长江水利水电开发集团（湖北）有限公司长江工程勘测设计公司 湖北武汉 430010
摘要：通过立体高架库单榀门式钢架的计算分析，风荷载作用效应对钢梁、钢柱的承载力计算起绝对控制作用，同时满足2倍多遇地震作用下的承载力要求，依据建筑抗震设计规范和钢结构设计标准，8度（0.2g）区单层钢结构立体库钢构件板件宽厚比等级可按S4控制。
关键词：宽厚比等级、性能化设计、承载性能、立体库
前言
《钢结构设计标准》GB50017-2017第3.5节，按照截面承载力和塑性转动能力，将截面分为五个等级S1-S5，全新引入截面板件宽厚比等级的概念。关于超过18m高立体高架库的钢构件板件宽厚比等级如何选用，规范并没有明确描述，现结合抗规、新钢标和工程实例来阐述高架库板件宽厚比等级的选用思路。
1抗震设计思路
按《建筑抗震设计规范》GB5011-2010表8.1.3，立体库钢梁、钢柱的抗震等级为三级；
按9.2.14条：对于采用压型钢板轻钢屋盖的单层钢结构厂房，对于设防烈度8度（0.20g）及以下的情况，即使按设防烈度的地震动参数进行弹性计算，也经常出现由非地震组合控制厂房框架受力的情况；因此，实际工程可采用性能化设计的方法，分别按“高延性，低弹性承载力”或“低延性，高弹性承载力”的抗震设计思路来确定板件宽厚比，即通过厂房框架承受的地震内力与其具有的弹性抗力进行比较来选择板件宽厚比。
当构件的强度和稳定的承载力均满足高承载力——2倍多遇地震作用下的要求
（rG·SGE+rEH·2SGE≤R/rRE）时，可采用弹性设计阶段的板件宽厚比限值，弹性阶段的板件宽厚比等级为S4级；
2项目概况
内蒙古某立体高架库高度23.12m，跨度20.8m，柱间距8.1m，单榀钢架如门架立面图；
建设条件：基本风压0.55KN/m2（50年一遇），基本雪压0.45KN/m2（100年一遇），地面粗糙度B类；抗震设防烈度8度（0.20g），设计地震分组第二组，标准设防类别丙类；
恒活荷载：恒载0.75KN/m2（包含双层彩钢板、100厚保温棉、檩条、喷淋、风管、光伏板）
活载0.30KN/m2（受荷水平投影面积超过60m2时屋面均布活载标准值可取0.30KN/m2）。
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2.1地震作用
地震作用按2倍多遇地震作用输入计算，即STS软件中的水平地震影响系数最大值按0.16x2=0.32输入；
2.2梁内力组合
恒载弯矩：L3右端为219.5kN/m2，梁顶受拉；活载弯矩：L3右端为113.5kN/m2，梁顶受拉；
左风弯矩：L3右端为48kN/m2，梁顶受拉；右风弯矩：L3右端为-329.2kN/m2，梁底受拉；
左震弯矩：L3右端为112kN/m2，梁顶受拉；右震弯矩：L3右端为-112。2kN/m2，梁底受拉；
L3右端弯矩组合：
工况1：1.35恒+1.05活，M=1.35x219.5+1.05x113.5=415.5KN·m（梁顶受拉）
工况2：1.3恒+1.5活，M=1.3x219.5+1.5x113.5=455.6KN·m（梁顶受拉）
工况3：1.3恒+1.5左风，M=1.3x219.5+1.5x48=357.3KN·m（梁顶受拉）
工况4：1.3恒+1.5右风，M=1.3x219.5+1.5x（-329.2）=-208.4KN·m（梁底受拉）
工况5：1.0恒+1.5左风，M=1.0x219.5+1.5x48=291.5KN·m（梁顶受拉）
工况6：1.0恒+1.5右风，M=1.0x219.5+1.5x（-329.2）=-274.3KN·m（梁底受拉）
工况7：1.3恒+1.5活+0.9左风，M=1.3x219.5+1.5x113.5+0.9x48=498.8 KN·m（梁顶受拉）
工况8：1.3恒+1.5活+0.9右风，M=1.3x219.5+1.5x113.5+0.9x(-329.2)= 159.3KN·m（梁顶受拉）
工况9：1.2恒+0.6活+1.3左震，M/rRE=1.2x219.5+0.6x113.5+1.3x112= 477.1KN·m，
M=477.1x0.75=357.8KN·m（梁顶受拉）
工况10：1.2恒+0.6活+1.3右震，M/rRE=1.2x219.5+0.6x113.5+1.3x（-112.2）=185.6KN·m，
M=185.6x0.75=139.2KN·m（梁顶受拉）
工况11：1.0恒+0.5活+1.3左震，M/rRE=1.0x219.5+0.5x113.5+1.3x112= 421.8KN·m，
M=421.8x0.75=316.3KN·m（梁顶受拉）
工况12：1.0恒+0.5活+1.3右震，M/rRE=1.0x219.5+0.5x113.5+1.3x（-112.2) =130.3KN·m，
