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門式剛架輕鋼廠房屋蓋托架與吊車桁架的連體設(shè)計

作者:建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時間:2009-12-22 20:26:03 [收藏]

    (福州經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)建筑設(shè)計院)(福建省晉江市平盛鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司) 陳晟 陳學(xué)秉 潘家清

    [提 要] 介紹門式剛架輕鋼廠房有抽柱的工程中,將屋蓋托架和吊車桁架進行連體設(shè)計的思路及計算和構(gòu)造要領(lǐng)。
    [關(guān)鍵詞] 門式剛架 托架 吊車桁架

    一、工程概況
    福建省晉江市平盛鋼結(jié)構(gòu)公司為擴大生產(chǎn),調(diào)整廠區(qū)布局,新建一幢(21m+21m+26.44m)三跨門式剛架輕鋼廠房。新廠房的第一、二跨縱長246m=144m,第三跨縱長116m=66m,總建筑面積7878m2(見圖1),每跨各設(shè)兩臺5t單梁吊車。為了不影響生產(chǎn),工程分兩期進行:第一期,先建成第一、二跨,待其投產(chǎn)后拆除舊廠房;第二期,利用舊廠房的部分基礎(chǔ)和上部構(gòu)件加建第三跨。工藝要求在新廠房的兩端第一個開間各抽去一個中柱,加大開間為12m。
    初步設(shè)計按常規(guī)作法把此跨吊車梁由6m改為12m,屋蓋另加12m跨度托梁,兩者分離設(shè)置。廠家也已加工好吊車梁。由于吊車梁下有2m的高度空間可利用,而吊車梁的H鋼是按12m長度供貨,正好是托梁的跨度。由此啟發(fā)筆者,將屋蓋托架和吊車桁架進行連體設(shè)計,組成跨度為12m高度為2m的雙壁式箱形桁架(見圖4,以下簡稱雙壁桁架),可同時兼作吊車梁和托架。由于結(jié)構(gòu)優(yōu)化,構(gòu)件斷面能做得較小,節(jié)省了用鋼量,還加大了剛度,受力性能更好了。

    二、結(jié)構(gòu)計算
    主要驗算以下三部分內(nèi)容:
    1.門式剛架不同工況的計算
    計算采用同濟大學(xué)編制的MTSteel v5.0軟件。按廠房不同的部位及施工分步過程中可能出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)五種工況形式(見圖1、2),對各種最不利內(nèi)力組合情況進行強度、剛度、穩(wěn)定性等驗算。

    在計算模型中,雙壁桁架作為上段柱的彈簧支座。彈簧剛度K=R/Δ。Δ為支座Z向位移(即雙壁桁架的實際撓度),R為支座Z向反力。
    從電算結(jié)果可看出:1)抽中柱后,門式剛架的橫梁內(nèi)力變化不大,但邊柱的上段內(nèi)力有增大;2)工況Ⅴ抽邊柱后,邊支座有較大的水平力。相當(dāng)于半空中的雙壁桁架承受了較大平面外水平推力和扭距,結(jié)構(gòu)受力很不利,應(yīng)避免出現(xiàn)。
    2.雙壁桁架的計算
    雙壁桁架同時承受屋蓋荷載和吊車荷載,經(jīng)綜合考慮,采用雙壁式箱形桁架形式。兩片桁架上下弦平面各設(shè)置水平支撐桁架,雙壁之間設(shè)置垂直橫膈支撐,組成幾何不變體系,且具有較大的整體剛度。這樣上段柱傳來的屋蓋垂直力由兩片桁架平均分擔(dān),而兩側(cè)吊車的豎向力則由兩片桁架分別承擔(dān),避免了雙壁桁架因承受兩側(cè)不平衡吊車荷載而受扭。
    據(jù)此,計算時可取單片桁架,即把空間桁架簡化為受力明確的平面桁架(見圖3)。吊車荷載應(yīng)用影響線確定最不利布置。根據(jù)內(nèi)力計算的結(jié)果,下弦桿截面采用2L70707。第一根斜腹桿受力較大,故采用與下弦桿相同截面。其余斜腹桿采用2L50505,直腹桿采用2L63636。變形驗算結(jié)果桁架的最大撓度Δ=15mm,遠小于規(guī)范限值[Δ] = L/400 = 30mm。

    3.縱向柱列加強的計算
    12m跨度雙壁桁架兩端支柱的縱向受力,比原6m柱距時增大。原柱斷面已不能滿足。經(jīng)驗算,并考慮柱列外觀一致,下段柱改用與原柱相同截面高度的寬翼緣H鋼。
    三、構(gòu)造要領(lǐng)
    鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造作法應(yīng)與計算模型相適應(yīng),使之符合計算模型的假定。
    1.下降式桁架受集中力時,力作用在下弦節(jié)點最為可靠。通過在兩片吊車桁架的下弦跨中節(jié)點處架立兩根[10橫向短桿,夾托住被抽中柱的上段柱,把屋蓋集中荷載均分傳至桁架的下弦節(jié)點。同時在上弦位置用2L404橫向短桿與上弦桿焊接,使柱腳有近似2m高的固接,保證傳力可靠(見圖4)。
    2.圖1中注1位置的剛架邊柱在一期工程時,從兩片吊車桁架中間穿過(見圖4),但暫不與桁架焊接,這時門式剛架相當(dāng)于工況Ⅱ,支座水平推力作用到基礎(chǔ)。待二期工程建成第三跨,再把邊柱和桁架焊接,然后割除下柱,這時門式剛架變成工況Ⅳ。通過采取這種措施避免了出現(xiàn)工況Ⅴ。
    3.利用原先已加工好的兩跨6m連續(xù)吊車梁作為12m雙壁桁架上弦桿。雙壁桁架端部做個支托,作為鄰跨6m吊車梁的支點,兩者標(biāo)高取平(見圖5)。

    四、結(jié)語
    本工程設(shè)計及施工由福建省晉江市平盛鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司完成。雙壁桁架比初步設(shè)計分離設(shè)置的托梁和吊車梁節(jié)省用鋼量達56%,同時還改善了受力性能,使結(jié)構(gòu)更經(jīng)濟、更合理。這種設(shè)計方法可供類似工程和其它改擴建工程參考。

    參考文獻
    1.門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(CECS 102:2002).中國計劃出版社,2003.
    2.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB 50017-2003).中國計劃出版社,2003.
    3.MTS建筑鋼結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計系統(tǒng)用戶手冊.同濟大學(xué)MTS開發(fā)組,2004.

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