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【摘 要】根据江苏省某电炉炼钢工程上料系统的设计体会，结合多年来的设计经验，同时参阅了相关资料，对柱间支撑体系的设计，尤其是对柱间支撑的设计原则、形式、强度及连接进行了分析与探讨，并就柱间支撑设计要点提出了建议。
【关键词】柱间支撑；长细比；强度
1 前言
在多层钢结构平台设计中,支撑体系的布置和设计应根据结构形式及其荷载的不同情况来考虑，支撑刚度的大小直接影响结构的自振特性。地震时，支撑的强度和刚度是否满足要求，直接关系到厂房的安全。因此建造于地震区的厂房，其支撑体系需要按照抗震要求来进行合理的设计。本文作者结合自己的工程设计体会加以阐述：
江苏地区某工程的上料系统，建筑物总长66米，宽6.5米,高29米,局部有31.5米高，建筑层数为四层，局部为五层，考虑到建筑物整体布局属于长条形，整体受力体系按框排架结构设计，短跨方向即弱轴方向按框架设计，长轴方向按排架设计，这样受力体系比较明确，传力途径简单明了。多层钢结构厂房柱网平面图及柱间支撑布置图如下图所示：
2 柱间支撑体系的设计
2.1 设计原则
2.1.1 合理简捷地传递水平力，尽量缩短传力的途径；
2.1.2 保证结构体系的整体稳定，为结构和构件的整体稳定提供侧向支点；
2.1.3 便于结构制作与安装；
2.1.4 杆件截面必须满足长细比和计算求得的内力要求，并具有可靠的连接；
2.1.5 应满足厂房生产净空的要求；
2.1.6 应满足厂房的纵向刚度的要求；同时还应考虑柱间支撑的设置对厂房结构温度变形的影响，及由此产生的附加应力；
2.2 支撑杆件长细比的重要性
根据我国对部分城市震害调查统计表明,支撑的震害率与支撑杆件的长细比有着密切的关系,支撑斜杆长细比[λ]越大，破坏（压曲）率就越大，反之就越小，效果显著。
在本工程中，短跨弱轴方向按框架设计，主要的受力方向，支撑构件的截面大小一般由内力控制，相应的构件长细比大多在100左右，有的甚至更小，而长跨强轴方向按排架铰接设计，主要按构造要求设置，构件的长细比多在150至200左右。
2.3 支撑的形式与布置
柱间支撑的形式对整个厂房的整体刚度，自振特性及塑性铰产生部位等有着重要影响。其形式是多种多样的，主要有以下几种：十字交叉撑、人字撑、门形支撑、八字撑、V形支撑，其不同的支撑形式应根据现场厂房的实际情况和受力特点分别采用。
十字交叉撑由于构造简单，用料省，传力简单，刚度大，所以常被采用；门形支撑由于构造较复杂，用料较多且刚度较差(如空腹式门形支撑)，所以只在特殊情况下采用。当柱距宽度L与柱间支撑的高度H之比L/H≥2时，宜采用人字形支撑；当L/H≤2.5时，宜采用八字撑；当L/H≤0.5时，可采用二道或几道十字交叉撑。
在本工程中短跨方向柱与横梁采用刚接节点，为了保证框架的整体不变形，增大其空间刚度，因此增加了柱间支撑体系。柱间支撑体系首先采用十字交叉撑，原因是十字交叉撑在水平力作用下，两根斜杆分别按一压一拉杆受力，在压杆失稳的前提下，只考虑拉杆作用，而拉杆长细比限制远低于压杆限值，这样在取材方面相应改小，另一方面钢结构体系设计往往优先利用钢材的抗拉，其次是抗压，再次才是压弯，因此十字交叉撑是工程中常用的一种支撑体系。在不能使用十字交叉撑的地方，如设备摆放位置的限制，操作人员的行走、使用等工艺及生产操作方面的要求，另外还有对柱间支撑的角度范围等规定。在不能使用十字交叉撑的情况下，可采用别的支撑形式代替。
不管采用何种支撑形式，都存在截面的择优问题，截面选择的好，在耗钢量大致相等的情况下，截面回转半径可以增大，从而可以提高支撑杆件的稳定。本工程中短跨方向的柱间支撑大多数采用H型钢，原因是短跨方向是主要的受力方向，设备的绝大多数荷载作用在此部分，而且短跨方向的工艺复杂，设备管线走向烦琐，操作平台较多，采用H型钢卧放不仅在设计上省去大量的精力，也有利于工厂的制作和安装，更为以后现场的局部改动提供了方便。在杆件计算长度不大的情况下，比起组合型的角钢或槽钢来说用钢量也增加较少。
