淺析單層鋼結(jié)構(gòu)廠房的柱間支撐體系[權(quán)威資料]

淺析單層鋼結(jié)構(gòu)廠房的柱間支撐體系 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 【摘要】隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長，鋼結(jié)構(gòu)廠房被應(yīng)用越來越廣泛，但是單層鋼結(jié)構(gòu)廠房中的柱間支撐體系這項技術(shù)中還存在的很多的問題，本文就從對于逐漸支撐體系在鋼結(jié)構(gòu)廠房中的應(yīng)用來進(jìn)行探討。 【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)廠房；柱間支撐體系 TU391 A 一、前言 隨著社會科學(xué)的快速發(fā)展，單層鋼結(jié)構(gòu)廠房的柱間支撐體系這項技術(shù)也越來越完善，但是技術(shù)上的問題還是存在的，解決問題是刻不容緩的，更能促使社會穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)的不斷的發(fā)展。 二、支撐選型及布置 1、支撐選型 為確保房屋承重結(jié)構(gòu)的正常使用，一般需要沿房屋的縱向柱之間設(shè)置柱間支撐。其作用如下： （ 1）用以保證房屋的縱向穩(wěn)定和縱向剛度； （ 2）確定柱在平面外方向的計算長度； （ 3）承受房屋端部山墻風(fēng)力、吊車縱向剎車荷載、溫度應(yīng)力和地震作用，并將 上述荷載傳至基礎(chǔ)上。由于本工程工藝要求，常用的柱間支撐形式無法滿足，于是選擇一種適合本工程的柱間支撐形式十分 必要。 2、普通柱間支撐 目前廠房結(jié)構(gòu)中最常用的柱間支撐形式為十字形交叉支撐，它有著傳力直接、構(gòu)造簡單、用料省、剛度大等優(yōu)點(diǎn)。本工程門式剛架基本柱間距為 6，由于工藝 要求在每一柱開間處，在寬度 4.5、高度 6 范圍內(nèi)不允許有任何障礙物，也 即在距鋼柱中心線 750以外，不允許有任何障礙物。受工藝尺寸限制，十字形交叉支撐，甚至八字形、人字形支撐等常用支撐，都無法在此工程中使用。 3、通長弱軸鋼框架 CECS 102:2002門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī) 程要求：門式剛架若不能設(shè)置柱間支撐，則應(yīng)設(shè)置縱向框架。由于門式剛架柱一般采用工字形截面，弱軸方向朝著縱向布置，在柱高度適當(dāng)部位沿縱向設(shè)置通長鋼梁，鋼梁與鋼柱剛接連接，共同形成弱軸框架，為廠房結(jié)構(gòu)提供必要的縱向剛度。若框架梁在標(biāo)高 6 以上部位設(shè)置，此種結(jié)構(gòu)形式能夠滿足工藝使用要求。 4、鋼框架支撐 在適當(dāng)部位的局部跨間設(shè)置鋼框架，來替代普通柱間支撐在工程中使用，此處鋼框架稱之為鋼框架支撐。鋼框架支撐中的鋼框架是由鋼柱（強(qiáng)軸方向）和鋼梁剛性連接形成，具有較大的平面內(nèi)剛度，在水平力作用下， 具有較強(qiáng)的抗變形能力。由于鋼柱在水平方向占用空間有限，只要控制鋼梁的標(biāo)高在 6 以上，此種形式的支撐能夠滿足工藝使用要求（圖 1）。 圖 1 鋼框架支撐立面 5、支撐桿件的布置及計算 在單層鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計中，一般情況下，上柱截面高度 800mm 時，在沿柱中心線設(shè)置單片支撐，當(dāng)上柱截面高度 800mm 或設(shè)有通行人孔時，在沿柱兩翼緣的內(nèi)側(cè)設(shè)置雙片支 撐。下柱柱間支撐多采用雙片支撐，不管采用何種支撐形式 ，都存在截面擇優(yōu)問題 。