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沈陽建筑門窗有限公司塑鋼門窗組裝車間及附屬用房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

作者：晏行寬等    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:10 [收藏]
沈陽建筑門窗有限公司塑鋼門窗組裝車間及附屬用房為結(jié)構(gòu)復(fù)雜多層鋼結(jié)構(gòu)建筑，結(jié)構(gòu)體系采用鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)，輕型彩鋼板復(fù)合屋面。本文介紹結(jié)構(gòu)方案、整體分析、梁柱連接節(jié)點(diǎn)等設(shè)計(jì)的相關(guān)問題。
    關(guān)健詞：結(jié)構(gòu)體系 鋼結(jié)構(gòu) 輕型彩鋼板復(fù)合屋面

    一.工程概況
    沈陽建筑門窗有限公司塑鋼門窗組裝車間及附屬用房為沈陽市東陵區(qū)最大鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目，建筑平面呈不等邊且不規(guī)則多邊形，總建筑面積為78360m2。根據(jù)建筑需要，廠房內(nèi)部不允許設(shè)計(jì)鋼支撐，僅建筑外圍可設(shè)鋼支撐，故整體結(jié)構(gòu)基本采用鋼框架結(jié)構(gòu)，由部分需要設(shè)置鋼支撐；樓蓋采用焊接H型鋼+壓型鋼板組合樓板，屋蓋采用C型鋼+雙層壓型彩板內(nèi)填充200厚離心超細(xì)玻璃絲棉卷氈，外墻采用C型鋼+雙層壓型彩板內(nèi)填充200厚離心超細(xì)玻璃絲棉卷氈。車間內(nèi)設(shè)三部自動(dòng)扶梯，四部垂直電梯。
    二.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
    （1） 建筑平面呈不等邊且不規(guī)則多邊形，詳見圖一，大頭寬192.5m，小頭寬87.1m，長(zhǎng)度為226.1m，并在長(zhǎng)度方向110m左右設(shè)置一道變形縫，此次重點(diǎn)介紹變形縫以下部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，底層柱網(wǎng)主要采用9m*9m，部分采用13m*9m；頂層由于是輕型屋面，為了更經(jīng)濟(jì)，采取抽柱處理，柱網(wǎng)主要采用18m*9m。
    （2） 根據(jù)建筑需要，屋面高度不在同一面，導(dǎo)致屋面復(fù)雜，也使整個(gè)結(jié)構(gòu)體型復(fù)雜，見附圖二。
    （3） 變形縫以下一層圍護(hù)大面積采用玻璃廚窗，不宜設(shè)置柱間支撐，故結(jié)構(gòu)采用鋼框架結(jié)構(gòu)體系， H型鋼柱，樓面H型鋼梁，屋面H型鋼梁（部分采用變截面H型鋼梁）。
    （4） 樓蓋采用焊接H型鋼+壓型鋼板組合樓板，樓板總厚度為140mm；屋蓋采用C型鋼+雙層壓型彩板內(nèi)填充200厚離心超細(xì)玻璃絲棉卷氈。
    （5） 根據(jù)建筑體系及排水特點(diǎn)，取典型橫向剖面剛架如圖三所示，主要跨度在9m，僅支承二層樓面柱為H300X280X8X14；二層處下層柱為H400X280X10X14，上層柱為H400X250X6X10；三層處下層柱為H400X390X10X18，上層柱為H400X250X6X10；樓面梁為H800X220X8X14，屋面梁分別為H（700~400）X220X6X12、H400X180X5X8、H（400~700）X220X6X12。
    （6） 根據(jù)體系及排水特點(diǎn)，取典型縱向剖面剛架如圖四所示，左邊第一跨為13m，兩邊柱為H500X450X16X25，樓面梁為H1100X250X10X18，屋面梁為H580X180X8X10，其它跨均為9m，下層柱為H400X390X10X18，上層柱為H400X250X6X10；樓面梁二層為H500X180X8X10，三層為H750X220X8X14，屋面梁為H250X180X5X8。


