带大跨度屋面的两层钢结构设计

   摘 要：本文以某一带大跨度屋面的两层钢结构工程为例，比较了钢框架结构体系和钢框
架－中心支撑体系的平面布置要点和计算结果，提出了两种结构体系在设计中应引起的注
意问题。

 

　　关键词：钢框架结构；钢框架－中心支撑结构；地震力；层剪力；倾覆弯矩

 

　　

1 前言 

　　近年来，我国的建筑发展迅速，建筑的使用功能也日趋多元化和复杂化，建筑上对大
空间的要求也越来越多，很多建筑物经常要求除屋面外的楼层为普通的办公或商业，屋顶
则需要大跨度的使用空间。对于这种类型的多层钢结构工程，有些结构设计人员常常把它理
解为钢框架结构和门式刚架的组合，从而导致在设计中，屋面以下执行钢框架的相关规范
屋顶则执行门式刚架的相关规范。这样的处理，从结构概念方面考虑，势必过于简单化，而
且常常带来结构的不安全。解决类似这样的钢结构，整个建筑物的结构类型选择和局部构件
的合理处理，往往成为带大跨度屋面的钢结构设计的一大关键技术。在结构类型的选择上，
对于多层房屋来说，钢框架结构和钢框架－中心支撑结构都是可行的，但是两种结构体系
在设计上，无论是在技术上还是在经济上，还是有着较大的差异。

 

　　

2 工程概况 

　　本工程长为

54m，宽为 24m，共两层，层高均为 4.5m。抗震设防烈度为 7 度，设计地

震分组为第一组，地震加速度为

0.10g，场地类别为

Ⅳ类。风荷载为 0.55KN/m2。底层为办公

和商业，二层为仓库，中间的钢柱均不能升至屋面，活荷载为

5.0KN/m2。由于需要缩短施

工工期，故除屋面大跨度梁采用工厂加工制作，其余构件均采用国标型钢。方案初期，采用
了钢框架和钢框架－中心支撑两种结构体系进行了比较，最终确定为钢框架结构体系（见
图

1、图 2）。基础采用了桩基础，基础之间设置了基础拉梁。 

　　

3 钢框架结构和钢框架－中心支撑结构的布置 

　　采用钢框架结构体系时（见图

1），在 1 轴和 10 轴的钢柱通高采用方管 400×12，在 A

轴和

E 轴的 2 至 9 轴的钢柱通高采用方管 300×12，一层其余钢柱采用方管 250×12；GKL1

采用了

400×200×8×13 的 H 型钢，GKL2 和 GL1 均采用了 346×174×6×9 的 H 型钢，屋面

GJ1 采用了变截面的 H 钢（型号为 500~700×180×6×8，每隔 3m 设置角隅撑）；屋面 GXG
采用了圆管

89×4；屋面水平支撑采用了带花篮螺栓的 20 圆钢。钢框架的框架柱和框架梁的

抗震等级为四级，屋面大跨度梁承受的荷载较小（屋面采用夹芯板），与钢框柱连接的端
部执行《抗规》

8.2.5 条，高厚比适当比《抗规》适当放大至 100，适当利用屈曲后的强度。在屋

面

B、C、D 轴的端跨处，仍然采用钢框架梁，与相邻跨的屋面梁 GJ1 处设置为铰接，以减少

与此相连的框架柱在

X 方向的长细比过大，避免造成用钢量的加大。这些梁除满足作为框

架梁的承载力的要求外，还需满足作为屋面刚性系杆对长细比的要求。屋面设置纵横交错的
支撑系统，以保证整个屋面偏向刚性楼板系统，从而达到屋面钢柱在两个方向上的位移协
调，这样容易满足相关规范的要求。二层楼板采用钢承板和砼组合楼板，屋面采用轻型钢板。
整个建筑物的结构构件均采用

Q235B 钢材，最终的主钢材用量为 103 吨，平均用钢量约为

40Kg/m2。 
　　采用钢框架－中心支撑体系时，则是在

X 方向设置一定数量的中心支撑，本工程是在

A 轴和 E 轴的两个端跨和中间跨自下而上采用支撑，在一层的两个端跨和中间跨也设置支
撑，在

X 方向所有与钢框架柱相连的梁均采用铰接连接，在 Y 方向设置为钢框架。钢框架

和中心支撑系统的抗震等级均为四级，同钢框架体系相比，屋面均不设置框架梁，在

X 方

向均采用圆管

89×4 的刚性系杆替代，除中心支撑执行《抗规》的四级抗震外，其余刚性系杆