不等高跨综合试验厂房的设计与分析*

2013-06-28黄林，徐伟

长沙大学学报 2013年2期

黄林，徐伟

(1.中航规划建设长沙设计研究院，湖南长沙410014;2.江苏送变电公司，江苏南京210038)

1 工程概况

某厂综合试验厂房位于湖南省长沙市望城县，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计分组为第一组，拟建场地为Ⅲ类场地.工程平面尺寸为185mx72m，主要柱距为7.5m，檐口标高为10.0m，局部檐口标高为20.8m，柱网平面、刚架立面分别如图1和图2－4，共27榀刚架，其中4榀不等高刚架.厂房内除高跨处设20t吊车(轨顶标高18.0m)外，其余跨均设5t吊车(轨顶标高8.0m).基本风压为0.35kN/m2，基本雪压为0.70kN/m2(长沙地区地方性规定).外墙1.2m以下采用240厚粘土多孔砖，以上采用双层压型钢板复合保温墙(保温层采用100厚岩棉)及100厚岩棉夹芯板复合保温墙，辅楼内墙除防爆墙外，均采用240厚粘土多孔砖.屋面采用压型钢板.基础采用夯扩桩基础.

图1 柱网平面图

图2 刚架GJ1立面图(用于非高低跨处)

图3 刚架GJ2立面图(用于高低跨处中间榀)

图4 刚架GJ3立面图(用于高低跨处非中间榀)

2 结构分析和计算

采用PKPM系列中的STS(2010版－2011年3月)程序进行内力分析，左右梁分段比为1:2:1(单坡)，中间梁分段比为1:2:1(双坡).本工程恒荷载和活荷载取0.40 kN/m2和0.70kN/m2(取屋面活荷载与雪荷载较大值，长沙地方性规定基本雪压取0.7 kN/m2)，基本风压 0.35kN/m2，地面粗糙度为B类.进行结构分析和计算时应注意以下几个问题.

2.1 通过合理的计算简化建立合理的计算模型

在进行本工程结构设计时，首先应建立合理的计算模型，需要进行合理的简化与处理.特别是节点处(包括梁－梁节点、梁－柱节点、柱脚节点等)的简化要合理，以建立符合结构实际工作状况且便于分析和计算的模型.本工程除抗风柱采用铰接外，其余均采用刚接.此外，梁的合理分段对于计算结果、节省钢材非常重要，应使拼接节点位于弯矩较小的位置且梁段不宜太长以方便运输.

2.2 控制参数的选取

刚架GJ1采用《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》进行计算，抗弯承载力比值、稳定应力比均控制在0.92以内;门式刚架梁平面内的整体稳定性按压弯构件验算;钢结构受拉柱容许长细比取400;钢结构受压柱容许长细比取150;钢梁(恒+活)容许挠跨比取l/180;柱顶容许水平位移/柱高:l/400［1］.刚架GJ2、GJ3(柱高度超过12m 且有20t A5 级工作制桥式吊车)采用《钢结构设计规范》进行计算，抗弯承载力比值、稳定应力比均控制在0.92以内;钢柱计算长度系数采用有侧移的计算方法;钢结构阶形柱的计算长度折减系数取0.80;钢结构受拉柱容许长细比取400;钢结构受压柱容许长细比取150;钢梁(恒+活)容许挠跨比取 l/250;钢梁(活)容许挠跨比l/300;柱顶容许水平位移/柱高取 l/400［2］.

2.3 风荷载规范的选用

根据《全国民用建筑工程设计技术措施》18.1.6条跨高比l/h小于等于4的门式刚架应按《建筑结构荷载规范》计算风荷载标准值Wk及风荷载体形系数μs［3］，本工程3榀刚架均采用《建筑结构荷载规范》计算风荷载［4］.

2.4 梁、柱计算长度的选取

轻钢结构的刚架梁和柱构件，均按照压弯构件进行强度和稳定的验算.有时候梁、柱计算长度对于平面外稳定验算是个非常关键的因素，特别是对跨度较大或者较高的工业建筑，计算长度对于平面外稳定尤为重要.平面外计算长度，应取侧向支撑点间的距离.除支撑系统的压杆外，隅撑(屋面板有一定的刚度且与钢梁有可靠连接)与柱间支撑均可以作为平面外的侧向支撑点.

2.5 高低跨屋面处雪荷载的计算

在高低跨屋面不大于8m处，根据《建筑结构荷载规范》应考虑此处积雪的情况［4］，积雪分布系数 μr取2.0，这一点在进行分析计算时很容易被工程设计人员忽略.

3 结构构造措施

结构构造措施虽然不参与计算，却对保证整个厂房的整体性和安全性有着非常重要的作用.

3.1 设置空间支撑体系

支撑体系将各平面刚架联结组成具有一定空间刚度和稳定的整体结构，为梁、柱的平面外整体稳定提供侧向支撑点，也使风力、温度应力、地震力以及吊车纵向水平力等纵向荷载传力明确、合理、简捷.本工程在两端部及每隔45m(包括高低跨周围)设置屋面水平支撑，柱间支撑和屋面水平支撑布置在同一跨度内，形成空间支撑结构体系.此外，屋面支撑的布置应与抗风柱的位置相协调，抗风柱顶反力能直接传到屋面横向节点上，传力明确简捷.