淺議單層鋼結(jié)構(gòu)廠房抗震設(shè)計中板件寬厚比控制方法*

徐瑞御 魏鏡玲

成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院 四川 樂山 614000

前言

在保證鋼結(jié)構(gòu)中桿件延性的關(guān)鍵指標(biāo)和影響單位面積耗鋼量的關(guān)鍵指標(biāo)中，板件的寬厚比是相對關(guān)鍵的指標(biāo)。同樣截面面積的桿件，如果寬厚比大那么截面模量和慣性矩一般較大，對提高桿件的受彎能力和剛度是有利的。但寬厚比過大，當(dāng)超過某一限值時，就會發(fā)生局部失穩(wěn)，進而影響桿件的整體穩(wěn)定和承載力，導(dǎo)致承載力降低，截面的承載能力不能充分發(fā)揮，塑性性能不能充分利用。按照三水準(zhǔn)，兩階段的抗震設(shè)計思路，抗震設(shè)計規(guī)范對板件寬厚比做出了較嚴(yán)格的限制，要求結(jié)構(gòu)在中震的作用下出現(xiàn)塑性，為了使構(gòu)件局部失穩(wěn)不出現(xiàn)在塑性變形之前。地震作用與構(gòu)件的質(zhì)量相關(guān)，因此在單層鋼結(jié)構(gòu)廠房中，會因構(gòu)件質(zhì)量較小，若按延性構(gòu)件來選擇寬厚比限值，要求過嚴(yán)，會增加廠房結(jié)構(gòu)的單位耗鋼量。建議更安全經(jīng)濟合理的抗震設(shè)計方案是按照單層廠房的不同類型和抗震性能，分別選取不同的寬厚比限值[1]。

1 單層廠房的分類及特點

《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2010（ 以下簡稱《抗規(guī)》 ）在選擇單層廠房構(gòu)件寬厚比限值時，對不同類型的單層廠房區(qū)別對待。一般來說，單層工業(yè)廠房分為三種主要類型：

（1）重屋蓋廠房

這類廠房是在屋架上直接安放鋼筋混凝土大型屋面板、大型太空板或大型GRC板等，屋面荷載由其自身傳給屋架，又稱無檁體系。無檁體系屋蓋屋面剛度大，整體性能好，但大型屋面板的自重大，故要增大屋架和柱等下部承重結(jié)構(gòu)的截面，對抗震不利。

（2）《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS102-2002（以下簡稱《門鋼規(guī)》）適用范圍內(nèi)的輕屋蓋廠房

根據(jù)我國《門鋼規(guī)》的規(guī)定，其適用范圍為輕型屋蓋和輕型外墻或砌體外墻及底部為砌體、上部為輕質(zhì)材料外墻的各類工業(yè)和民用建筑。僅可設(shè)置起重量不大于20t的A1—A5工作級別橋式吊車，或起重量為3t的懸掛式起重機（當(dāng)采取可靠技術(shù)措施時，允許不大于5t）。

（3）《門鋼規(guī)》適用范圍之外的輕屋蓋廠房

這類廠房屋面材料可供選擇的種類多且自重輕，比如：多采用瓦楞鐵、波形石棉瓦、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土槽瓦、鋼絲網(wǎng)水泥折板瓦等，需設(shè)置檁條作支承并傳遞屋面荷載給屋架，又稱有檁體系。有檁體系屋蓋柱距不受限制，屋面材料自重輕，用料省，但剛度較差，構(gòu)造復(fù)雜[2]。

2 單層鋼結(jié)構(gòu)廠房板件寬厚比控制方法

（1）重屋蓋廠房屋面材料自重大，對板件寬厚比進行控制時，采用等同于多層鋼結(jié)構(gòu)房屋的方法選擇板件寬厚比限值。根據(jù)《抗規(guī)》第9.2.14條“重屋蓋廠房，板件寬厚比限值可按本規(guī)范第8.3.2條的規(guī)定采用，7、8、9度的抗震等級可分別按四、三、二級采用[3]。”《抗規(guī)》8.3.2條提供的工字形截面板件寬厚比限值見表1

表1 多層鋼結(jié)構(gòu)房屋工字形截面板件寬厚比限值

（2）《門鋼規(guī)》適用范圍內(nèi)的單層輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房。根據(jù)《抗規(guī)》。這里主要是指《門鋼規(guī)》中的相應(yīng)規(guī)定?！堕T鋼規(guī)》板件寬厚比限值一般較松，抗震規(guī)范所指的輕屋蓋廠房不同于輕鋼廠房。

（3）《門鋼規(guī)》適用范圍之外的輕屋蓋廠房板件寬厚比限值的控制。塑性耗能區(qū)根據(jù)其承載力的高低按性能目標(biāo)確定，塑性耗能區(qū)外采用現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范彈性設(shè)計階段的板件寬厚比限值。按性能目標(biāo)來控制板件的寬厚比時，構(gòu)件的強度和穩(wěn)定承載力均滿足高承載力——2倍多遇地震作用下的要求（γGSGE+γEh2SE≤R/γRE）時，可采用C類寬厚比限值的截面；當(dāng)強度和穩(wěn)定承載力均滿足中等承載力——1.5倍多遇地震作用下的要求（γGSGE+γEh1.5SE≤R/γRE）時，可采用表2中的B類截面；其他情況，則可采用表2中A類截面[4]。

表2 單層輕屋蓋廠房H形截面板件寬厚比限值

3 結(jié)束語

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件板件的寬厚比既是抗震延性的要求，同時也是影響單位面積耗鋼量的關(guān)鍵性指標(biāo)要求。那么我們對于工程中常見的輕質(zhì)的屋面廠房等，應(yīng)先根據(jù)《門鋼規(guī)》進行判斷，如果符合則按《門鋼規(guī)》中相應(yīng)的規(guī)定進行板件寬厚比控制。超出《門鋼規(guī)》設(shè)計范圍時，相應(yīng)的能有可能取得較好的經(jīng)濟效益，建議應(yīng)按照抗震設(shè)計規(guī)范中的相關(guān)的性能設(shè)計的方法進行控制。