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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(jì)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(jìn)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(kuò)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(jìn)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(jìn)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(jì)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(jìn)行強(qiáng)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(yuǎn)小于規(guī)范限值[Δ] = L/400 = 30mm。

    3．縱向柱列加強(qiáng)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(dá)56%，同時還改善了受力性能，使結(jié)構(gòu)更經(jīng)濟(jì)、更合理。這種設(shè)計方法可供類似工程和其它改擴(kuò)建工程參考。

    參考文獻(xiàn)
    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(jì)大學(xué)MTS開發(fā)組，2004．

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