连云港某单层钢管混凝土双肢格构柱钢结构厂房结构设计摘要：钢管混凝土是一种具有承载力高、塑性和韧性好、节省材料、方便施工等特点的新型 组合结构材料，已在工业和民用建筑等工程中应用多年，取得了较好的技术经济效益本文 结合具体实例对钢管混凝土重型厂房的特点和设计要求进行解析，以供结构设计人员参考 关键词：钢管混凝土双肢格构柱 重型厂房 钢结构 设计冶金工厂和重型机械工厂的重型工业厂房，吊车起重量大，作业频繁，因此主要承重骨 架全部采用钢结构厂房骨架是由柱、梁（或桁架）和支撑等相互联系而成的空间体系，具 有足够的强度、刚度和稳定性，以承受来自屋面、墙面、吊车等各种竖向及水平荷载，并向 基础传递为了计算简化，厂房结构常采用横向平面框（排）架和纵向结构两个相互独立的 体系这种体系由柱子系统、吊车梁系统、屋盖系统、封墙系统组成由柱和屋架组成的横 向平面框架是厂房最基本的承重结构，绝大部分荷载都通过它传给基础一、 工程概况及结构布置1. 工程概况本工程为江苏宝通镍业（集团）有限公司矿热炉、烧结厂房、生活辅房及配套工程中的炼 钢车间，采用全钢结构该炼钢车间为二跨等高厂房，每跨内设2台50tA7重级工作制软钩 吊车，轨面标高均为18m，厂房檐口标高22.8m,柱距12m。
厂房下柱采用圆管混凝土斜腹 杆双肢格构柱，上柱采用实腹式等截面焊接工字型柱，屋架采用实腹式变截面焊接工字型梁， 屋面梁与钢柱为固接在每跨屋脊处沿厂房纵向设通风气楼建筑平面尺寸:48. 5mx216m, 建筑结构的设计使用年限是50年，抗震设防烈度为7度，设计地震加速度O.lg,抗震设防 类别为丙类，场地类别为四类，设计的基本风压为0.55KN/ m2,地面粗糙类别为A类结 构计算采用PKPM的钢结构重型厂房设计软件STPJ2. 结构布置厂房立面简图如下：(1) 柱子系统厂房下柱采用螺旋焊接管0500x10双肢格构柱，边柱两肢管的中心距离1500mm,中柱两肢管的中心距离为2000mm,斜腹杆均采用0 159x6，除斜腹杆外 下柱均灌 注 C40 素混凝土厂房上柱 采用实腹 式焊接工字型 柱，边柱截 面 H1000X350X12X16,中柱截面H1000X350X14X18,厂房上、下柱的钢材材质均为Q345B在厂房纵向两端及设置下柱支撑的柱间设置上柱柱间支撑，采用双片槽钢“人”型 支撑，缀条采用L75X6角钢；在厂房纵向1/3处设置下柱柱间支撑，采用双片圆管 交叉支撑，缀条采用0102x6圆管。
在上下柱交接处设置肩梁，上柱吊车梁顶面标 高处设人孔，中柱肩梁和人孔的节点见图12) 吊车梁系统 12m 实腹钢吊车梁及其辅助桁架、水平支撑、制动板参照标准图集选 用，吊车梁材质采用Q345C吊车梁采用突缘式支座，与厂房上柱的连接节点见图23) 屋面系统根据屋面梁的受力特点，将屋面梁设计成变截面的形式，其截面为H(1000~850~1000)X300X14X16屋面檩条采用高频焊接 H 型钢(H400X150X4.5X6), 间距不大于3m,通风气楼檩条采用焊接H型钢(H500X250X8X12)屋面支撑结合檩 条设置,其连接节点见图 34) 封墙系统由于厂房柱距为12m,为了节省墙面檩条的用钢量，特在每个柱距中间设 置一根墙架柱，其截面为H350X300X8X12,材质为Q235B这样一来墙面檩条可按照 6m 跨度计算,其截面为 C200X70X20X2.5, 材质为 Q345B二、 计算分析1. 厂房柱的长细比和厂房柱、梁的宽厚比 抗规规定，“对于单层厂房框架柱的长细比，轴压比小于0.2 时不宜大于 150；轴压 比大于0.2时不宜大于120 (235/fay)具体到本例，厂房上下柱的轴压比均不大于0.2, 所以长细比可由 150 控制。
