某工业厂区大门的结构分析

2015-10-31潘宇孙蓉莉贠航

建材与装饰 2015年17期

关键词：厂区大门抗震

潘宇　孙蓉莉　贠航

（中联西北工程设计研究院有限公司　西安　710082）

某工业厂区大门的结构分析

潘宇孙蓉莉贠航

（中联西北工程设计研究院有限公司西安710082）

采用有限元分析程序SAP2000和PMSAP对该厂区的大门进行模态分析和整体计算。通过其固有振动周期和振型，对结构的振动特性进行简单分析。根据分析结果对该工业厂区大门的结构性能进行评估。

大门；模态分析；风荷载；SAP2000

引言

随着经济发展，人们对于审美的要求也不断提高，无论对住宅区还是工业厂区，大门作为首先留给人们的印象显得十分重要。基于此大门的建筑造型不断追求新颖、美观，而结构的设计则应追求安全、合理，需要较为准确地模拟实际情况。

1　工程概况

该工业厂区大门位于西安市临潼区北田镇滩王村，西邻秦王二路。

该地区抗震设防烈度为Ⅷ度，设计基本地震加速度：0.20g，抗震等级为三级。基本风压为0.35kN/m2，地面粗糙度类别为B类。恒荷载为自重荷载，活荷载为0.5kN/m2。

大门建成后的现场照片如图1所示。

图1　建成后现场照片

全钢结构长45m，由三跨单榀钢桁架组成，跨度分别为9m、15.5m、9.7m。桁架顶标高8.6m，全高14.8m。第一跨桁架及其竖向构件由外挂石材围成，二、三跨桁架由格栅板围护，因建筑立面需要，格栅的通风率较小，在模型建立中不予考虑，一律按封闭面进行计算，偏于安全。

2　结构的整体计算

2.1模态分析

因该结构长宽比较大，Y向刚度与X向刚度相比明显较小，同时主要竖向构件偏置一方，易于引起结构扭转周期提前。为了使结构刚度布置更为合理，同时满足抗震规范“平动、平动、扭转”的要求，在结构两侧沿竖向构件布置多道横梁及斜撑，调节侧向刚度，三维有限元模型如图2所示。

该结构采用SAP2000和PMSAP两种软件进行分析比较。表1所列为采用SAP2000计算所得的自振频率，前三阶振型如图3所示。

通过第一、二阶模态振型得知标高14.8m处结构平面的水平位移较大，分析可知标高8.4～14.8m的竖向构件刚度较小。而通过第三阶模态振型结果得知该结构向第一、二跨的侧向刚度较小，这是由于建筑造型使得竖向构件较多设置在第三跨，且第一、二跨跨度较大。

图2　三维有限元模型图

表1　结构固有频率

图3　前三阶模态振型图

2.2风荷载计算

由建筑立面，围护主要为外挂石材所形成封闭面，自重较小，地震荷载不起控制作用。而局部遮挡形成封闭面，风荷载的计算就显得较为重要。在SATWE中，程序默认结构的围护是全封闭的，则风荷载的计算模型与实际结构是不相符的。对于风荷载作用采用SAP2000和PMSAP程序进行计算可以很好地模拟结构的实际情况。SAP2000中可以添加无质量无刚度的虚面，根据风荷载所作用的面将风荷载等效在周边的构件上。根据规范要求指定在虚面上的压力系数，如计算Y向风荷载作用，在迎风面输入体型系数为0.8，背风面输入体型系数为-0.5；在PMSAP中有相似的墙单元，指定单元质量为0，但无需指定体型系数。模型虚面如图4所示。