厂房柱间支撑布置对结构静力性能影响分析

范晓斌

(上海电气集团国控环球工程有限公司，山西 太原 030000)

1 概述

厂房结构中柱间支撑的主要作用是提供侧向刚度和传递水平力，且当柱间支撑刚度远远大于厂房柱时认为水平荷载完全由柱间支撑传递，而且传统设计中也是按照柱间支撑承受全部水平荷载来进行设计，但随着新工艺，新技术的诞生，常常为了满足工艺设备的大空间需求而无法设置结构柱，这样就会使结构柱截面较大或者做成格构柱，当柱的平面外刚度增大到与支撑刚度相差不大时，不考虑支撑柱分担荷载，不仅厂房柱设计存在安全隐患，同时也会造成支撑设计的浪费，纵向温度效应作用明显，而且现行《钢准》[1]中温度区段的划分是基于支撑刚度远大于单独柱提出的，不能简单套用[2]，本文以厂房纵向结构为研究对象，对结构在水平荷载和温度作用下的受力性能研究分析，并通过改变柱距，构件尺寸及支撑层数主要因素来得到支撑布置规律，寻找一些合理的支撑布置原则和方式。

2 厂房纵向结构静力性能分析

2.1 支撑体系柱与侧向支撑刚度比确定

根据上式可以看出，柱截面不变情况下，增大支撑截面，刚度比显著减小；保持支撑截面不变，柱截面由小增大时，刚度比相差已不存在数量级关系；增大柱距，刚度比减小；横截面尺寸对刚度比影响不大，可忽略其在柱与支撑刚度比中的影响，从中可以看出，柱子、支撑截面尺寸以及柱距对柱与支撑刚度比有着直接的影响，可作为进一步研究结构受力性能的影响因素。

2.2 基本模型建立

在实际工程中，柱子通常比较高需要设置多层支撑，同时又要考虑柱距、构件尺寸及支撑层数等多因素分析，每种因素都要考虑各种水平不便于理论推导，为提高效率，本文利用大型有限元分析软件Midas Gen[3]建立三层单跨模型，通过逐一改变每一因素来分析该因素对结构性能的影响，分析数据如表1所示。

表1 柱、支撑及横杆参数化分析

从表1中分析，无支撑时，柱底弯矩和柱子剪力远远大于有支撑时；柱子截面增大时，柱底弯矩和柱子剪力均有所增大，增大柱间支撑截面时，水平荷载下柱底弯矩减小，而温度荷载下内力变化不大；柱距增大时，温度应力增大较多，水平荷载作用下内力变化不大；横杆截面改变对结构受力性能影响不大可以忽略其影响。

2.3 柱间支撑布置对结构静力性能分析

2.3.1柱间支撑对称布置

结合上述分析得到的影响因素，建立10种6列柱计算模型，其中柱间支撑布置在中间和两端各5种，通过全面分析柱间支撑位置改变对结构静力性能的影响，为了更直观观察结构，将柱按照从左到右依次编号，水平荷载作用下分析结果见图2，图3。温度荷载作用下分析结果见图4，图5。

支撑布置在两端时，水平荷载作用下柱底弯矩两端大于中部，而温度荷载作用下也为两端较大；支撑设置在中间时，水平荷载作用下柱底弯矩中部较大，而温度荷载作用下柱底弯矩两端较大；综合分析可知，当支撑布置在中间时，5种模型下结构内力、柱顶侧移均大于支撑布置在两端。

2.3.2柱间支撑不对称布置

工程实践中经常遇到支撑不能对称布置的情况，为了进一步分析柱间支撑不对称时对结构静力性能的影响，再建立5个模型进行分析，结果如图6，图7所示。

支撑不对称布置时，内力分布情况与支撑对称布置时相同，但结构内力、柱顶侧移均大于支撑对称布置。

3 结语

1)当结构为满足工艺大空间需求时，结构柱刚度与支撑刚度相比不能简单地忽略其作用应充分考虑分担水平荷载。2)支撑对称布置时，当建筑处于高烈度设防地区或设有大吨位吊车且温度作用效应不大情况下建议柱间支撑布置在两端，可以使柱子承担的内分布较为均匀，整体上可以减小截面达到经济适用的设计要求；当温差较大而水平荷载不大时，如我国北方地区，建议柱间支撑布置在中部，同时可通过减小两端柱截面避免端部温度效应过大，达到设计上受力合理的设计要求。3)支撑不对称布置时，内力、柱顶侧移均大于支撑对称布置，从设计角度应在总平面布置时综合考虑建筑平面尺寸尽量避免不合理结构。