钢结构柱间支撑_无吊车与有吊车系统设计方案

钢结构厂房的柱间支撑系统是保证建筑整体稳定与纵向刚度的关键结构。江苏杰达钢结构工程有限公司在盐城等地多个厂房项目中积累了丰富的柱间支撑设计与施工经验。本文将系统介绍无吊车与有吊车两种系统的柱间支撑应用原理、布置规范与设计要点。

无吊车系统的轻钢厂房柱间支撑

柱间支撑的作用

在没有吊车系统的一般轻钢厂房中，柱间支撑主要承担以下功能：

• 保证厂房骨架的整体稳定和纵向刚度
• 作为柱的侧向支撑，决定柱在框架平面外的计算长度
• 承受厂房传来的纵向水平荷载，主要是山墙处的风荷载

无吊车系统的布置原则

对于没有吊车系统的厂房，可以只设置一层柱间支撑。当厂房过高导致柱间支撑角度过小时，应分层设置。

柱间支撑的布置规范如下：

• 间距：当无吊车时宜取30-45米为一个温度区段
• 位置：可以设在厂房端部第一柱间
• 原因分析：无吊车厂房的柱间支撑仅承受由山墙传来的风载，风荷载相对较小，厂房纵向变形也较小，在柱上产生的次内力较小，因此可以设在厂房端部

无吊车系统的支撑形式

对于没有吊车的轻钢厂房，柱间支撑仅承受由山墙传来的相对较小风载。由于轻型钢结构厂房的墙体围护结构多为压型钢板加保温材料，对厂房的柱顶位移限值放得较宽，因此广泛采用的形式是：

• 十字交叉圆钢，配合张紧装置（如花篮螺栓）
• 此形式的优点：截面较小，构件轻巧，节省材料
• 此形式的缺点：张紧装置容易松弛，需通过打毛螺纹或采用双螺帽等方式减少松弛

无吊车系统的设计原则

采用十字交叉圆钢柔性支撑的设计原则：

• 必须将圆钢拉紧，以平面外有一定的刚度为准，使其真正能够传递纵向水平力
• 如果未张紧，将影响结构的整体刚度和稳定性
• 一个结构单元中设几道支撑，由纵向水平力、钢筋直径和布置原则确定
• 圆钢大小由支撑承受的荷载决定，规范对张紧的圆钢长细比无限制，只要抗拉承载力满足即可

有吊车系统的厂房柱间支撑

有吊车系统的整体布置

对于有吊车系统的厂房，一般要设置上下两层柱间支撑（上柱支撑、下柱支撑），且吊车梁可以代替刚性系杆。这样的布置是因为如果只设一层，平面外会有吊车的纵向刹车力作用在柱中间，对于钢柱本身不利。

上柱支撑的应用

上柱支撑的作用：

• 吊车梁以上的支撑，传递屋架（上、下弦）横向支撑传来的纵向风力
• 保证厂房的整体稳定及纵向刚度

上柱支撑的布置原则：

• 设在温度区段的两端
• 设在有下柱支撑的开间中

下柱支撑的应用

下柱支撑的作用：

• 吊车梁以下的支撑，保证厂房的空间刚度
• 传递山墙风力
• 传递吊车纵向刹车力

下柱支撑的布置原则及理由：

• 当有吊车时宜设在温度区段中部，或当温度区段较长（L>90m）时宜设在三分点处
• 间距不宜大于60米
• 注意：在温度区段端部不宜设置下柱刚性支撑

为什么在温度区段端部不宜设置下柱刚性支撑？主要原因是：下柱支撑布置在温度区段的中间，使厂房在温度变化时能够从支撑向两侧伸缩，以减小支撑、柱子与纵向构件的温度应力。若布置在温度区段端部，则限制了厂房的纵向变形。

另外，由于柱间支撑主要提供厂房的纵向刚度，计算时一般只计算横向平面，作为平面问题处理。但如果厂房有较大吨位吊车，其纵向刹车力较大，若在厂房端部设置落地支撑（上下都有），限制了厂房的纵向变形，在柱纵向产生的次内力就比较大。由于计算柱子时没有考虑该内力，柱子设计将偏于不安全。

因此，宜在端部仅设置上柱支撑（有较大吊车的厂房，上柱截面通常比下柱截面小很多，上柱段的侧向刚度较小，不会因其上柱间支撑布置在两端而过分阻碍温度变形），把下柱支撑设在第二开间，在第一柱距内用吊车梁代替刚性系杆。屋面应在抗风柱对应位置设刚性系杆，屋面横向支撑亦要设在第二柱距。传力途径：山墙处的水平荷载—刚性系杆—屋面横向支撑—柱间支撑—基础。

