段需分別進(jìn)行上述驗(yàn)算。當(dāng)下段柱為格構(gòu)式柱時，還要驗(yàn)算分肢的穩(wěn)定性(彎矩作用平面外的整體穩(wěn)定性可不計(jì)算)。若分肢受有吊車荷載的縱向偏心，需計(jì)及偏心彎矩對鋼柱的影響。綴條的強(qiáng)度及穩(wěn)定性都需驗(yàn)算。

(2)肩梁。連接階形柱上、下段柱的部件。它將上段柱的軸心力、彎矩傳給下段柱。肩梁一般包括腹板(單腹板或雙腹板)、上部板和下部板三部分。肩梁要有足夠的剛度，使其在受力變形時，在上段柱頂部相應(yīng)產(chǎn)生的水平變位和角變位保持在容許范圍之內(nèi)；在下段柱的分肢中相應(yīng)產(chǎn)生的彎矩可以忽略不計(jì)，或由此彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力與其它應(yīng)力的組合值不超過規(guī)定值。按最不利組合求出肩梁剪力和彎矩，并驗(yàn)算肩梁強(qiáng)度、肩梁與上下段柱的連接焊縫的強(qiáng)度和傳遞內(nèi)力的加勁肋的焊縫的強(qiáng)度。

(3)柱腳。柱與基礎(chǔ)的連接部分。主要可以分為整體式和分離式(圖2)兩種。整體式柱腳一般用于寬度較小的實(shí)腹柱。對于寬度較大的實(shí)腹柱，可采用整體式或分離式柱腳。前者較費(fèi)鋼材，構(gòu)造也較復(fù)雜。對于格構(gòu)式柱，多采用分離式柱腳。其計(jì)算內(nèi)容包括：柱底板處基礎(chǔ)混凝土的局部受壓承載力、底板的強(qiáng)度、錨栓面積、柱底剪力的傳遞及連接焊縫等。

此外，還有插入式柱腳，即將鋼柱(或分肢)直接插入杯口。需要時，在鋼柱上焊以錨固件。

(4)人孔。柱腹板上開設(shè)的供人員通行的孔洞。由于凈空要求，在柱側(cè)安全走道不能貫通時，開設(shè)人孔，以便通行。要使人孔底部標(biāo)高與吊車梁頂面標(biāo)高相協(xié)調(diào)。人孔凈空：寬度為400mm、高度不小于1800mm。人孔周圍的腹板，用鋼板加強(qiáng)。驗(yàn)算人孔分肢的強(qiáng)度及穩(wěn)定性。

((5)牛腿(圖1a、b)。用以支承吊車梁、平臺梁和墻梁等。一般由上、下翼緣板及腹板組成。要驗(yàn)算牛腿及其連接的抗彎強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度。

柱間支撐      傳遞縱向水平荷載和作用，保證柱的縱向穩(wěn)定性和廠房的縱向剛度。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括支撐形式的確定和支撐計(jì)算等。柱間支撐一般由上部柱間支撐(屋架下弦至吊車梁頂面之間的支撐)、下部柱間支一撐(吊車梁底部至柱腳之間的支撐)、中部柱間支撐(中列柱兩相鄰吊車梁頂面標(biāo)高不相同或有雙層吊車梁時，其間設(shè)置的支撐)組成(圖3)。屋架端部的垂直支撐及系桿、托架、吊車梁系統(tǒng)也參與縱向水平荷載和作用的傳遞。

布置柱間支撐，要考慮工藝、生產(chǎn)對凈空的要求以及廠房的縱向剛度。下部柱間支撐和中部柱問支撐宜設(shè)置在溫度區(qū)段中部范圍內(nèi)，根據(jù)縱向水平力的大小和剛度需要可設(shè)置一道或兩道。對于上部柱間支撐，則宜設(shè)置在溫度區(qū)段兩端和有下部柱間支撐的柱間。

支撐形式       主要有交叉支撐，人字形、倒人字形、帶橫桿的人字形支撐和門形支撐(圖3a～d)。交叉支撐的構(gòu)造簡單，傳力直接，工程中廣泛采用。有時由于柱距較大或工藝上要求，不能或不宜采用交叉支撐時，則采用帶橫桿的人字形支撐、門形支撐或其它支撐。門形支撐只用于下部柱間支撐。對于人字形支撐(或倒人字形支撐)，在其尖部處與吊車梁系統(tǒng)連接，以傳遞(僅傳遞)縱向水平力。該連接要作構(gòu)造處理，使其對吊車梁的下?lián)蠠o任何約束。根據(jù)柱的寬度，可設(shè)置單片或雙片柱間支撐，下部柱間支撐一般為雙片。

支撐計(jì)算       對于交叉支撐，假定一根桿件受拉，另一根桿件不受力，求出桿件所受的拉力；亦可考慮一根桿受拉，另一桿件受壓。對于人字形和倒人字形支撐，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)力平衡即可算出桿件內(nèi)力。對于門形支撐，根據(jù)傳力途徑，求出支座反力，算出各桿件內(nèi)力。要驗(yàn)算支撐各桿件的強(qiáng)度及壓桿的穩(wěn)定性。其長細(xì)比也需滿足規(guī)范要求。