鋼柱系統設計        (design of steel column systern)

由鋼柱和傳遞縱向水平荷載和作用的柱間支撐組成結構的布置、選型的設計。其主要內容包括鋼柱和柱間支撐的設計。

鋼柱       承受廠房結構的全部荷載，并將其傳給基礎。要根據廠房特點、選擇鋼柱的類型和截面型式，進行鋼柱計算。

柱的類型和截面型式         鋼柱按外形可分為等截面柱、階形柱和分離式柱(圖1)。等截面柱沿其高度截面不變，適用于無吊車或吊車起重量較小的廠房。階形柱沿其高度截面分段變化，適用于吊車起重量較大的廠房。分離式柱為支承吊車梁的獨立分肢(圖1e、f )，與框架柱(階形柱或等截面柱)僅用水平板相連。分離式柱適用于有預留擴建的跨間和吊車軌頂不在同一標高，且吊車起重量較大的中列柱。按截面型式可分為實腹柱和格構式柱。實腹柱由翼緣和腹板組成，截面型式有多種。最主要常用的是由兩塊翼緣板和一塊腹板組成的工字形截面實腹柱(圖1中的剖面1—1和上段柱)；當垂直荷載較大時，偶爾也采用兩塊翼緣板，兩塊腹板組成的箱形柱。這種柱的制作較復雜。格構式柱由分肢和綴條組成(圖l剖面2—2～4—4)。分肢常為工字形或槽形截面。有吊車的冶金工廠，其廠房柱的大部分都是上段柱為實腹、下段柱為格構式的階形柱。確定柱的輪廓及截面尺寸時，要考慮其與行列線的關系、荷載的傳遞及構造要求。對于上段柱，要考慮是否需設置人孔及吊車行駛時需要的凈空。對于下段柱，要使吊車肢腹板的中心線與吊車軌道中心線相重合。

鋼柱計算       鋼柱受的荷載有：屋蓋恒荷載、屋面活荷載、吊車荷載、墻體荷載、平臺荷載、鋼柱自重和風荷載等。位于地震區的廠房鋼柱，還承受地震作用。

計算內容包括鋼柱、肩梁、柱腳、人孔、牛腿等的強度、穩定性和相關連接強度的驗算。

(1)鋼柱。經框架分析求得鋼柱的內力后，驗算鋼柱的強度，彎矩作用平面內、外的穩定性，長細比，使其滿足規范要求。對于階形柱的上段及下段需分別進行上述驗算。當下段柱為格構式柱時，還要驗算分肢的穩定性(彎矩作用平面外的整體穩定性可不計算)。若分肢受有吊車荷載的縱向偏心，需計及偏心彎矩對鋼柱的影響。綴條的強度及穩定性都需驗算。

(2)肩梁。連接階形柱上、下段柱的部件。它將上段柱的軸心力、彎矩傳給下段柱。肩梁一般包括腹板(單腹板或雙腹板)、上部板和下部板三部分。肩梁要有足夠的剛度，使其在受力變形時，在上段柱頂部相應產生的水平變位和角變位保持在容許范圍之內；在下段柱的分肢中相應產生的彎矩可以忽略不計，或由此彎矩產生的應力與其它應力的組合值不超過規定值。按最不利組合求出肩梁剪力和彎矩，并驗算肩梁強度、肩梁與上下段柱的連接焊縫的強度和傳遞內力的加勁肋的焊縫的強度。

(3)柱腳。柱與基礎的連接部分。主要可以分為整體式和分離式(圖2)兩種。整體式柱腳一般用于寬度較小的實腹柱。對于寬度較大的實腹柱，可采用整體式或分離式柱腳。前者較費鋼材，構造也較復雜。對于格構式柱，多采用分離式柱腳。其計算內容包括：柱底板處基礎混凝土的局部受壓承載力、底板的強度、錨栓面積、柱底剪力的傳遞及連接焊縫等。

此外，還有插入式柱腳，即將鋼柱(或分肢)直接插入杯口。需要時，在鋼柱上焊以錨固件。

(4)人孔。柱腹板上開設的供人員通行的孔洞。由于凈空要求，在柱側安全走道不能貫通時，開設人孔，以便通行。要使人孔底部標高與吊車梁頂面標高相協調。人孔凈空：寬度為400mm、高度不小于1800mm。人孔周圍的腹板，用鋼板加強。驗算人孔分肢的強度及穩定性。

((5)牛腿(圖1a、b)。用以支承吊車梁、平臺梁和墻梁等。一般由上、下翼緣板及腹板組成。要驗算牛腿及其連接的抗彎強度和抗剪強度。

柱間支撐      傳遞縱向水平荷載和作用，保證柱的縱向穩定性和廠房的縱向剛度。設計內容包括支撐形式的確定和支撐計算等。柱間支撐一般由上部柱間支撐(屋架下弦至吊車梁頂面之間的支撐)、下部柱間支一撐(吊車梁底部至柱腳之間的支撐)、中部柱間支撐(中列柱兩相鄰吊車梁頂面標高不相同或有雙層吊車梁時，其間設置的支撐)組成(圖3)。屋架端部的垂直支撐及系桿、托架、吊車梁系統也參與縱向水平荷載和作用的傳遞。

布置柱間支撐，要考慮工藝、生產對凈空的要求以及廠房的縱向剛度。下部柱間支撐和中部柱問支撐宜設置在溫度區段中部范圍內，根據縱向水平力的大小和剛度需要可設置一道或兩道。對于上部柱間支撐，則宜設置在溫度區段兩端和有下部柱間支撐的柱間。

支撐形式       主要有交叉支撐，人字形、倒人字形、帶橫桿的人字形支撐和門形支撐(圖3a～d)。交叉支撐的構造簡單，傳力直接，工程中廣泛采用。有時由于柱距較大或工藝上要求，不能或不宜采用交叉支撐時，則采用帶橫桿的人字形支撐、門形支撐或其它支撐。門形支撐只用于下部柱間支撐。對于人字形支撐(或倒人字形支撐)，在其尖部處與吊車梁系統連接，以傳遞(僅傳遞)縱向水平力。該連接要作構造處理，使其對吊車梁的下撓無任何約束。根據柱的寬度，可設置單片或雙片柱間支撐，下部柱間支撐一般為雙片。

支撐計算       對于交叉支撐，假定一根桿件受拉，另一根桿件不受力，求出桿件所受的拉力；亦可考慮一根桿受拉，另一桿件受壓。對于人字形和倒人字形支撐，根據節點的內力平衡即可算出桿件內力。對于門形支撐，根據傳力途徑，求出支座反力，算出各桿件內力。要驗算支撐各桿件的強度及壓桿的穩定性。其長細比也需滿足規范要求。