有吊车系统的支撑形式

上柱支撑：

• 通常采用张紧的十字交叉圆钢做支撑
• 对于厂房吊车为重级工作制，采用圆钢支撑容易松弛，即使使用花篮螺栓也很难保证
• 宜采用常见的单角钢十字交叉支撑

下柱支撑（刚性支撑）：

• 一般采用十字交叉单片支撑（单个角钢或两个角钢组成的T型截面）
• 对于起重量大于16吨的厂房宜采用双片支撑（采用不等边角钢以长边与柱翼缘相连，两片支撑之间以附加系杆相连，也可以是两个槽钢、H型钢、钢管等型钢组成格构式十字交叉刚性支撑）
• 截面大小由支撑承受的平面内荷载决定

有吊车系统的设计原则

• 支撑主要承受的荷载：上柱支撑主要承受风荷载，下柱支撑除承受风力荷载以外，还承受吊车的纵向水平荷载
• 杆件截面必须满足长细比和计算求得的内力要求
• 十字交叉支撑，宜按一拉一压进行计算

工程设计实践中的关键问题讨论

角钢与钢管支撑的优缺点对比

角钢支撑：

• 如按压杆的长细比设计，支撑的平面内和平面外的长细比不同：平面内在中点有支撑点，回转半径可较小；平面外按全长计算，要求回转半径较大
• 截面不宜小于L75×6，对于双片支撑之间的缀条，截面一般不小于L50×5
• 优点：材料经济，利用平面内外长细比的差异
• 缺点：截面不够圆满，占用空间较大

钢管支撑：

• 与不等边角钢相比，单位用钢量能提供更大的回转半径
• 占用的水平尺寸小，利于其他专业工作
• 缺点：价格较高，通常为角钢的1.5-2倍左右
• 施工制作时相对麻烦，放样务必准确无误，否则需现场动明火，带来安全隐患
• 壁厚选择：不宜过薄，壁厚不小于4.5mm为佳，否则易因腐蚀或质量问题而破坏，节点连接处理也无法保证

综合评价：钢管与不等边角钢相当，选择时应根据具体工程条件和经济性综合考虑。

圆钢长度不足的处理方法

当柱间支撑采用圆钢时，如长度不够，有以下两种处理方法：

方法一：车丝连接

• 将要搭接的圆钢端部车丝，使用花篮螺栓连接
• 优点：避免了搭接焊接的偏心，充分利用了花篮螺栓的张紧性能
• 缺点：施工复杂，一般设计不采用

方法二：焊接连接（改进方案）

• 钢筋焊接规程规定的搭接焊接方式，但产生偏心且不够美观
• 改进方案：改为轴心对接，在两侧加两段5d的钢筋焊接，既美观又避免了偏心

柱间支撑的夹角控制

柱间支撑的夹角宜控制在35°-55°之间。这个范围的确定基于以下分析：

支撑夹角过小或过大的不利影响：

• 斜撑所受的力为P/cos θ，角度越小，其所受的力越小，即起不到支撑的作用
• 反之角度越大，会导致因纵向水平力而产生的垂直力较大，对斜撑和钢柱不利
• 角度过小或过大，节点板也随之增大，对节点板的受力及制作、加工都不利

无法满足35°-55°时的替代方案：

• 当夹角小于35°（高大厂房）时：可以采取分层的方法
• 当夹角大于55°时：可以采用桁架支撑

小结

钢结构厂房支撑体系的布置和设计应根据具体情况统盘考虑，灵活处理。江苏杰达钢结构工程有限公司在盐城等地的多个工程实践中，遵循以下原则：无吊车系统采用柔性圆钢支撑，间距30-45米；有吊车系统采用上下两层支撑，下柱支撑设在温度区段中部或三分点，间距不超过60米；支撑夹角控制在35°-55°，无法满足时采用分层或桁架方案；支撑形式根据荷载选择圆钢、角钢或钢管，充分考虑经济性与可靠性。通过这些规范化的设计方法，能够保证建筑结构在安装和使用时的整体稳定，提高结构的整体刚度，形成完整的结构空间工作，使所受的水平荷载以简捷、明确、可靠、直接的路线传递到基础。