某廠房排架柱平面內計算分析

姜 浩 丁高龍

(中冶華天工程技術有限公司,江蘇 南京 210000)

某廠房排架柱平面內計算分析

姜 浩 丁高龍

(中冶華天工程技術有限公司,江蘇 南京 210000)

分別使用PKPM和SAP2000軟件，對某重鋼廠房排架柱結構進行了計算分析，并對比了兩種軟件的計算結果，指出排架柱結構設計滿足規范要求，證明了該重鋼廠房柱結構的安全性。

廠房，排架柱，荷載，穩定性

0 引言

單層工業廠房能提供一個大的室內空間，且廠房中一般配有水平和垂直運輸工具，因此在工業建筑中得到廣泛的應用。例如，重工業生產中的煉鋼、鑄造、裝配、機修、金工，輕工業生產中的紡織等。

鋼結構廠房與混凝土結構相比，具有以下優點：鋼材內部組織比較均勻，接近各項同性，具有良好的彈塑性和韌性，具有較大的變形能力，使鋼結構在地震時能吸收較大的地震能量，有良好的抗震性能。此外，鋼結構成品尺寸準確、質量可靠，構件采用螺栓或焊接連接，施工簡便，工期短[1]。

排架結構廠房由排架、屋蓋系統、山墻等組成一個結構體系[2]。在靜荷載或者動荷載作用下，各個排架抵抗外力時相互影響相互制約。但是由于缺乏既合理又簡便的計算方法，所以一般都不考慮廠房排架的空間作用，而是取一榀排架計算[3]。不考慮排架空間作用的計算結果是偏于保守的，所以在設計中可以采用單榀排架進行計算。

1 工程概況

本廠房項目為某鋼鐵股份公司中小H型鋼工程，本文涉及其排架的柱系統計算設計。排架分三跨分別是成排跨、精整跨和成品跨，跨度分別是24 m，27 m和30 m，總跨度81 m。排架間距12 m，室內地坪標高，柱頂標高分別是16.900 m，18.500 m，20.300 m和18.300 m。

結構設計使用年限50年，建筑安全等級為二級，建筑抗震重要性類別是丙類，抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.10g。基本風壓0.4 kN/m2，基本雪壓為0.4 kN/m2，屋面活荷載0.5 kN/m2，吊車安全過道及其他過道平臺活荷載2.0 kN/m2，吊車檢修平臺活荷載3 kN/m2。廠房鋼柱鋼材采用Q345-B鋼，其他采用Q235-B鋼。

排架柱采用單階柱形式，上柱為H型鋼，下柱采用格構柱。格構柱為雙H型鋼加角鋼檁條形式。柱肩梁采用單臂式肩梁。柱腳采用插入式柱腳，采用CGM-1灌漿料填充密實。

2 建模計算

采用PKPM框排架模塊PK交互輸入與優化計算。中柱下段柱采用格構對稱雙組合工形600×300×12×20，截面高H=2 000，橫綴條截面：L100×8，斜綴條截面：L160×100×10，綴條間距2 000。中柱上段柱采用焊接組合H形截面：1 000×500×500×14×18×18。邊柱采用格構對稱雙組合工形500×300×11×18，截面高H=1 450，橫綴條截面：L90×8，斜綴條截面：L125×80×8，綴條間距1 500。邊柱上段采用焊接組合H形截面：900×400×400×12×16×16。在計算柱系統的模型中，桁架梁簡化建模，采用剛性桿截面代替，并不做驗算。梁與柱節點使用鉸接點。

恒荷載包括平臺恒荷載，吊車梁恒荷載，屋面恒荷載。恒荷載考慮了構件自重以及面層，保護層，找平層，吊頂，粉刷等重量，同時考慮了設備重量?；詈奢d包括吊車活荷載和屋面活荷載。根據《建筑結構荷載規范》，壓型鋼板屋面活荷載取0.5 kN/m2，不考慮屋面灰荷載。此外還考慮風荷載和地震荷載。

