浅议单层钢结构厂房抗震设计中板件宽厚比控制方法*

徐瑞御 魏镜玲

成都理工大学工程技术学院 四川 乐山 614000

前言

在保证钢结构中杆件延性的关键指标和影响单位面积耗钢量的关键指标中，板件的宽厚比是相对关键的指标。同样截面面积的杆件，如果宽厚比大那么截面模量和惯性矩一般较大，对提高杆件的受弯能力和刚度是有利的。但宽厚比过大，当超过某一限值时，就会发生局部失稳，进而影响杆件的整体稳定和承载力，导致承载力降低，截面的承载能力不能充分发挥，塑性性能不能充分利用。按照三水准，两阶段的抗震设计思路，抗震设计规范对板件宽厚比做出了较严格的限制，要求结构在中震的作用下出现塑性，为了使构件局部失稳不出现在塑性变形之前。地震作用与构件的质量相关，因此在单层钢结构厂房中，会因构件质量较小，若按延性构件来选择宽厚比限值，要求过严，会增加厂房结构的单位耗钢量。建议更安全经济合理的抗震设计方案是按照单层厂房的不同类型和抗震性能，分别选取不同的宽厚比限值[1]。

1 单层厂房的分类及特点

《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（ 以下简称《抗规》 ）在选择单层厂房构件宽厚比限值时，对不同类型的单层厂房区别对待。一般来说，单层工业厂房分为三种主要类型：

（1）重屋盖厂房

这类厂房是在屋架上直接安放钢筋混凝土大型屋面板、大型太空板或大型GRC板等，屋面荷载由其自身传给屋架，又称无檩体系。无檩体系屋盖屋面刚度大，整体性能好，但大型屋面板的自重大，故要增大屋架和柱等下部承重结构的截面，对抗震不利。

（2）《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102-2002（以下简称《门钢规》）适用范围内的轻屋盖厂房

根据我国《门钢规》的规定，其适用范围为轻型屋盖和轻型外墙或砌体外墙及底部为砌体、上部为轻质材料外墙的各类工业和民用建筑。仅可设置起重量不大于20t的A1—A5工作级别桥式吊车，或起重量为3t的悬挂式起重机（当采取可靠技术措施时，允许不大于5t）。

（3）《门钢规》适用范围之外的轻屋盖厂房

这类厂房屋面材料可供选择的种类多且自重轻，比如：多采用瓦楞铁、波形石棉瓦、预应力钢筋混凝土槽瓦、钢丝网水泥折板瓦等，需设置檩条作支承并传递屋面荷载给屋架，又称有檩体系。有檩体系屋盖柱距不受限制，屋面材料自重轻，用料省，但刚度较差，构造复杂[2]。

2 单层钢结构厂房板件宽厚比控制方法

（1）重屋盖厂房屋面材料自重大，对板件宽厚比进行控制时，采用等同于多层钢结构房屋的方法选择板件宽厚比限值。根据《抗规》第9.2.14条“重屋盖厂房，板件宽厚比限值可按本规范第8.3.2条的规定采用，7、8、9度的抗震等级可分别按四、三、二级采用[3]。”《抗规》8.3.2条提供的工字形截面板件宽厚比限值见表1

表1 多层钢结构房屋工字形截面板件宽厚比限值

（2）《门钢规》适用范围内的单层轻型钢结构厂房。根据《抗规》。这里主要是指《门钢规》中的相应规定。《门钢规》板件宽厚比限值一般较松，抗震规范所指的轻屋盖厂房不同于轻钢厂房。

（3）《门钢规》适用范围之外的轻屋盖厂房板件宽厚比限值的控制。塑性耗能区根据其承载力的高低按性能目标确定，塑性耗能区外采用现行钢结构规范弹性设计阶段的板件宽厚比限值。按性能目标来控制板件的宽厚比时，构件的强度和稳定承载力均满足高承载力——2倍多遇地震作用下的要求（γGSGE+γEh2SE≤R/γRE）时，可采用C类宽厚比限值的截面；当强度和稳定承载力均满足中等承载力——1.5倍多遇地震作用下的要求（γGSGE+γEh1.5SE≤R/γRE）时，可采用表2中的B类截面；其他情况，则可采用表2中A类截面[4]。

表2 单层轻屋盖厂房H形截面板件宽厚比限值

3 结束语

钢结构构件板件的宽厚比既是抗震延性的要求，同时也是影响单位面积耗钢量的关键性指标要求。那么我们对于工程中常见的轻质的屋面厂房等，应先根据《门钢规》进行判断，如果符合则按《门钢规》中相应的规定进行板件宽厚比控制。超出《门钢规》设计范围时，相应的能有可能取得较好的经济效益，建议应按照抗震设计规范中的相关的性能设计的方法进行控制。