长跨方向即强轴方向采用梁与柱之间的铰接连接的形式，由于长度方向总长约为66米，按照柱间支撑设置的原则，应尽可能在中间设置一道，用于减小纵向结构温度变形和附加温度应力的大小，此外还可传递纵向水平力、地震、风载，保证结构纵向刚度都具有良好的作用。
由于本工程具体情况是1/2到2/2轴线间有电炉平台小车通过，高度从地坪至17米高度，1/4到2/4轴线间有电炉的变压器室，变压器混凝土屋面至15米，故此工程的长度方向的支撑情况采用下图：
此方向的柱间支撑在条件容许的情况下均做成十字交叉撑，且多以单角钢做成。之所以采用角钢，一是因为长度方向结构本身其刚度较好，且不是主要受力方向。另一个原因是由其自身截面特性所造成的，十字交叉撑在平面内和平面外的计算长度是不同的：平面内在中点有支撑点，不管中点节点做法如何，回转半径可以较小，而平面外按全长计算，要求回转半径较大。这恰好符合了角钢的截面特性，因而较为经济。
2.4 支撑的计算
柱间支撑计算是个重要的环节，在本工程中，由于结构层数较多，荷载分布复杂，且跨度与形式不一致，其计算思路是首先利用手算初步估算截面大小，这主要依据线刚度大小加以确定，以十字交叉撑单角钢截面举例来说，一般斜杆的水平角度在35度至55度之间，斜杆跨度L的1/50~1/35用来初步估计角钢截面的高度，此取值也应根据实际受荷情况和杆件具体布置以及设计者的经验初步加以确定，如遇到较大水平力作用下，单独选取个别杆件进行试算，作为初步选定杆件截面型号，然后代入PKPM钢结构中的框架这一项进行整体三维建模与荷载输入，然后进行分析和计算，此时支撑节点处按铰接节点设计，其余构件与构件的连接应与设计工程做法相同，荷载也按实际情况输入，这样所得的计算结果与真实情况较为接近。
在框架三维建模计算满足之后，为校核此次计算结果，利用PKPM钢结构中的框排架三维建模二维计算，对三维模型中的几榀或全部作为研究的对象，此时选取的对象多少主要取决于所研究的对象有没有代表性，也可对工程的个别部分单独建模，进行二维平面计算。在本次工程中，短跨方向提取五榀框架进行分别计算与校核，其二维计算模型如下图所示。在计算模型中除支撑节点间、连系系杆与柱间以及支撑与柱之间设为铰接外，其余部分均设计成刚接，然后将荷载作用下的构件应力求出，选出合理可行的截面。此次计算所得结果应与前面整体三维建模有些许出入，原因是前面一项计算是考虑空间三维体系，而后面计算是单独考虑平面二维体系，但是对计算结果影响不大，可作为二者设计的相互对照，用来加以检验。
2.5 支撑节点设计
在本工程中钢平台总高有29米，局部有31.5米高，另外此多层钢结构平台从15米至地坪之间绝大多数为无操作平台,短跨方向采用框架的受力体系，是主要的受力方向，承受较大部分设备传来的水平荷载及风载与地震，为了保证骨架的整体刚度，采用了栓焊混用的连接形式,这种连接形式具有施工快速,承载力高,抗反复荷载性能良好等特点。但是这种形式一般采用先栓后焊，故螺栓的预应力有一些损失，在设计中要对螺栓承载力这一块要预以适当的放大。长跨方向按排架铰接形式设计，其结构本身刚度较大，节点采用常用的一种安装螺栓加工地焊缝的一种形式。焊缝的厚度及长度按计算确定，但也不得小于构造措施。
3 结束语
总之，厂房柱间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，柱间支撑应该遵循以简单而可靠的方式进行设计的原则，以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，形成整个结构的空间工作，并使所受的水平荷载以简捷、明确、可靠、直接的线路传递到基础。
参考文献：
[1]GB50017-2003.钢结构设计规范[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2003
[2]GB50011-2010.建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010