截面選擇得好，在耗鋼量大致相等的情況下，截面回轉(zhuǎn)半徑可 以增大，從而可以提高支撐桿件的穩(wěn)定。在本工程主廠房柱間支撐系統(tǒng) 設(shè)計中，除了多層剛架處采用單片支撐，截面采用 T形和 H 形；其它上、下柱柱間支撐大多采用雙片支撐，截面采用 H 形和箱形。 兩片支撐一般情況做法是用綴桿將它們聯(lián)系在一起 ，但考慮到本工業(yè)廠房的特殊性，不僅工藝復(fù)雜，而且管線錯綜繁多，有些管線走向尚不明確， 各類操作平臺眾多 （很多區(qū)域達(dá)八層 之多）， 廠房總高度超過40m。如果仍按常規(guī)思路設(shè)計，不僅設(shè)計上將耗費(fèi)大量的精力，而且今后在現(xiàn)場有可能還將作部分修改，影響工藝及建筑要求，更重要 的是工廠制作麻煩，現(xiàn)場吊裝及安裝復(fù)雜。 因此，在較多人字形及 K 形支撐中， 將常規(guī)設(shè)計中雙片支撐斜桿平面外的斜綴桿去除， H 形截面改成臥放，然后再做再分桿，在桿件計算長度不大的情況下 ，效果比較好，用鋼量也增加很少。在布置支撐時，每一單元長度內(nèi)的各柱列應(yīng)在其中部或接近中部的開間內(nèi)，沿柱全高設(shè)置一道柱間支撐 ，如結(jié)構(gòu)單元較長，宜在單元長度內(nèi)的 1/3 處的開間內(nèi)沿柱全高設(shè)置兩道柱間支撐 。 如結(jié)構(gòu)單元長度超過了縱向溫度區(qū)段長度規(guī)定的數(shù)值，或者兩道下柱支撐間距離大于 72m 時，應(yīng)計算柱間支撐的溫度應(yīng)力。在支撐 設(shè)計中， 廠房的縱向抗震設(shè)計是非常重要的一個環(huán)節(jié) ，計算模型取的正確與否 ，直接影響支撐的設(shè)計 。 根據(jù)屋蓋的形式以及圍護(hù)墻不同，有多質(zhì)點(diǎn)空間結(jié)構(gòu)分析法，修正剛度法，按柱列剛度比例分配的剛度分配法以及按柱列承受的 重力荷載代表值的比例分配的柱列法。 另外，由于中柱列的柱間支撐的 震 害 一般重于邊柱列的柱間支撐，在必要情況時 ，對中柱列的柱間支撐可以采用內(nèi) 力提高的方法，予以適當(dāng)加強(qiáng)。在本工程主廠房柱間支撐系統(tǒng)設(shè)計中， 由于工藝布置的要求，下柱支撐分別設(shè)置在二個不同跨度的區(qū)間內(nèi) ，其 中 2/G 軸 采 用 如 圖 2 所示的支撐布置形式 。在此縱向溫度區(qū)段內(nèi)柱間支撐計算方法如下： （ 1）手算 由于結(jié)構(gòu)和荷載等作用情況復(fù)雜 ，且跨度和形式不一致 ，需要反復(fù)進(jìn)行試算和迭代 ，計算工作量很大，而且效果不理想，其結(jié)果可用于截面的初選。 圖 2 某大型工程 2/G 軸的支撐布置形式 （ 2）機(jī)算 在手算粗估的基礎(chǔ)上，利用 PKPM 鋼結(jié)構(gòu)模塊 STS-2 進(jìn)行建模、分析和計算，考慮到軟件對模型節(jié)點(diǎn)總數(shù)的限制 ，僅取了下柱支撐進(jìn)行驗算 ，為了獲取兩種支 撐的剛度比 ，采用單位水平荷載作用下柱 頂節(jié)點(diǎn)的位移比 ，就可得出兩跨的 剛 度比 ，計算簡圖見圖 3，在計算模型中，柱與地面連接為鉸接 ，構(gòu)件與構(gòu)件之間連接均為鉸接 。然后將荷載作用下的構(gòu)件的應(yīng)力求出 ， 選出合理的可行的 截面 ，再重復(fù)求出剛度比，經(jīng)反復(fù)迭代后得到了可行的構(gòu)件截面。 6、支撐節(jié)點(diǎn)設(shè)計 支撐節(jié)點(diǎn)形式應(yīng)根據(jù)支撐構(gòu)件、柱及梁的截面形狀的不同，而采用合理的節(jié)點(diǎn)形式。 