机械工业厂房结构设计规范 GB50906-2013

9.6.1 钢柱截面型式的选择，应符合下列规定：
    1 无起重机的厂房，宜采用等截面柱；
    2 有起重机的厂房，宜采用阶形柱；单阶柱的上段，可采用实腹式柱，下段当截面高度小于等于1000mm时，宜采用实腹式柱，截面高度大于1000mm时，可采用格构式柱；当采用双阶柱时，其中段可根据具体情况采用实腹式或格构式柱；对于起重量小于等于20t的轻型厂房，亦可采用等截面柱；
    3 厂房横向预留有扩建跨并设有起重机、厂房需增设或改造起重机或厂房边柱列外侧设有露天起重机柱子时，宜采用分离式柱。

9.6.2 钢柱的截面尺寸应满足强度、稳定、刚度和构造的要求；排架分析时，其截面尺寸可按本规范附录N的规定初选，经验算后确定。

9.6.3 钢柱的计算长度，应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的有关规定执行。

9.6.4 钢柱的计算，应包括各段柱身、牛腿、肩梁、柱脚和各部位的连接。柱身的计算应符合下列规定：
    1 实腹式柱应按偏心受压构件对其进行截面强度、平面内外的整体稳定和局部稳定计算；
    2 格构式柱应进行截面强度、平面内整体稳定和缀条的计算，可不进行平面外的整体稳定计算，其分肢可按轴心受力构件计算；
    3 单阶柱的下段柱，当符合本规范第9.2.9条的规定时，起重机肢应按本规范第9.2.10条和第9.2.11条的规定计算柱由相邻两侧的起重机梁反力差引起的纵向弯矩；格构式下段柱的起重机肢应按压弯构件进行强度和稳定性计算，实腹式下段柱的起重机肢应按双向偏心受压构件进行强度和平面内外稳定性计算；
    4 当柱为双阶柱时，其下段柱和中段柱的计算，应与单阶柱的下段柱的计算相同。

9.6.5 钢柱柱身的构造，除应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的有关规定外，尚应符合下列要求：
    1 实腹式柱的腹板计算高度与厚度之比符合下式的要求时，应采用横向加劲肋加强且成对布置：

    式中：h0——腹板计算高度(mm)；
          tw——腹板厚度(mm)；
          fy——钢材的屈服强度(N／mm²)。
    2 横向加劲肋的间距不得大于腹板计算高度的3倍，截面尺寸应符合下列表达式的要求：

    式中：bs——加劲肋外伸宽度(mm)；
          tsw——加劲肋厚度(mm)。
    3 实腹式柱在水平力作用点或牛腿处，应按本条第1款和第2款的要求设置横向加劲肋，当承受的水平力较大时，加劲肋的厚度可适当加厚，也可由计算确定；
    4 格构式柱和大型实腹式柱，除应在承受较大水平力和牛腿处设置横隔外，尚应在运输单元的两端设置横隔板或横隔架，横隔的间距不得大于8m或柱截面长边尺寸的9倍；横隔板的厚度宜为6mm～10mm，其长宽尺寸宜以填满柱截面为限；横隔架宜采用不小于∠63×5的角钢，其连接焊缝的焊脚尺寸不宜小于5mm，焊缝长度不宜小于70mm；
    5 采用插入式柱脚时应在基础顶面处设置水平加劲肋或横隔。

9.6.6 柱的拼接接头位置宜设在肩梁上部内力较小的部位，其中腹板可采用正对接接头，翼缘板宜采用45°～55°的斜对接接头。

9.6.7 阶形钢柱应在上、下柱接头处设置肩梁。肩梁宜采用单腹板式，当单腹板式不能满足要求时，可采用双腹板式。肩梁的设计，应符合下列规定：
    1 肩梁的截面尺寸，应由强度计算确定，但当下段柱为实腹式柱时，可不做强度计算；肩梁的高度不宜小于下柱截面高度的0.4倍～0.6倍，腹板厚度不宜小于10mm；
    2 肩梁上盖板的厚度，轻、中型厂房不宜小于16mm，重型厂房不宜小于25mm；肩梁下盖板的厚度，轻、中型厂房不宜小于12mm，重型厂房不宜小于20mm；肩梁盖板的长宽尺寸应以填满柱肢为限，当下柱的截面尺寸较大时，在单腹板肩梁盖板底部两侧可各焊一根截面不小于∠100×8的加强角钢；
    3 当起重机梁采用突缘支座时，在肩梁腹板的两侧宜各焊一块加强板；加强板与肩梁腹板的连接，上端应采用剖口焊，并应与上盖板刨平顶紧，其他三边可采用贴角焊，焊脚尺寸宜为12mm～20mm；加强板的宽度不得小于起重机梁突缘支座的宽度，其高度应根据单侧起重机梁75％支座反力计算所需的焊缝长度确定，但不宜小于300mm；板厚应根据起重机梁的支座反力确定，但宜为16mm～30mm；
    4 当起重机梁为平板式支座时，宜在起重机肢顶部位于起重机梁支承加劲肋的相应位置增设加强板，加强板应按起重机梁的支座反力计算其端面支承压应力和焊缝的强度，其高度不宜小于500mm；加强板顶面应与肩梁上盖板刨平顶紧，与柱肢腹板应采用剖口焊。

