不等高跨綜合試驗(yàn)廠房的設(shè)計(jì)與分析*

黃 林，徐 偉

(1.中航規(guī)劃建設(shè)長沙設(shè)計(jì)研究院，湖南長沙410014;2.江蘇送變電公司，江蘇南京210038)

1 工程概況

某廠綜合試驗(yàn)廠房位于湖南省長沙市望城縣，抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g，設(shè)計(jì)分組為第一組，擬建場地為Ⅲ類場地.工程平面尺寸為185mx72m，主要柱距為7.5m，檐口標(biāo)高為10.0m，局部檐口標(biāo)高為20.8m，柱網(wǎng)平面、剛架立面分別如圖1和圖2－4，共27榀剛架，其中4榀不等高剛架.廠房內(nèi)除高跨處設(shè)20t吊車(軌頂標(biāo)高18.0m)外，其余跨均設(shè)5t吊車(軌頂標(biāo)高8.0m).基本風(fēng)壓為0.35kN/m2，基本雪壓為0.70kN/m2(長沙地區(qū)地方性規(guī)定).外墻1.2m以下采用240厚粘土多孔磚，以上采用雙層壓型鋼板復(fù)合保溫墻(保溫層采用100厚巖棉)及100厚巖棉夾芯板復(fù)合保溫墻，輔樓內(nèi)墻除防爆墻外，均采用240厚粘土多孔磚.屋面采用壓型鋼板.基礎(chǔ)采用夯擴(kuò)樁基礎(chǔ).

圖1 柱網(wǎng)平面圖

圖2 剛架GJ1立面圖(用于非高低跨處)

圖3 剛架GJ2立面圖(用于高低跨處中間榀)

圖4 剛架GJ3立面圖(用于高低跨處非中間榀)

2 結(jié)構(gòu)分析和計(jì)算

采用PKPM系列中的STS(2010版－2011年3月)程序進(jìn)行內(nèi)力分析，左右梁分段比為1:2:1(單坡)，中間梁分段比為1:2:1(雙坡).本工程恒荷載和活荷載取0.40 kN/m2和0.70kN/m2(取屋面活荷載與雪荷載較大值，長沙地方性規(guī)定基本雪壓取0.7 kN/m2)，基本風(fēng)壓 0.35kN/m2，地面粗糙度為B類.進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和計(jì)算時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問題.

2.1 通過合理的計(jì)算簡化建立合理的計(jì)算模型

在進(jìn)行本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)建立合理的計(jì)算模型，需要進(jìn)行合理的簡化與處理.特別是節(jié)點(diǎn)處(包括梁－梁節(jié)點(diǎn)、梁－柱節(jié)點(diǎn)、柱腳節(jié)點(diǎn)等)的簡化要合理，以建立符合結(jié)構(gòu)實(shí)際工作狀況且便于分析和計(jì)算的模型.本工程除抗風(fēng)柱采用鉸接外，其余均采用剛接.此外，梁的合理分段對于計(jì)算結(jié)果、節(jié)省鋼材非常重要，應(yīng)使拼接節(jié)點(diǎn)位于彎矩較小的位置且梁段不宜太長以方便運(yùn)輸.

2.2 控制參數(shù)的選取

剛架GJ1采用《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行計(jì)算，抗彎承載力比值、穩(wěn)定應(yīng)力比均控制在0.92以內(nèi);門式剛架梁平面內(nèi)的整體穩(wěn)定性按壓彎構(gòu)件驗(yàn)算;鋼結(jié)構(gòu)受拉柱容許長細(xì)比取400;鋼結(jié)構(gòu)受壓柱容許長細(xì)比取150;鋼梁(恒+活)容許撓跨比取l/180;柱頂容許水平位移/柱高:l/400［1］.剛架GJ2、GJ3(柱高度超過12m 且有20t A5 級工作制橋式吊車)采用《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行計(jì)算，抗彎承載力比值、穩(wěn)定應(yīng)力比均控制在0.92以內(nèi);鋼柱計(jì)算長度系數(shù)采用有側(cè)移的計(jì)算方法;鋼結(jié)構(gòu)階形柱的計(jì)算長度折減系數(shù)取0.80;鋼結(jié)構(gòu)受拉柱容許長細(xì)比取400;鋼結(jié)構(gòu)受壓柱容許長細(xì)比取150;鋼梁(恒+活)容許撓跨比取 l/250;鋼梁(活)容許撓跨比l/300;柱頂容許水平位移/柱高取 l/400［2］.

