門式剛架頂層的錯(cuò)層框架設(shè)計(jì)實(shí)例分析

施文龍

【摘要】本文列舉了一個(gè)多層的鋼結(jié)構(gòu)的廠房為例，深入地進(jìn)行了分析關(guān)于頂層是門式剛架的一種錯(cuò)層鋼結(jié)構(gòu)的框架房屋的構(gòu)造措施與結(jié)構(gòu)布置，并且對(duì)一些主要的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入的討論。

【關(guān)鍵詞】多層框架鋼的結(jié)構(gòu)；門式剛架；錯(cuò)層

【Abstract】This article lists a multilayer steel plant， for example， in-depth analyzes on the top floor it is structural measures and structural arrangement of a split-level portal frame steel frame houses and some of the major node design in-depth discussion.

【Key words】Multi-frame steel structure；Portal frame；Split

1. 前言

本工程鋼結(jié)構(gòu)的廠房區(qū)域長(zhǎng)是93.5米，寬55米，柱距是11.5米+8.5米X8+7米X2， 跨度18.5米+18米+18.5米， 柱頂標(biāo)高是16.4米，其中8軸到15軸的區(qū)域夾層標(biāo)高是11.5米，15軸到19軸的區(qū)域夾層標(biāo)高是8米，屋面墻面的圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用的是鋼結(jié)構(gòu)的檀條外鋪壓型的一種鋼板，它的基本風(fēng)壓是0.60KN/m2，而地面的粗糙度為B類，同時(shí)雪荷載是0.8KN/m2，并且抗震設(shè)防烈度為7度，其它的設(shè)計(jì)地震的分組是第三組，設(shè)計(jì)的基本加速度的值為0.10g，建筑場(chǎng)地的類別三類，抗震的設(shè)防類別為丙類，抗震等級(jí)是四級(jí)。

2. 結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析

2.1PKPM2010版的軟件鋼結(jié)構(gòu)的框架模塊來進(jìn)行對(duì)三維整體的建模，運(yùn)用SATWE做模型的分析和計(jì)算。

（1）主屋面的標(biāo)準(zhǔn)層應(yīng)該根據(jù)建筑的坡度來設(shè)置它的鋼梁以及其他的構(gòu)件的斜度。夾層面是框架結(jié)構(gòu)，而且主框架梁和鋼柱雙向剛進(jìn)行相接，次梁和框架梁進(jìn)行連接鉸接，樓面開洞必須必須按照實(shí)際的情況來進(jìn)行布置的全房間洞，同時(shí)也要考慮到樓梯的一些影響。屋面是壓型鋼板的，所以屋面的標(biāo)準(zhǔn)層樓板的厚度應(yīng)該是0，在主設(shè)結(jié)構(gòu)中不應(yīng)該考慮壓型鋼板應(yīng)力蒙皮的效應(yīng)，把屋面所有的節(jié)點(diǎn)作為彈性節(jié)點(diǎn)。

（2）模型中把頂層門式剛架的鋼梁和鋼柱進(jìn)行分別定義是門式剛架梁后與門式鋼柱架，它們將按照相關(guān)的門剛規(guī)程進(jìn)行設(shè)計(jì)，它的計(jì)算長(zhǎng)度必須得到一定的修改。門式剛架梁平面外的計(jì)算長(zhǎng)度應(yīng)取屋面隅撐的間距，大部分是兩個(gè)檀距之間取3米，而門式剛架柱平面外的計(jì)算長(zhǎng)度一樣可以取墻面隅撐的間距，如果墻面的檀條上沒有設(shè)置隅撐，那么它的平面外的計(jì)算長(zhǎng)度就不能調(diào)整。同時(shí)頂層門式剛架柱平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度的系數(shù)也應(yīng)該進(jìn)行手工修改，但必須根據(jù)實(shí)際的情況，在PKPM2010版的軟件鋼結(jié)構(gòu)與門式剛架的模塊中，應(yīng)該建立起剛架二維模型，進(jìn)行分別計(jì)算，在得出了頂層門式的剛架柱計(jì)算長(zhǎng)度的系數(shù)時(shí)，這時(shí)就可以替換三維框架模型當(dāng)中的把相應(yīng)鋼柱的一些計(jì)算長(zhǎng)度的系數(shù)進(jìn)行代入。因?yàn)檫@種的二維模型在最大的限度上模擬了頂層門式剛架在幾種荷載作用下進(jìn)行的受力與變形，所以可以把他們當(dāng)做框架模型中的頂層結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的重要根據(jù)。