[3]徐永基,刘大海,钟锡根,杨翠如编著.高层建筑钢结构设计[M].西安:陕西科学技术出版社,1993
[4]《钢结构设计手册》编缉委员会编著.钢结构设计手册[M]. 北京:中国建筑工业出版社,2003
【关键词】柱间支撑；长细比；强度
1 前言
在多层钢结构平台设计中,支撑体系的布置和设计应根据结构形式及其荷载的不同情况来考虑，支撑刚度的大小直接影响结构的自振特性。地震时，支撑的强度和刚度是否满足要求，直接关系到厂房的安全。因此建造于地震区的厂房，其支撑体系需要按照抗震要求来进行合理的设计。本文作者结合自己的工程设计体会加以阐述：
江苏地区某工程的上料系统，建筑物总长66米，宽6.5米,高29米,局部有31.5米高，建筑层数为四层，局部为五层，考虑到建筑物整体布局属于长条形，整体受力体系按框排架结构设计，短跨方向即弱轴方向按框架设计，长轴方向按排架设计，这样受力体系比较明确，传力途径简单明了。多层钢结构厂房柱网平面图及柱间支撑布置图如下图所示：
2 柱间支撑体系的设计
2.1 设计原则
2.1.1 合理简捷地传递水平力，尽量缩短传力的途径；
2.1.2 保证结构体系的整体稳定，为结构和构件的整体稳定提供侧向支点；
2.1.3 便于结构制作与安装；
2.1.4 杆件截面必须满足长细比和计算求得的内力要求，并具有可靠的连接；
2.1.5 应满足厂房生产净空的要求；
2.1.6 应满足厂房的纵向刚度的要求；同时还应考虑柱间支撑的设置对厂房结构温度变形的影响，及由此产生的附加应力；
2.2 支撑杆件长细比的重要性
根据我国对部分城市震害调查统计表明,支撑的震害率与支撑杆件的长细比有着密切的关系,支撑斜杆长细比[λ]越大，破坏（压曲）率就越大，反之就越小，效果显著。
在本工程中，短跨弱轴方向按框架设计，主要的受力方向，支撑构件的截面大小一般由内力控制，相应的构件长细比大多在100左右，有的甚至更小，而长跨强轴方向按排架铰接设计，主要按构造要求设置，构件的长细比多在150至200左右。
2.3 支撑的形式与布置
柱间支撑的形式对整个厂房的整体刚度，自振特性及塑性铰产生部位等有着重要影响。其形式是多种多样的，主要有以下几种：十字交叉撑、人字撑、门形支撑、八字撑、V形支撑，其不同的支撑形式应根据现场厂房的实际情况和受力特点分别采用。
十字交叉撑由于构造简单，用料省，传力简单，刚度大，所以常被采用；门形支撑由于构造较复杂，用料较多且刚度较差(如空腹式门形支撑)，所以只在特殊情况下采用。当柱距宽度L与柱间支撑的高度H之比L/H≥2时，宜采用人字形支撑；当L/H≤2.5时，宜采用八字撑；当L/H≤0.5时，可采用二道或几道十字交叉撑。
在本工程中短跨方向柱与横梁采用刚接节点，为了保证框架的整体不变形，增大其空间刚度，因此增加了柱间支撑体系。柱间支撑体系首先采用十字交叉撑，原因是十字交叉撑在水平力作用下，两根斜杆分别按一压一拉杆受力，在压杆失稳的前提下，只考虑拉杆作用，而拉杆长细比限制远低于压杆限值，这样在取材方面相应改小，另一方面钢结构体系设计往往优先利用钢材的抗拉，其次是抗压，再次才是压弯，因此十字交叉撑是工程中常用的一种支撑体系。在不能使用十字交叉撑的地方，如设备摆放位置的限制，操作人员的行走、使用等工艺及生产操作方面的要求，另外还有对柱间支撑的角度范围等规定。在不能使用十字交叉撑的情况下，可采用别的支撑形式代替。
不管采用何种支撑形式，都存在截面的择优问题，截面选择的好，在耗钢量大致相等的情况下，截面回转半径可以增大，从而可以提高支撑杆件的稳定。本工程中短跨方向的柱间支撑大多数采用H型钢，原因是短跨方向是主要的受力方向，设备的绝大多数荷载作用在此部分，而且短跨方向的工艺复杂，设备管线走向烦琐，操作平台较多，采用H型钢卧放不仅在设计上省去大量的精力，也有利于工厂的制作和安装，更为以后现场的局部改动提供了方便。在杆件计算长度不大的情况下，比起组合型的角钢或槽钢来说用钢量也增加较少。
长跨方向即强轴方向采用梁与柱之间的铰接连接的形式，由于长度方向总长约为66米，按照柱间支撑设置的原则，应尽可能在中间设置一道，用于减小纵向结构温度变形和附加温度应力的大小，此外还可传递纵向水平力、地震、风载，保证结构纵向刚度都具有良好的作用。