    （7） H型截面柱的布置：由于H型截面強(qiáng)弱軸方向的截面特性差別輕大，所以截面強(qiáng)弱軸方向的布置對(duì)截面能否充份發(fā)揮起至關(guān)重要的作用，決定此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否經(jīng)濟(jì)合理；根據(jù)附圖三可知，H型截面柱強(qiáng)軸應(yīng)在紙的平面內(nèi)，根據(jù)附圖四可知，左邊第一跨兩個(gè)H型截面柱強(qiáng)軸在紙的平面內(nèi)，結(jié)合附圖三其它H型截面柱強(qiáng)軸垂直紙的平面；按上面布置H型截面柱時(shí)抗震整體性控制比所有H型截面柱強(qiáng)軸均為同一方向要好。
    （8） 部分鋼柱采用鋼管柱：如附圖五中幾個(gè)不同角度梁相交處柱采用鋼管柱時(shí)加工及定位會(huì)帶來極大方便，比H型柱受力更合理，比箱型柱更經(jīng)濟(jì)，梁柱連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)更方便，結(jié)合上述優(yōu)點(diǎn)與此相同處均采用鋼管柱。
    （9） 材料：
    混凝土強(qiáng)度等級(jí)：組合樓板為C30。
    鋼材：
    a.鋼筋：直徑<12mm為HPB235，12mm<=直徑<=18mm為HRB335。
    b.鋼構(gòu)件材質(zhì)：所有主梁及柱均為焊接H型鋼，鋼號(hào)為Q345B；次梁為焊接H型鋼，鋼號(hào)為Q235B；其它次結(jié)構(gòu)Q235。
    c.樓承板：最小屈服強(qiáng)度為300Mpa，肋高51mm，壓型鋼板厚度為1.0mm；由于此樓承板在施工階段不滿足要求，而在跨中設(shè)一支撐能滿足要求，故在施工時(shí)需在跨中設(shè)置臨時(shí)支撐。
    三.計(jì)算分析
    （1） 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型和分析程序：
    本工程由于結(jié)構(gòu)體型變化復(fù)雜，錯(cuò)層較多，因此采用了PKPM系列中STS及PMSAP（復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)軟件）進(jìn)行計(jì)算分析，樓板分別采用剛性和彈性假定進(jìn)行計(jì)算，以考慮結(jié)構(gòu)分析的正確性。
    （2） 設(shè)計(jì)參數(shù)

    （3） 彈性分析結(jié)果
    結(jié)構(gòu)采用PKPM鋼結(jié)構(gòu)軟件STS（PMSAP）程序，按剛性樓板計(jì)算，主要計(jì)算結(jié)果見表一：

    四.鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
    本工程節(jié)點(diǎn)類型主要可歸并為以下兩大類型：
    （一） H型梁與H型柱連接節(jié)點(diǎn)；
    （1） 樓面采用栓焊連接節(jié)點(diǎn)，采用柱貫通型，梁翼緣與柱采用坡口全熔透焊接連接，梁腹板與柱采用摩擦型高強(qiáng)螺栓連接，并應(yīng)滿足相關(guān)構(gòu)造規(guī)定，如圖a所示。
    （2） 屋面連接節(jié)點(diǎn)結(jié)合施工方便，采用高強(qiáng)度螺栓端板連接，如圖b所示。
    （二） H型梁與鋼管柱連接節(jié)點(diǎn)；
    樓面及屋面采用栓焊連接節(jié)點(diǎn)，采用柱貫通型，梁翼緣與柱采用坡口全熔透焊接連接，梁腹板與柱采用摩擦型高強(qiáng)螺栓連接，在柱外梁翼板位置設(shè)外加強(qiáng)環(huán)板，環(huán)板與柱采用坡口全熔透焊縫連接，環(huán)板的厚度和寬度通過計(jì)算確定，并應(yīng)滿足相關(guān)構(gòu)造規(guī)定，如圖c、d所示。

    五.結(jié)構(gòu)用鋼量
    通過計(jì)算，上部結(jié)構(gòu)總設(shè)計(jì)用鋼量為13935T。單位用鋼量為177.8kg/m2。
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