文/ 邱中胜 烟台德和冶金设计研究有限公司 山东烟台 264002

对于格构柱单层工业厂房结构设计，我们要进一步思考格构柱单层工业厂房结构设计的目标，从而制定可行的方法，确保格构柱单层工业厂房结构设计的质量。

1、钢结构厂房结构体系

所谓的重型单层厂房是指在车间厂房内设有重型吊车设备，相对于轻型、中型钢结构厂房来说，不仅在其承载能力上要求更高，厂房空间大，而且厂房高度相对较高，对于施工质量的要求更加严格。

一般单层钢结构厂房采用框架支撑体系，即横向设计成刚接框架，纵向设计成柱间支撑体系，这种体系经济节约，但柱间支撑可能会影响使用功能。这种形式特别适用于纵向较长，横向较短的单层工业厂房。

钢结构厂房与钢筋混凝土房屋一样，同样应遵守强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件的抗震设计基本原则。

1.1 强柱弱粱

指在粱柱连接节点处柱端实际受弯承载力要大于梁端实际受弯承载力。一般采用增大柱端弯矩的做法。也就是使框架结构塑性铰出现在梁端的设计要求，用以提高结构的变形能力，防止在强烈地震作用下倒塌。“强柱弱梁”不仅是手段，也是目的，其手段表现在人们认为对柱的设计弯矩放大，对梁不放大。其目的表现在调整后，柱的抗弯能力比之前强了，而梁不变。即柱的能力提高程度比梁大。这样梁柱一起受力时，梁端可以先于柱屈服。

1.2 强剪弱弯

指避免构件（梁、柱、墙）剪力较大的部位在梁端达到塑性变形能力极限之前发生非延性破坏，即控制脆性破坏形式的发生。也就是说结构（框架梁、柱）的抗剪承载力要大于抗弯承载力，目的是控制构件发生弯曲破坏，而不是剪切破坏，避免脆性破坏，充分发挥塑性铰的能力。

1.3 强节点弱构件

以下为在设计中加强节点的措施：（1）构造保证。①增加连接强度，如增加焊缝厚度和螺栓大小。②梁端加腋或加隅撑。③加厚梁柱节点域的腹板厚度或增设水平和斜向加劲肋。（2）计算保证。①按抗震弹性设计：计算中考虑抗震承载力调整系数为0.85，初步确定焊缝尺寸或螺栓数量、间距、直径。②按以上确定的焊缝尺寸或螺栓数量、间距、直径验算连接的抗震极限受弯、受拉和拼接承载力是否大于其构件的屈服承载力，并留有一定的余量。

2、空腹钢桂单层工业厂房结构设计的相关问题

2.1 单层厂房结构

单层厂房结构组成主要包括横向排架、纵向联系构件、支撑系统及外围护结构等。格构柱是横向排架中的重要构件，主要承受轴力和弯矩，常见形式有方形、圆形等。某单层工业厂房为钢结构，净高23m，跨度50m，柱距10m，总长为160m。抗震设防类别为乙类。

2.2 腹柱构件选取

目前，单层钢结构工业厂房柱构件主要有实腹柱、斜腹杆格柱、格构柱等几种形式。实腹柱适用于中小跨度的单层工业厂房.但是本工业厂房的跨度较大，且厂房净高大，不易采用实腹柱。如果采用实腹柱，只能将人行走道、风管等布置在柱外侧。根据本工业厂房设计要求，风管必须布置在柱内，所以不能使用实腹柱，斜腹杆格柱同样不能满足设计要求。基于以上几个方面的考虑，本单层工业厂房使用格构柱形式的排架柱，在柱内布置风管，可以灵活布置人行走道，方便人员行走，同时也可以满足本厂房抗震设防方面的要求，提高厂房的抗震性。

本单层钢结构工业厂房的纵向长度比较大，为保证平面支撑结构的可靠性，在1／3处设置2道下柱支撑，在下柱支撑和厂房端部设置4道上柱支撑，其中下柱支撑采用H型钢。格构柱设计使用年限为50年，安全等级一级，结构重要性系数选取1.1。

2.3 承载力试验

目前虽然格构柱在单层钢结构工业厂房建筑结构设计中比较推崇，但是它的应用刚刚起步，现行设计规范中没有涉及构造等方面要求，所以需要利用有限元计算方法进行承载力试验，确保格构柱在单层工业厂房结构应用中的可靠性。首先，按照1：4比例制作单层工业厂房和格构柱等构件模型，然后按照各种荷载工况进行相关的有限元计算，验证格构柱的承载力。

2.4 钢柱承载力有限元计算

对于一个结构构件，在实际使用中可能遇到的荷载工况是多种多样的，如何量化评价需要综合考虑各种因素。在实际工程中，竖向荷载和水平荷载同时出现超载的可能性极小，故选择了以下3种荷载工况，采用ANSYS程序进行了钢柱极限承载力计算，以了解格构柱的承载力及抗震性能。

钢材为Q345B，采用理想的弹塑性模型，屈服强度345N/mm2，泊松比为0.3，弹性模量为2.06×105N/mm2，服从Mises屈服准则，不计残余应力，同时考虑几何非线性与材料非线性，单元采用Shell181矩形单元，映射划分。

结语：

综上所述，格构柱单层工业厂房结构设计一定要采取更好的方式方法，明确设计的具体的措施，才能够保证格构柱单层工业厂房结构设计的可行性和质量。