9.6.8 牛腿的构造形式应根据牛腿上的荷载情况确定，并应符合下列要求：
    1 实腹式柱的牛腿，可采用工字钢顶接焊在柱肢上，并宜采用剖口焊；柱肢应在牛腿上下翼缘相对应的位置处设置横向加劲板，牛腿的腹板应在集中荷载作用处设置横向加劲肋，加劲肋顶面应与牛腿上翼缘刨平顶紧；
    2 格构式柱设置牛腿时，应使柱水平缀条与牛腿顶面设在同一标高处，并应设置横隔板加强；牛腿可由两个槽钢和盖板组成，槽钢应焊在柱肢的外侧上，盖板应焊在槽钢挑出部分的上翼缘和柱肢上；槽钢间在集中荷载作用处应设置横隔板，横隔板顶面应与盖板刨平顶紧。

9.6.9 柱腹板上开设入孔时，应验算每个分肢的强度；验算时可假定分肢的两端为固定、反弯点在分肢高度的中间；各分肢的内力，可采用肩梁顶面处排架分析时所提供的组合内力计算确定。入孔应符合下列要求：
    1 入孔的净宽不应小于400mm，净高不应小于1800mm；
    2 入孔周边应设加劲肋，横向加劲肋可取与柱身横向加劲肋相同的尺寸，其厚度可较柱身横向加劲肋厚2mm～4mm；纵向加劲肋的厚度，应大于腹板厚度，且不应小于10mm，其外伸的宽度可取厚度的12倍，伸入柱腹板的长度应根据所需连接焊缝长度确定，且不宜小于200mm；
    3 入孔底部标高应与起重机梁上翼缘顶面标高相协调，孔底处的横向加劲肋可与制动结构相连，当设计计及用以传递部分起重机横向水平力时，其构造与计算要求应符合制动结构的有关要求。

9.6.10 单层厂房钢柱柱脚，可采用露出式柱脚或插入式柱脚。

9.6.11 露出式柱脚的选用(图9.6.11)，应符合下列规定：
    1 跨度不大于36m、柱距不大于9m、檐口高度不超过12m、无起重机且风荷载不大的厂房，宜采用铰接柱脚；
    2 实腹式柱及肢距小于1.5m的格构式柱，宜采用整体式刚接柱脚；
    3 肢距大于等于1.5m的格构式柱，宜采用分离式刚接柱脚。