在本工程中，由于廠房總高大于 40m，很多區(qū)域的鋼結(jié)構(gòu)平臺超過 8 層，吊車噸位大，而且抗震設(shè)防烈度為 8 度 ，因此，不管是風(fēng)荷載起控制作用 ，還是地震力起控制 作用 ，廠房縱向水平力都是非常大的，鑒于以上情況 ，采用了 翼緣不帶拼材的栓焊混用連接形式，這種形式在高層鋼結(jié)構(gòu)中已普遍應(yīng)用 。 這種連接構(gòu)造具有施工快速 ，節(jié)約拼材 ，承載力強(qiáng) ，抗反復(fù)荷載性能良好等特 點(diǎn) 。螺栓采用摩擦型高強(qiáng)螺栓 ，它較普通螺栓具有承載力可靠 ，抗反復(fù)荷載性能優(yōu)良，及對大變形有良好的適應(yīng)性。 但是，這種連接形式一般采用先栓后焊，故螺栓預(yù)拉力有一些損失 ，在設(shè)計中，應(yīng)對螺栓 承載力留有一定的余量。 三、設(shè)計建議 在保證加工、安裝質(zhì)量的前提下 ,使支撐受拉桿不出現(xiàn)初始橫向 變形 ,采取使 X 型支撐桿件張緊的措施 ,從而使其在往復(fù)水平力作用下不出現(xiàn)傳力滯后現(xiàn)象 ,并使按受拉設(shè)計的柱間支撐能充分發(fā)揮支撐體系的作用 ,滿足廠房縱向結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和承載力要求 ,保證結(jié)構(gòu)的空間性能。柱間支撐桿件按受拉桿設(shè)計時 ,在支撐桿件截面一定的條件下 ,長細(xì)比 越大 ,臨界力 Pcr 越小 ,受壓桿件的壓應(yīng)力可忽略 ,則 =max -min越小 4 ,抗疲勞性越強(qiáng) ；當(dāng)支撐桿件按受壓桿設(shè)計時 ,在支撐桿件截面一定的條件下 ,長細(xì)比 越大 ,臨界力 Pcr 越小 ,受壓桿件的壓應(yīng)力不能忽略 ,則 =max -min 越大 4 ,抗疲勞性越 差。在相同的受力條件下 ,支撐構(gòu)件按受拉桿設(shè)計時 ,長細(xì)比 越大 ,支撐體系的受力性能越好 ；按受壓桿設(shè)計時 ,長細(xì)比 越小 ,支撐體系的受力性能越好。因此 ,在相同的受力條件下 ,支撐桿件按受拉桿設(shè)計比按受壓桿設(shè)計節(jié)約鋼材。 四、合理確定控制指標(biāo) 在重型單層鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計中需重點(diǎn)控制結(jié)構(gòu)構(gòu)件的長細(xì)比、柱的水平位移、受彎構(gòu)件的撓度等，應(yīng)重點(diǎn)控制以下指標(biāo) : 1、根據(jù) GB 50011 2010 建筑抗震設(shè)計規(guī)范規(guī)定，柱軸壓比 0. 2 時其長細(xì)比 150 ，軸壓比 0. 2 時其長 細(xì)比 120 235/f y。由于柱子是廠房最重要的承重構(gòu)件，同時為了確保結(jié)構(gòu)剛度，建議將重型單層鋼結(jié)構(gòu)廠房柱長細(xì)比控制在 60 100 范圍。 2、柱的綴條、吊車梁以下的柱間支撐、桁架的受壓桿件規(guī)范規(guī)定容許長細(xì)比為 150，考慮到重型廠房柱有重級工作制大噸位的吊車，同時屋蓋一般懸掛有檢修吊車所用的單軌吊，為了防止剛度過小引起震顫帶來的不利影響，建議長細(xì)比 120 。 3、屋蓋支撐、吊車梁以上的柱間支撐壓桿則按規(guī)范規(guī)定的容許長細(xì)比 200 控制。鋼屋架下弦桿、重級工作制吊車桁架的下弦桿一 般為拉桿，按 GB 50017 2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范第 5. 3. 9 條中有重級工作制吊車的情況控制長細(xì)比，其拉桿的容許長細(xì)比鋼屋架下弦桿為 250，重級工作制吊車桁架的下弦桿為 200。