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美标钢结构设计学习笔记第十五期——钢结构厂房的的位移角和挠度到底如何确定

2026-02-12 04:56:32

Drift & Deflection Check

兜兜转转学了一圈，又回到了AISC 360，本期开始做一点小总结，与计算书相关，总结看看计算书中需要呈现哪些钢结构上部的整体控制指标。本期着重点总结钢结构厂房的Drift&Deflection。

Chapter B-design basis原文：Design shall be such that no applicable strength or serviceability limit state shall be exceeded when the structure is subjected to all applicable load combinations. 本期会基于CHAPTER L章节，看看规范要求复核的，并且需要在计算书中体现的正常使用状态（serviceability limit state）结构控制指标：

Serviceability limit state是指在正常使用条件下，建筑的外观、维护、耐久性以及使用者的舒适性得以保持的状态。为了保持这些“舒适性”，要对结构的某些结构性限制进行限制。

15.1挠度校核的荷载组合Load combination

AISC 360-L章指明了我们要去ASCE 7附录查看荷载组合系数，APPENDIX CC-SERVICEABILITY CONSIDERATIONS。

虽然说美标里的commentary不是强制性条文，但是也是美标的标准做法，设计师需要进行这些使用性验证。

规范中给出了短期效应组合和长期效应组合，短期效应组合的适用情况对应的雪荷载或者活荷载作用下的瞬时影响，结构或构件在L和S移除后可以部分或者完全恢复；而长期组合的适用情况更多的是需要考虑混凝土的徐变会产生影响的结构，我觉得简单的区别就是，如果是纯钢结构，组合可以以短期组合D+L进行复核，但是如果是存在混凝土的纯混凝土结构或者是组合楼盖的结构，要通过长期组合D+0.5L进行复核；但是也不是说钢结构就不进行长期复核，如果需要考虑沉降的情况下，也需要进行长期组合的复核。

15.2 Vertical deflection

垂直挠度的允许使用限制取决于不同的结构类型、节点设计和使用用途。当挠度超过L/300，人眼可以察觉，会引起可见挠度，所以，对于满载活载的即使用短期组合的钢结构，ASCE7中挠度限制只有文字说明，但是IBC中有简洁明了的图表（上图为IBC 2021TABLE 1604.3），我来整理和翻译一下钢结构的相关构件的竖向挠度限制：

控制目标	控制工况	挠度限制
屋面水平构件	D+L	L/240；钢梁上敷混凝土组合屋面或者下挂石膏板吊顶 L/180；非石膏板的金属吊顶 L/120；裸钢，且无吊顶
L or Lr	L/360；钢梁上敷混凝土组合屋面或者下挂石膏板吊顶 L/240；非石膏板的金属吊顶 L/180；裸钢，且无吊顶
S or W	L/360；钢梁上敷混凝土组合屋面或者下挂石膏板吊顶 L/240；非石膏板的金属吊顶 L/180；裸钢，且无吊顶
楼面水平构件	D+L	L/240
L	L/360
外墙檩条	S or W	L/120；柔性墙板面
内墙檩条	L	L/120；柔性墙板面
内墙墙梁	L	L/240；砌块墙体

注释1：其中轻钢结构要验算风荷载主导下的挠度，IBC中给了两种方式，1）使用0.42倍50年重现期风压W；2）使用10年重现期风压W；

注释2：吊车梁的竖向挠度限制本表格没列举，要根据具体的吊车制造标准和相关的工业标准确定，请勿遗漏，既有由水平制动力决定的水平挠度，也有轮压主导的竖向挠度；

注释3：此表用于轻钢结构厂房、一般仓库和工业建筑足够。

15.3 位移角校核的荷载组合Load combination

用于计算位移比的荷载组合D+0.5L+Wa，Wa是用于计算serviceability limit state的风荷载，CC章给出了风速地图，对应不同的重现期，正文也给出建议，常规建筑（普通的厂房、仓库等），使用10年重现期风压，对于风荷载敏感性建筑（超高层、有精密仪器？），使用50年重现期风压（或者需要100年及以上重现期）。

例，如用50年重现期进行计算强度的W，在进行serviceability limit state计算的时候，普通建筑要换算成10年重现期，V10/V50≈0.70，可以直接延续之前的选用0.42W（≈0.7的平方）进行计算。

15.4 Drift of Walls and Frame

ASCE 7附录里提及一般多层建筑的位移比限制控制在1/400~1/600，主要是避免导致围护结构或非承重墙和隔墙的破坏，当然如果围护结构或者非承重结构能自身产生相对位移而不损坏时，限制可以被适当放大。1/400~1/600主要是用于多层框架，而单层或底层的建筑，如单层工业厂房，CC2.2中提及，West & Fisher 2003提出对于low-rise建筑可以有更宽松的限制，我查了Design Guide 03，推荐大家学习《Serviceability Design Considerations for Steel Buildings》，其中给出了可以参考的位移比限制表：

怎么理解这个表呢，我来做一个简单的拆解：

围护结构的支撑方式	结构构件	限值
与基础相连（10年重现期风压）	金属板外墙/裸钢框	H/60~H~100
金属板外墙/墙檩条	水平挠度L/120
金属板外墙/山墙抗风柱	抗风柱挠度L/120（L为抗风柱高度）
预制墙板/裸钢框	H/100
砌体墙/裸钢框	1/16in墙底裂缝（不配筋砌体） H/200（配筋砌体）
与柱相连（10年重现期风压）	多层结构，预制单元板墙体	H/500
与楼层梁相连（10年重现期风压）	常用于多层结构配备幕墙围护	H/500（裸钢框柱）

规范里其实并没有对位移比有具体的限制，只有1/400~1/600，但是对于无吊车的单层工业厂房，位移比可以放大到1/60~1/100，但是上述表格其实我也有疑问，表格中给出的1/60~1/100其实是bare frame，我理解不是常用的通过檩条连接钢柱的金属墙板，但是通过grits连接的金属墙板只给出了grits的竖向挠度限制，是否1/60~1/100只是直接挂金属板的钢柱的位移比限制，我存在疑问，但是对比给出的砌体墙围护的裸钢框，考虑檩条与钢柱的共同变形情况，我认为可以选择H/200的限制作为单层工业厂房（无吊车）的位移比限制，当然最主要的还是沟通当地和业主，选择当地审批认可的限值进行计算，避免返工。（希望大家提供一些实际的案例）

今天的部分结束啦~

希望各位有出海经验的大佬现身评论区进行讨论

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