 
图9.6.11 露出式柱脚示意
1-底板；2-靴板；3-加劲板；4-锚栓；
5-锚栓支承托座；6-加强角钢

9.6.12 露出式柱脚的设计(图9.6.11)，应符合下列规定：
    1 柱脚底板应符合下列规定：
        1)柱脚底板宽度可按下式计算：

    式中：B——柱脚底板宽度(mm)；
          b0——柱与底板连接部分的最大宽度(mm)；
          c——边距，可根据具体情况取20mm～50mm。
        2)柱脚底板的长度应根据底板下混凝土的局部承压确定；
        3)柱脚底板的厚度应根据底板下的反力及底板的支承条件计算确定，但不应小于钢柱中较厚板的厚度，且对铰接柱脚尚不应小于20mm，对刚接柱脚尚不应小于30mm；
        4)当柱脚底板尺寸较大时，应在柱脚底板上开直径为80mm～100mm、间距为600mm～800mm的排气孔；
    2 柱脚的靴板、加劲隔板、加劲肋应根据其所承担区域的底板反力及构造情况，可近似地按简支梁或悬臂梁计算；靴板的厚度，宜取与柱的翼缘板相同的厚度，也可适当加厚；加劲隔板和加劲板的厚度，不宜小于其跨度的1／50，且不应小于10mm；
    3 柱脚靴板与柱肢的连接，当靴板与柱肢翼缘板采用对接连接时，应采用等强度剖口焊接，且靴板与柱肢腹板的焊缝焊角尺寸宜比柱本身加大2mm～4mm；当靴板采用角焊缝侧连于柱肢翼缘板时，应按柱肢最大压力和最大拉力两者中的较大值计算焊缝强度；最大拉力可近似取锚栓的拉力；最大压力，当柱底部采用铣平顶紧方式传递压力时，应按所承担区域的底板反力计算，当柱底部不采用铣平顶紧方式传递压力时，应按柱肢传给底板的全部内力计算；
    4 柱脚靴板和柱肢与底板的连接，当采用铣平顶紧方式传力时，可按柱传给底板的全部内力的15％或最大剪力中的较大值计算；当不采用铣平顶紧方式传力时，应按柱传给底板的全部内力计算；
    5 铰接柱脚的锚栓用于安装过程的固定时，其数量和直径可按构造要求确定，但数量不应少于2个，直径不宜小于24mm；
    6 刚接柱脚的锚栓需承受柱脚弯矩和轴力组合内力作用下产生的拉力，并兼作安装过程固定之用，其直径和数量应根据组合内力作用下产生的最大拉力计算确定，其数量在垂直于弯矩平面的每侧不应少于2个，直径不宜小于30mm，且宜对锚栓施加预拉力，预加拉力的大小宜为锚栓承载力的5％～10％；
    7 刚接柱脚的锚栓支承托座加劲肋或锚栓加劲肋的高度和厚度，应按其下底板反力和锚栓拉力中的较大者计算确定，但高度不宜小于300mm，厚度不宜小于12mm；锚栓支承托座顶板的厚度不宜小于12mm，且应与锚栓支承托座加劲肋刨平顶紧，应与柱肢或靴板剖口焊接；锚栓垫板的厚度应根据计算确定，但不宜小于20mm；
    8 计算柱脚底板与其下部混凝土之间的摩擦力时，摩擦系数可取0.4；
    9 柱脚在地面以下的部分应采用混凝土包裹，混凝土保护层厚度不应小于50mm，并应使包裹的混凝土高出地面不小于150mm；当柱脚的底面在地面以上时，柱脚的底面应高出地面不小于100mm。

9.6.13 插入式柱脚的设计，应符合下列规定：
    1 轻型工字形柱可直接插入杯口中，可不设底板；
    2 承受垂直荷载较大的箱形柱或单肢管柱及格构式柱应设底板，底板尺寸应略大于柱的截面尺寸。
 

条文说明

9.6 钢柱

9.6.7 柱肩梁的作用是将上柱的内力传递到下柱，并兼作起重机梁的支座，它必须具有足够的刚度和承载力，本条对肩梁的设计与构造作了规定。对轻、中型厂房，当采用的肩梁腹板较厚，并可单独支承起重机梁的反力时，可不设加强板。

9.6.9 入孔应经计算，本条文规定了入孔计算原则和构造的基本要求。入孔的计算在许多钢结构手册均有详细的说明，具体的计算图形和方法可参考有关的钢结构设计手册。

9.6.12 对柱脚的设计要求和构造作了规定。
    钢柱露出式柱脚按受力条件分为铰接和刚接两大类，其适用范围、构造和计算各不相同。铰接柱脚的锚栓主要是起安装作用，工程实际中常用的数量为2个～4个，直径为24mm～42mm。确定其数量和直径时，应与钢柱截面的大小和形式、安装要求以及与钢柱板件厚度和底板厚度相协调。锚固长度一般不宜小于25倍锚栓直径。柱脚底板的锚栓孔径，宜取锚栓直径加5mm～10mm，锚栓垫板的锚栓孔径，取锚栓直径加2mm，锚栓垫板的厚度通常与底板相同。
    刚接柱脚的锚栓除受力外，又兼起安装螺栓的作用，其直径一般不宜小于30mm。柱脚锚栓的计算比较复杂，对于分离式柱，柱的每一分肢所需的锚栓的总有效面积，可按每一分肢可能产生的最大拉力计算确定；对于整体式柱脚，每侧所需锚栓总有效面积应根据柱脚底板下混凝土基础反力的分布情况计算确定。为了安装与调整方便，锚栓一般布置在柱脚外挑的支承托座上，而不穿过柱脚底板。
    柱脚在地面以下的部分应采用混凝土包裹，当柱脚的底面在地面以上时，柱脚的底面应高出地面，是为了防止柱脚和柱身的锈蚀。