根据计算结果，下柱最大长细比为 121, 上柱最大长细比为 94, 均满足规范要求板件的宽厚比，是保证厂房框架延性设计的关键指标，也是影响单位面积耗钢量的关键 指标抗规规定，“对于轻屋盖厂房，塑性耗能区板件宽厚比可根据其承载力的高低按性能 目标确定塑性耗能区外的板件宽厚比限值，可采用现行《钢结构设计规范》弹性设计阶段 的板件宽厚比限值对于上述规定如何理解并正确用于计算，抗规条文说明给出了明确 的解释“当构件的强度和稳定承载力均满足高承载力一一2倍多遇地震作用下的要求(rGS“+G GEr 2S [H0/TW]= 47.21，当采用有效截面计算 后，强度和稳定计算的最大应力均满足规范要求2. 插入式柱脚设计 当钢柱直接插入混凝土杯口基础内用二次浇灌层固定时，即为插入式柱脚。
这种柱脚 具有构造简单、节约钢材、安全可靠等特点表 1 为钢规，抗规对钢柱插入杯口的最小深度 的要求汇总本工程综合计算考虑后插入深度定为1500mm，满足表1的要求考虑到柱底力 比较大，柱脚插入部分设置了栓钉详见图4表1实腹柱最小插入深度双肢格构柱最小插入深度钢结构设计规范1.5he或1.5de且不宜小于 500，亦不宜小于吊装时钢柱 长度的1/200.5he和1.5be(或de)的较大 值，且不宜小于500,亦不宜 小于吊装时钢柱长度的1/20建筑抗震设计规范2.5he 或 2.5de0.5he和2.5be(或de)的较大 值注：he为柱截面高度，be为柱截面总宽度，de为圆管柱的外径3. 肩梁设计与计算肩梁可近似按照简支梁计算， 仅验算肩梁的强度肩梁承受其顶面处上段柱柱底的弯 矩M和轴心压力N,当吊车梁为突缘支座时，尚需考虑两侧吊车梁对柱的最大压力Rmax的 作用，肩梁的计算简图如下图：JI1L1 r1u>■I1^1右:|其中a为肩梁腹板的长度，al为上柱等效分肢的形心间距，A1,A2为上柱等效分肢的 面积Ra和Rb为支座处的反力，可由F1,F2求得目前等效分肢面积是这么确定的：对于 组合截面，即分肢面积；对于实腹截面，则考虑除去中间腹板以后的两分肢面积OF1,F2可 按照下式计算： F1=M/a1+N*A1/(A1+A2) F2=-M/a1+N*A2/(A1+A2)上柱传递的内力可以简化为两个集中力F1和F2，作用在翼缘两侧，由此可以求出作 用在肩梁上的弯矩和剪力。
肩梁的抗弯计算采用如下公式：Mmax/Wn〈f这里Mmax为简支梁 最大弯矩，取Ra*La和Rb*Lb的较大值肩梁的抗剪计算采用如下公式：VmaxS/(In*tw)〈fv 这 里 Vmax 为 简 支 梁 最 大 剪 力 ， 当 吊 车 梁 支 座 为 突 缘 式 支 座 时 ， 在 吊 车 肢 一 侧 Vmax二Rb+〈1.2xRmax/2〉(考虑吊车影响时加入尖括号项目)；当吊车梁为平板支座时,Vmax为Ra和Rb的较大者本工程肩梁设计结果如下：肩梁总高1000mm,上盖板厚30mm，下盖板 厚25mm，腹板取25mm三、结束语 单层钢结构重钢厂房的设计牵涉的方面很广，钢管混凝土双肢格构柱也只是其中一种结 构形式，设计人员只有正确掌握其受力特点，明晰规范要求，才能设计出即经济又合理的厂 房结构。