M=130.3x0.75=97.7KN·m（梁顶受拉）
综上可知，工况7弯矩大于工况9，L3右端梁顶弯矩由风荷载控制；工况6梁底弯矩最大，梁底弯矩由风荷载控制。
2.3柱内力组合
恒载弯矩：Z2下端为101.9kN/m2，左侧受拉；活载弯矩：Z2下端为52.6kN/m2，左侧受拉；
左风弯矩：Z2下端为477.7kN/m2，左侧受拉；右风弯矩：Z2下端为-848.8kN/m2，右侧受拉；
左震弯矩：Z2下端为198.1kN/m2，左侧受拉；右震弯矩：Z2下端为-198.6kN/m2，右侧受拉；
Z2柱底弯矩组合：
工况1：1.35恒+1.05活，M=1.35x101.9+1.05x52.6=192.7KN·m（左侧受拉）
工况2：1.3恒+1.5活，M=1.3x101.9+1.5x52.6=211.3KN·m（左侧受拉）
工况3：1.3恒+1.5左风，M=1.3x101.9+1.5x477.7=849.0KN·m（左侧受拉）
工况4：1.3恒+1.5右风，M=1.3x101.9+1.5x（-848.8）=-1140.7KN·m（右侧受拉）
工况5：1.0恒+1.5左风，M=1.0x101.9+1.5x477.7=818.4KN·m（左侧受拉）
工况6：1.0恒+1.5右风，M=1.0x101.9+1.5x（-848.8）=-1171.3KN·m（右侧受拉）
工况7：1.3恒+1.5活+0.9左风，M=1.3x101.9+1.5x52.6+0.9x477.7=641.3 KN·m（左侧受拉）
工况8：1.3恒+1.5活+0.9右风，M=1.3x101.9+1.5x52.6+0.9x(-848.8)= -552.5KN·m（右侧受拉）
工况9：1.2恒+0.6活+1.3左震，M/rRE=1.2x101.9+0.6x52.6+1.3x198.1= 411.3KN·m，
M=411.3x0.75=308.5KN·m（左侧受拉）
工况10：1.2恒+0.6活+1.3右震，M/rRE=1.2x101.9+0.6x52.6+1.3x（-198.6）=-104.3KN·m，
M=-104.3x0.75=-78.2KN·m（右侧受拉）
工况11：1.0恒+0.5活+1.3左震，M/rRE=1.0x101.9+0.5x52.6+1.3x198.1= 385.7KN·m，
M=385.7x0.75=289.2KN·m（左侧受拉）
工况12：1.0恒+0.5活+1.3右震，M/rRE=1.0x101.9+0.5x52.6+1.3x（-198.6) =-129.9KN·m，
M=-129.9x0.75=-97.4KN·m（右侧受拉）
综上可知，工况3弯矩大于工况9，Z2柱底左侧弯矩由风荷载控制；工况6弯矩大于工况12，柱底右侧弯矩由风荷载控制。
2.4地震作用下的构件承载力验算
2.4.1L3右端承载力
截面：H750x240x10x14，A=13940mm2，Wx=Wnx=2517446mm3，I=1223798247mm4
内力：Mx=477.1KN·m（工况9）
强度：
地震引起的剪应力很小此处不算；
稳定：焊接H型钢，属于b类截面；
， ， ， ；
2.4.2Z2柱底承载力
截面：H750x350x14x16，A=An=21252mm2，W=W1x=3943156mm3，I=Ix=1940593004mm4
内力：N=1.2x154.3+0.6x36.9=207.3KN，Mx=411.3KN·m（工况9）
强度：
平面内稳定：焊接H型钢，属于b类截面；
， ，
查表D.0.2得 ；
平面外稳定：焊接H型钢，属于b类截面；
， ，
查表D.0.2得 ；
2.4.3梁、柱的强度和稳定的承载力均满足高承载力“2倍多遇地震作用下的要求”。
3.结论
经过以上计算分析，采用抗震性能化“低延性、高承载力”的思路，8度（0.2g）区的带轻钢屋盖的单层立体高架库钢结构的承载力一般由风荷载组合控制，可采用弹性准则进行设计，钢梁、钢柱板件宽厚比等级采用S4比较合理。
参考文献
[1]GB50017-2017钢结构设计标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2017.
[2]GB50017-2003钢结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.
[3]GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
作者简介
占建斌，1982.03，男，福建宁德人，硕士研究生，长江水利水电开发集团（湖北）有限公司长江工程勘测设计公司，结构工程师，结构工程