計算荷載組合包括[4]：

1)由可變荷載效應控制的組合：

S=1.2SGK+1.4SW。

S=1.2SGK+0.9×1.4[SW+(SS或SL)+SC+SD]。

2)由永久荷載效應控制的組合：

S=1.35SGK+1.4[0.6SW+0.7(SS或SL)+ψCSC+ψDSD]。

3)與地震作用組合：

S=1.2[SGK+(SS或SL)+SC+SD]+1.3γRESEhk。

式中：S——結構構件內力組合的設計值，包括組合的彎矩、軸向力和剪力設計值；

SGK——按永久荷載標準值計算的荷載效應值；

SW——按風荷載標準值計算的荷載效應值；

SS——按雪荷載標準值計算的荷載效應值；

SL——按屋面活荷載標準值計算的荷載效應值；

SC——按吊車荷載標準值計算的荷載效應值；

SD——按屋面灰荷載標準值計算的荷載效應值；

ψC——吊車荷載組合系數，本工程吊車為工作級別A1～A7的軟鉤吊車，所以取0.7；

ψD——積灰荷載組合系數，取0.9；

SEhk——按水平地震作用標準值計算的地震作用效應值；

γRE——承載力抗震調整系數，對于本文的排架柱計算，取0.75。

荷載分項系數取值，橫載：1.2，活載：1.4，風荷載：1.4，地震：1.3，吊車：1.4。荷載組合系數取值，活載：0.7，風荷載：0.6，吊車：0.7。地震作用組合時活荷載組合系數取1.0[5]。

在驗算柱截面時考慮了以下組合中的不利組合：

1)最大正彎矩+Mmax和相應的軸向力N、剪力V；

2)最大負彎矩-Mmax和相應的軸向力N、剪力V；

3)最大軸向力Nmax和相應的正彎矩+M、剪力V；

4)最大軸向力Nmax和相應的負彎矩-M、剪力V。

計算柱腳螺栓的最不利組合為：

最小軸向力Nmin和相應的最大正彎矩+Mmax(或最大負彎矩-Mmax)。

3 計算結果

排架柱計算驗算結果見表1，以邊柱上段為例。

表1 排架柱PKPM模型計算結果

壓桿,平面內長細比λ=46.0≤[λ]=150;壓桿,平面外長細比λ=48.0≤[λ]=150。

經驗算，強度計算最大應力、平面內穩定計算最大應力、平面外穩定計算最大應力、腹板高厚比均滿足規范要求。

4 SAP建模對比

采用SAP2000建立二維排架模型，結構構件和荷載條件與PKPM模型相同。排架柱計算結果見表2，以邊柱上段為例。

表2 排架柱SAP2000模型計算結果

驗算結果，強度計算最大應力、平面內穩定計算最大應力、平面外穩定計算最大應力、腹板高厚比均滿足規范要求。

5 結語

1)通過PKPM模型和SAP2000模型計算，本結構設計符合規范要求，結構安全可靠。

2)PKPM模型和SAP模型計算結果相差不大。

3)對于排架柱計算，PKPM從模型建立到結果呈現都比SAP 2000更加簡便易用，例如，PKPM可以自動創建格構柱，但SAP 2000要手動創建格構柱。

[1] 吳 濤.大噸位吊車重型鋼結構廠房的設計與計算[D].天津：天津大學，2009(7):4-5.

[2] 古國紀，傅平均，裘宗濂,等.單層廠房整體空間作用的研究[J].清華大學學報，1973(1):1-36.

[3] 王光遠.考慮空間作用時單層廠房動力及靜力的計算理論[J].土木工程學報，1963(1):3-17.

[4] 汪一駿.鋼結構設計手冊(上冊)[M].第3版.北京：中國建筑工業出版社，2004：87-88.

[5] GB 50009—2012，建筑結構荷載規范[S].

In-plane calculation and analysis of bent frame column for an industrial plant

Jiang Hao Ding Gaolong

(HuatianEngineering&TechnologyCorporation,MCC,Nanjing210000,China)

Using PKPM and SAP2000, the bent column structure of a steel plant is analyzed, and the calculation results are compared, it is pointed out that the design of bent columns can meet the requirements of specification, the security of the bent column structure is proved.

plant, bent column, load, stability

1009-6825(2017)05-0071-02

2016-12-09

姜 浩(1989- )，男，助理工程師； 丁高龍(1978- )，男，高級工程師

TU311.4

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