2.3 風(fēng)荷載規(guī)范的選用

根據(jù)《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施》18.1.6條跨高比l/h小于等于4的門式剛架應(yīng)按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》計(jì)算風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值Wk及風(fēng)荷載體形系數(shù)μs［3］，本工程3榀剛架均采用《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》計(jì)算風(fēng)荷載［4］.

2.4 梁、柱計(jì)算長度的選取

輕鋼結(jié)構(gòu)的剛架梁和柱構(gòu)件，均按照壓彎構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定的驗(yàn)算.有時(shí)候梁、柱計(jì)算長度對于平面外穩(wěn)定驗(yàn)算是個(gè)非常關(guān)鍵的因素，特別是對跨度較大或者較高的工業(yè)建筑，計(jì)算長度對于平面外穩(wěn)定尤為重要.平面外計(jì)算長度，應(yīng)取側(cè)向支撐點(diǎn)間的距離.除支撐系統(tǒng)的壓桿外，隅撐(屋面板有一定的剛度且與鋼梁有可靠連接)與柱間支撐均可以作為平面外的側(cè)向支撐點(diǎn).

2.5 高低跨屋面處雪荷載的計(jì)算

在高低跨屋面不大于8m處，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》應(yīng)考慮此處積雪的情況［4］，積雪分布系數(shù) μr取2.0，這一點(diǎn)在進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)很容易被工程設(shè)計(jì)人員忽略.

3 結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施

結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施雖然不參與計(jì)算，卻對保證整個(gè)廠房的整體性和安全性有著非常重要的作用.

3.1 設(shè)置空間支撐體系

支撐體系將各平面剛架聯(lián)結(jié)組成具有一定空間剛度和穩(wěn)定的整體結(jié)構(gòu)，為梁、柱的平面外整體穩(wěn)定提供側(cè)向支撐點(diǎn)，也使風(fēng)力、溫度應(yīng)力、地震力以及吊車縱向水平力等縱向荷載傳力明確、合理、簡捷.本工程在兩端部及每隔45m(包括高低跨周圍)設(shè)置屋面水平支撐，柱間支撐和屋面水平支撐布置在同一跨度內(nèi)，形成空間支撐結(jié)構(gòu)體系.此外，屋面支撐的布置應(yīng)與抗風(fēng)柱的位置相協(xié)調(diào)，抗風(fēng)柱頂反力能直接傳到屋面橫向節(jié)點(diǎn)上，傳力明確簡捷.

3.2 設(shè)置隅撐

隅撐雖然很小，卻是保證剛架梁下翼緣或剛架柱內(nèi)側(cè)受壓平面外穩(wěn)定的重要措施.本工程根據(jù)檁條及墻梁的間距每隔3m布置一道隅撐，可以有效地減小梁、柱平面外的計(jì)算長度，同時(shí)對增加整個(gè)廠房的整體性起著重要的作用.

4 結(jié)語

本文以從事的實(shí)際工程某不等高低跨綜合試驗(yàn)廠房為基礎(chǔ)，結(jié)合在設(shè)計(jì)工作中應(yīng)該注意的常見問題，從結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算、構(gòu)造措施兩個(gè)方面作了些探討，希望能為以后類似的工程提供借鑒，以期達(dá)到安全經(jīng)濟(jì)的目的.

［1］中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)建筑鋼結(jié)構(gòu)委員會(huì)，中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究所.CECS 102－2002門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國計(jì)劃出版社，2012.

［2］中華人民共和國建設(shè)部.GB50017－2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國計(jì)劃出版社，2003.

［3］中華人民共和國建設(shè)部.GB50009－2001建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］.北京:中國計(jì)劃出版社，2001.

［4］建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)督與行業(yè)發(fā)展司，建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究所.2003全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施(結(jié)構(gòu))［S］.北京:中國計(jì)劃出版社，2003.