某網架屋蓋庫房的結構設計

宋成柱 孫 峰 張蘭蘭

(徐州瀚藝建筑設計有限公司，江蘇徐州 221000)

0 引言

目前隨著經濟的快速發展及企業生產工藝的特殊要求，鋼結構框架+網架屋蓋的結構形式在工業廠房、展廳等工程上經常用到。對于這種特殊的結構形式，由于上、下兩部分結構的剛度影響，直接采用一般的網架結構施工圖設計軟件是不適宜的，為解決這一問題，以某工程為例介紹一種簡化的結構設計方法。

1 工程概況

某物流庫房采用鋼框架+網架屋蓋的結構形式，部分周邊下弦節點采用H鋼柱支承，并將H鋼柱作為四周圍護的支承構件。檐口標高10.900 m，室內外高差0.30 m。圖1為庫房結構模型，廠房①軸～⑨軸49 m，開間6.125 m，廠房?軸～?軸39 m。網架下弦凈高9.0 m，女兒墻鋼立柱頂標高12.6 m。網架類型為正放四角錐螺栓球節點網架，網格尺寸約3.060 m×3 m，網架最小厚度1.9 m，最大厚度2.8 m，屋面雙坡排水，結構找坡5%，檁托與網架螺栓球采用4.8級M20螺栓連接，網架采用最小鋼管φ60 ×3.5，最大鋼管 φ159 ×6.0。

2 結構設計

2.1 主要規范

GB 50009-2001建筑結構荷載規范(2006年版);GB 50017-2003鋼結構設計規范;GB 50011-2010建筑抗震設計規范;JGJ 7-2010空間網格結構技術規程。

圖1 庫房結構模型

2.2 采用軟件

本工程整體分析采用同濟大學的3D3S10.1版有限元分析軟件;網架施工圖設計采用浙江大學的MST2011版空間結構分析軟件。

2.3 結構模型

屋蓋網架采用正放四角錐網架，鋼柱采用焊接H型鋼，考慮制作及施工方便采用外露式柱腳，按剛接設計。為減小H鋼柱平面外計算長度，在柱頂及柱高中間部分分別設H鋼框梁，并設置剛性柱間支撐。網架支座體與鋼柱頂通過過渡板連接，按鉸接點設計。

2.4 荷載及作用

網架上弦恒載標準值0.25 kN/m2(雙層壓型彩鋼板+50 mm厚保溫棉+C型鋼龍骨)，網架下弦吊掛荷載標準值0.10 kN/球節點，網架上弦活載標準值0.50 kN/m2。基本風壓0.35 kN/m2(B類地區)，基本雪壓0.35 kN/m2(考慮不均勻系數)，抗震設防烈度7度(0.10g)，設計溫度差值±25℃。

2.5 荷載組合

根據《建筑結構荷載規范》有關荷載的規定，采用下列11種荷載組合，以下恒載中包括結構自重(由程序自行考慮)。1)1.2恒荷載。2)1.2恒荷載 +1.4活荷載。3)1.2恒荷載 +1.4風荷載。4)1.0恒荷載 +1.4風荷載。5)1.2 恒荷載 +1.4 活荷載 +1.4 ×0.6風荷載。6)1.2恒荷載 +1.4×0.7活荷載 +1.4風荷載。7)1.2(恒荷載+0.5活荷載)+1.3水平地震。8)1.2恒荷載+溫度作用。9)1.2恒荷載+1.4活荷載+溫度作用。10)1.2恒荷載+1.4風荷載+溫度作用。11)1.0恒荷載+1.4風荷載+溫度作用。

2.6 分析與優化結果

結構自振周期:振型1周期0.365 s、振型2周期0.259 s、振型3 周期0.245 s、振型4 周期0.183 s、振型 5 周期 0.137 s、振型6 周期0.136 s、振型7 周期 0.131 s、振型 8 周期 0.119 s、振型 9周期0.101 s。網架桿件及高強度螺栓規格:D60×3.5(配M24螺栓)、D75.5 ×3.75(配 M27 螺栓)、D88.5 ×4.0(配 M27 螺栓)、D114×4.0(配 M30螺栓)、D140×4.0(配 M33螺栓)、D159×6.0(配 M45 螺栓)。網架球球徑規格:BS110，BS130，BS150，BS180，BS200。框架角柱H500×300×10×14，框架邊柱H500×300×10×12，框架梁H300×220×8×10。上柱間支撐2L100×6(雙拼)，下柱間支撐2L100×6(雙片)。柱頂最大水平位移10.3 mm＜18 mm(H/500)，網架最大豎向撓度96 mm＜156 mm(L/250)。網架結構用鋼量24.9 kg/m2，H鋼框架及柱間支撐用鋼量29.5 kg/m2。

3 節點及柱腳處理

1)因為周邊柱間設有剛性支撐，網架支座在邊柱切線方向的約束剛度較大，溫度作用對下部結構的影響比較明顯，所以考慮支座底板開設大圓孔，從構造上允許網架結構側移7 mm，該值小于網架結構的溫度變形值，網架與鋼柱頂節點大樣見圖2。

圖2 網架與鋼柱頂節點大樣

2)本工程的H型鋼柱腳設計按單層鋼結構廠房的范疇考慮，采用外露式柱腳，柱腳設置120 mm高Ⅰ20b工字鋼抗剪鍵，柱腳錨栓不承擔柱底水平剪力。根據抗震規范柱腳承載力不宜小于柱截面塑性屈服承載力的1.2倍，柱腳采用8M52錨栓，錨栓材質Q235B鋼，柱腳及錨栓安裝大樣見圖3。

圖3 柱腳及錨栓安裝大樣

4 結語

對于工業廠房因為高度和計算跨度比較大，不適宜選用門式剛架輕型房屋結構技術規程設計時，選用鋼框架+網架屋蓋的結構形式是一種較好的方案。通過3D3S軟件整體計算，得到下部結構及基礎的設計數據，并通過對下部結構的查詢進行上部網架結構的施工圖設計是一種簡便方法。

［1］GB 50017-2003，鋼結構設計規范［S］.

［2］GB 50011-2010，建筑抗震設計規范［S］.

［3］JGJ 7-2010，空間網格結構技術規程［S］.

［4］陳紹藩.鋼結構［M］.第2版.北京:中國建筑工業出版社，1994.

［5］趙熙元.建筑鋼結構設計手冊［M］.北京:冶金工業出版社，1995.

［6］羅邦富.鋼結構設計手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，1989.