屋蓋支撐的拉桿建議按 350 控制。 4、由于廠房的縱向主要由柱間支撐抵抗水平地震作用和耗散地震能量，柱間支撐是震害多發(fā)部位。柱間支撐應(yīng)保證能通過節(jié)點(diǎn)連接有效傳遞地震作用，柱間支撐與構(gòu)件的連接 支撐桿件塑性承載力的 1.2 倍，支撐桿件的截面應(yīng)力比0. 75 。 5、廠房框 ( 排 ) 架的板件寬厚比的 限制是保證廠房框架 ( 排 ) 延性的關(guān)鍵指標(biāo)之一，也是影響單位面積耗鋼量的關(guān)鍵指標(biāo)。由于重型單層鋼結(jié)構(gòu)廠房采用輕型屋蓋，按 GB 50011 2010 建筑抗震設(shè)計規(guī)范的規(guī)定，輕型屋蓋廠房塑性耗能區(qū)板件寬厚比限制可根據(jù)其承載力的高低按性能目標(biāo)確定。塑性耗能區(qū)外板件寬厚比限制可采用現(xiàn)行 GB 50017 2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范彈性設(shè)計階段的板件寬厚比限值。 6、重型廠房有大噸位的吊車，并且一般為重級工作制，需控制吊車梁頂面處由一臺最大吊車水平荷載所產(chǎn)生的橫向位移不超過 Hc/1250，縱向位 移不超過 Hc/4 000，且在風(fēng)荷載作用下的柱頂位移不超過 H/400(Hc 為基礎(chǔ)頂至吊車梁頂面的距離， H 為柱總高 )。 7、受彎構(gòu)件的撓度值按下列要求控制 : 吊車梁以及吊車桁架不超過 l/1200，屋蓋桁架在所有荷載作用下不超過l/400，在活載作用下不超過 l/500，抗風(fēng)桁架 (作為連續(xù)支柱的支承時 ) 不超過 l/1000，帶有玻璃窗的橫梁 (豎向和水平方向 ) 不超過 l/200。若為了控制受彎構(gòu)件的撓度而計算出的構(gòu)件應(yīng)力比過小，在不影響使用和觀感的前提下，可對上述容許撓度值進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整和對受彎構(gòu)件預(yù)先 起拱，以節(jié)約投資。 五、結(jié)束語 綜上所述，就單層鋼結(jié)構(gòu)廠房的柱間支撐體系而言，鋼結(jié)構(gòu)廠房在人們生活中被運(yùn)用的越來越廣泛，但是仍然還是存在一些問題，所以，相信在以后的日中，隨著科學(xué)技術(shù)人員不斷的努力，會使社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展更上一層。 參考文獻(xiàn) 1徐永基 劉大海 鐘錫根 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計 陜西科學(xué)技術(shù)出版社 1993 年 2陳炯 姚忠 鋼結(jié)構(gòu)單層廠房橫向剛架抗震設(shè)計的若干問題及其分析和建議 鋼結(jié)構(gòu) 2008 年 3高小旺 建筑抗震設(shè)計規(guī)范理解與應(yīng)用 中國建筑 工業(yè)出版社 2002 年 文檔資料：淺析單層鋼結(jié)構(gòu)廠房的柱間支撐體系 完整下載 完整閱讀 全文下載 全文閱讀 免費(fèi)閱讀及下載 閱讀相關(guān)文檔 :淺析節(jié)約理念下的園林景觀設(shè)計 淺析石油化工廢水處理技術(shù) 淺析地鐵建設(shè)中通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 淺析化工工程項目管理 淺析橋梁現(xiàn)澆箱梁支架施工措施 淺析工程造價全過程的有效控制與管理 淺談輸電線路運(yùn)行及維護(hù)管理 淺析高速公路路基土石方施工管理 淺析建筑電氣設(shè)計存在的問題及主要對策 淺談路基灌砂法檢驗壓實(shí)度的影響因素 淺