由于本工程具体情况是1/2到2/2轴线间有电炉平台小车通过，高度从地坪至17米高度，1/4到2/4轴线间有电炉的变压器室，变压器混凝土屋面至15米，故此工程的长度方向的支撑情况采用下图：
此方向的柱间支撑在条件容许的情况下均做成十字交叉撑，且多以单角钢做成。之所以采用角钢，一是因为长度方向结构本身其刚度较好，且不是主要受力方向。另一个原因是由其自身截面特性所造成的，十字交叉撑在平面内和平面外的计算长度是不同的：平面内在中点有支撑点，不管中点节点做法如何，回转半径可以较小，而平面外按全长计算，要求回转半径较大。这恰好符合了角钢的截面特性，因而较为经济。
2.4 支撑的计算
柱间支撑计算是个重要的环节，在本工程中，由于结构层数较多，荷载分布复杂，且跨度与形式不一致，其计算思路是首先利用手算初步估算截面大小，这主要依据线刚度大小加以确定，以十字交叉撑单角钢截面举例来说，一般斜杆的水平角度在35度至55度之间，斜杆跨度L的1/50~1/35用来初步估计角钢截面的高度，此取值也应根据实际受荷情况和杆件具体布置以及设计者的经验初步加以确定，如遇到较大水平力作用下，单独选取个别杆件进行试算，作为初步选定杆件截面型号，然后代入PKPM钢结构中的框架这一项进行整体三维建模与荷载输入，然后进行分析和计算，此时支撑节点处按铰接节点设计，其余构件与构件的连接应与设计工程做法相同，荷载也按实际情况输入，这样所得的计算结果与真实情况较为接近。
在框架三维建模计算满足之后，为校核此次计算结果，利用PKPM钢结构中的框排架三维建模二维计算，对三维模型中的几榀或全部作为研究的对象，此时选取的对象多少主要取决于所研究的对象有没有代表性，也可对工程的个别部分单独建模，进行二维平面计算。在本次工程中，短跨方向提取五榀框架进行分别计算与校核，其二维计算模型如下图所示。在计算模型中除支撑节点间、连系系杆与柱间以及支撑与柱之间设为铰接外，其余部分均设计成刚接，然后将荷载作用下的构件应力求出，选出合理可行的截面。此次计算所得结果应与前面整体三维建模有些许出入，原因是前面一项计算是考虑空间三维体系，而后面计算是单独考虑平面二维体系，但是对计算结果影响不大，可作为二者设计的相互对照，用来加以检验。
2.5 支撑节点设计
在本工程中钢平台总高有29米，局部有31.5米高，另外此多层钢结构平台从15米至地坪之间绝大多数为无操作平台,短跨方向采用框架的受力体系，是主要的受力方向，承受较大部分设备传来的水平荷载及风载与地震，为了保证骨架的整体刚度，采用了栓焊混用的连接形式,这种连接形式具有施工快速,承载力高,抗反复荷载性能良好等特点。但是这种形式一般采用先栓后焊，故螺栓的预应力有一些损失，在设计中要对螺栓承载力这一块要预以适当的放大。长跨方向按排架铰接形式设计，其结构本身刚度较大，节点采用常用的一种安装螺栓加工地焊缝的一种形式。焊缝的厚度及长度按计算确定，但也不得小于构造措施。
3 结束语
总之，厂房柱间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，柱间支撑应该遵循以简单而可靠的方式进行设计的原则，以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，形成整个结构的空间工作，并使所受的水平荷载以简捷、明确、可靠、直接的线路传递到基础。
参考文献：
[1]GB50017-2003.钢结构设计规范[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2003
[2]GB50011-2010.建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010
[3]徐永基,刘大海,钟锡根,杨翠如编著.高层建筑钢结构设计[M].西安:陕西科学技术出版社,1993
[4]《钢结构设计手册》编缉委员会编著.钢结构设计手册[M]. 北京:中国建筑工业出版社,2003