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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(jì)

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:25:58 [收藏]

    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(jì)的思路及計(jì)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(zhǎng)246m=144m，第三跨縱長(zhǎng)116m=66m，總建筑面積7878m2（見圖1），每跨各設(shè)兩臺(tái)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(gè)開間各抽去一個(gè)中柱，加大開間為12m。
           初步設(shè)計(jì)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(zhǎng)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(jì)，組成跨度為12m高度為2m的雙壁式箱形桁架（見圖4，以下簡(jiǎn)稱雙壁桁架），可同時(shí)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(jì)算
           主要驗(yàn)算以下三部分內(nèi)容：
           1．門式剛架不同工況的計(jì)算
           計(jì)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(duì)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(yàn)算

           在計(jì)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(shí)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(jì)算
           雙壁桁架同時(shí)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(jì)算時(shí)可取單片桁架，即把空間桁架簡(jiǎn)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(jì)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(yàn)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(jì)算
           12m跨度雙壁桁架兩端支柱的縱向受力，比原6m柱距時(shí)增大。原柱斷面已不能滿足。經(jīng)驗(yàn)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(jì)算模型相適應(yīng)，使之符合計(jì)算模型的假定。
           1．下降式桁架受集中力時(shí)，力作用在下弦節(jié)點(diǎn)最為可靠。通過在兩片吊車桁架的下弦跨中節(jié)點(diǎn)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(diǎn)。同時(shí)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(shí)，從兩片吊車桁架中間穿過（見圖4），但暫不與桁架焊接，這時(shí)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(shí)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(gè)支托，作為鄰跨6m吊車梁的支點(diǎn)，兩者標(biāo)高取平（見圖5）。

    四、結(jié)語
           本工程設(shè)計(jì)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(jì)分離設(shè)置的托梁和吊車梁節(jié)省用鋼量達(dá)56%，同時(shí)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(jì)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(guó)計(jì)劃出版社，2003．
           2．鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50017-2003）．中國(guó)計(jì)劃出版社，2003．
           3．MTS建筑鋼結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)用戶手冊(cè)．同濟(jì)大學(xué)MTS開發(fā)組，2004．

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