文/ 邱中勝 煙臺德和冶金設計研究有限公司 山東煙臺 264002

對于格構柱單層工業(yè)廠房結構設計，我們要進一步思考格構柱單層工業(yè)廠房結構設計的目標，從而制定可行的方法，確保格構柱單層工業(yè)廠房結構設計的質(zhì)量。

1、鋼結構廠房結構體系

所謂的重型單層廠房是指在車間廠房內(nèi)設有重型吊車設備，相對于輕型、中型鋼結構廠房來說，不僅在其承載能力上要求更高，廠房空間大，而且廠房高度相對較高，對于施工質(zhì)量的要求更加嚴格。

一般單層鋼結構廠房采用框架支撐體系，即橫向設計成剛接框架，縱向設計成柱間支撐體系，這種體系經(jīng)濟節(jié)約，但柱間支撐可能會影響使用功能。這種形式特別適用于縱向較長，橫向較短的單層工業(yè)廠房。

鋼結構廠房與鋼筋混凝土房屋一樣，同樣應遵守強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點弱構件的抗震設計基本原則。

1.1 強柱弱粱

指在粱柱連接節(jié)點處柱端實際受彎承載力要大于梁端實際受彎承載力。一般采用增大柱端彎矩的做法。也就是使框架結構塑性鉸出現(xiàn)在梁端的設計要求，用以提高結構的變形能力，防止在強烈地震作用下倒塌?！皬娭趿骸辈粌H是手段，也是目的，其手段表現(xiàn)在人們認為對柱的設計彎矩放大，對梁不放大。其目的表現(xiàn)在調(diào)整后，柱的抗彎能力比之前強了，而梁不變。即柱的能力提高程度比梁大。這樣梁柱一起受力時，梁端可以先于柱屈服。

1.2 強剪弱彎

指避免構件（梁、柱、墻）剪力較大的部位在梁端達到塑性變形能力極限之前發(fā)生非延性破壞，即控制脆性破壞形式的發(fā)生。也就是說結構（框架梁、柱）的抗剪承載力要大于抗彎承載力，目的是控制構件發(fā)生彎曲破壞，而不是剪切破壞，避免脆性破壞，充分發(fā)揮塑性鉸的能力。

1.3 強節(jié)點弱構件

以下為在設計中加強節(jié)點的措施：（1）構造保證。①增加連接強度，如增加焊縫厚度和螺栓大小。②梁端加腋或加隅撐。③加厚梁柱節(jié)點域的腹板厚度或增設水平和斜向加勁肋。（2）計算保證。①按抗震彈性設計：計算中考慮抗震承載力調(diào)整系數(shù)為0.85，初步確定焊縫尺寸或螺栓數(shù)量、間距、直徑。②按以上確定的焊縫尺寸或螺栓數(shù)量、間距、直徑驗算連接的抗震極限受彎、受拉和拼接承載力是否大于其構件的屈服承載力，并留有一定的余量。

2、空腹鋼桂單層工業(yè)廠房結構設計的相關問題

2.1 單層廠房結構

單層廠房結構組成主要包括橫向排架、縱向聯(lián)系構件、支撐系統(tǒng)及外圍護結構等。格構柱是橫向排架中的重要構件，主要承受軸力和彎矩，常見形式有方形、圓形等。某單層工業(yè)廠房為鋼結構，凈高23m，跨度50m，柱距10m，總長為160m?？拐鹪O防類別為乙類。

2.2 腹柱構件選取

目前，單層鋼結構工業(yè)廠房柱構件主要有實腹柱、斜腹桿格柱、格構柱等幾種形式。實腹柱適用于中小跨度的單層工業(yè)廠房.但是本工業(yè)廠房的跨度較大，且廠房凈高大，不易采用實腹柱。如果采用實腹柱，只能將人行走道、風管等布置在柱外側。根據(jù)本工業(yè)廠房設計要求，風管必須布置在柱內(nèi)，所以不能使用實腹柱，斜腹桿格柱同樣不能滿足設計要求?；谝陨蠋讉€方面的考慮，本單層工業(yè)廠房使用格構柱形式的排架柱，在柱內(nèi)布置風管，可以靈活布置人行走道，方便人員行走，同時也可以滿足本廠房抗震設防方面的要求，提高廠房的抗震性。

本單層鋼結構工業(yè)廠房的縱向長度比較大，為保證平面支撐結構的可靠性，在1／3處設置2道下柱支撐，在下柱支撐和廠房端部設置4道上柱支撐，其中下柱支撐采用H型鋼。格構柱設計使用年限為50年，安全等級一級，結構重要性系數(shù)選取1.1。

2.3 承載力試驗

目前雖然格構柱在單層鋼結構工業(yè)廠房建筑結構設計中比較推崇，但是它的應用剛剛起步，現(xiàn)行設計規(guī)范中沒有涉及構造等方面要求，所以需要利用有限元計算方法進行承載力試驗，確保格構柱在單層工業(yè)廠房結構應用中的可靠性。首先，按照1：4比例制作單層工業(yè)廠房和格構柱等構件模型，然后按照各種荷載工況進行相關的有限元計算，驗證格構柱的承載力。

2.4 鋼柱承載力有限元計算

對于一個結構構件，在實際使用中可能遇到的荷載工況是多種多樣的，如何量化評價需要綜合考慮各種因素。在實際工程中，豎向荷載和水平荷載同時出現(xiàn)超載的可能性極小，故選擇了以下3種荷載工況，采用ANSYS程序進行了鋼柱極限承載力計算，以了解格構柱的承載力及抗震性能。

鋼材為Q345B，采用理想的彈塑性模型，屈服強度345N/mm2，泊松比為0.3，彈性模量為2.06×105N/mm2，服從Mises屈服準則，不計殘余應力，同時考慮幾何非線性與材料非線性，單元采用Shell181矩形單元，映射劃分。

結語：

綜上所述，格構柱單層工業(yè)廠房結構設計一定要采取更好的方式方法，明確設計的具體的措施，才能夠保證格構柱單層工業(yè)廠房結構設計的可行性和質(zhì)量。