2.2頂層門式剛架的平面外應(yīng)力。

（1）一般是通過對(duì)屋面的水平支撐與柱間支撐來進(jìn)行傳遞的，根據(jù)相關(guān)規(guī)程對(duì)屋面的水平支撐與柱間支撐都可以采用圓鋼構(gòu)件的方法，并且按照相應(yīng)的單位桿做出設(shè)計(jì)，它的長(zhǎng)細(xì)比并沒有限值的要求，而此軟件在對(duì)框架模型中的支撐桿件都是默認(rèn)的按照壓桿進(jìn)行設(shè)計(jì)的，在計(jì)算結(jié)果中它的長(zhǎng)細(xì)比顯示超出了壓桿的限值，所以需要對(duì)柱間支撐與水平支撐進(jìn)行另外的補(bǔ)充驗(yàn)算。頂層的面荷載需要修改成單邊受力，而作用在門式剛架的梁上。

（2）整體框架的模型按照不規(guī)則的結(jié)構(gòu)做出計(jì)算，并且要考慮到雙向地震的作用，整體分析要采用總剛分析的方法，值得注意的是在計(jì)算機(jī)的構(gòu)件內(nèi)力、地震的作用時(shí)，不可以選擇樓板的剛性假定，而應(yīng)該在計(jì)算樓層最大水平的位移與層間位移時(shí)要強(qiáng)制對(duì)樓板剛性進(jìn)行假定，這時(shí)的位移限值要再次和規(guī)范做出比較，在需要對(duì)框架模型做兩次的分析與計(jì)算，并分別強(qiáng)制樓板的剛性與不強(qiáng)制樓板的剛性。

（3）按照《抗震規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，模型計(jì)算振型數(shù)要保證振型的參與質(zhì)量到達(dá)總質(zhì)量的90%，在考慮到樓板剛性的假定時(shí)，除了屋面的層外，其它的標(biāo)準(zhǔn)層都是剛性板，并且每個(gè)層僅有三個(gè)獨(dú)立平動(dòng)自由度，其振型數(shù)是3N。在地震的作用下，就會(huì)出現(xiàn)兩層錯(cuò)層的構(gòu)件的變形不同，從而使錯(cuò)層這個(gè)地方的構(gòu)件的變形是較大的振型，但是這些都是一些高階的振型，它所產(chǎn)生地震的作用是很小的。參與常規(guī)的反映譜計(jì)算振型還是以整體的變形振型為主要部分，兩個(gè)錯(cuò)層平面間的相對(duì)變形并不明顯，而錯(cuò)層樓板在一般的情況下是不產(chǎn)生一些相對(duì)運(yùn)動(dòng)的。在此工程中，樓面的荷載較小，重力的代表值相對(duì)于混凝土錯(cuò)層剪力墻的結(jié)構(gòu)要小很多，在經(jīng)過計(jì)算以后，在前100個(gè)的振型里都沒有出現(xiàn)兩錯(cuò)層的平面間有相對(duì)變形明顯的一些振型，在另外的方面，因?yàn)樵阱e(cuò)層的分界處箱型框架柱的高度明顯減小，因此，它的剛度就會(huì)增大，同時(shí)分配到的一些剪力也會(huì)同時(shí)增大，結(jié)構(gòu)整體的變形或者層間的相對(duì)變形在它的上方會(huì)產(chǎn)生一些附加的內(nèi)力，這個(gè)工程為了保證結(jié)構(gòu)的安全性，把錯(cuò)層分界處箱型框架柱的應(yīng)力應(yīng)該控制在0.5以內(nèi)，如果這樣做的話就會(huì)把地震的內(nèi)力乘以增大的系數(shù)，這個(gè)地方的構(gòu)件就會(huì)得到滿足。

2.3為了進(jìn)一步真實(shí)的檢驗(yàn)框架的結(jié)構(gòu)各層和上一層受剪承載力相比，需要把各錯(cuò)層的結(jié)構(gòu)分解開來，進(jìn)行單獨(dú)的計(jì)算與分析。8軸到15軸之間的區(qū)域框架中的11.5米的標(biāo)準(zhǔn)層是第一層，而計(jì)算要和上一層受剪承載力的比是1.22，15軸到19軸之間的區(qū)域是用單獨(dú)框做計(jì)算的，8米的標(biāo)準(zhǔn)層是第一層，而計(jì)算要和上一層的比是1.38，這些都大于規(guī)范所規(guī)定的0.65。

3. 主要節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算

必須按照計(jì)算的模型與規(guī)范的規(guī)定對(duì)構(gòu)造措施做出節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，同時(shí)傳力要明確、構(gòu)造要合理、制作要方便，在考慮到環(huán)境條件與工藝水平的制約時(shí)，要努力提高現(xiàn)場(chǎng)的安裝就位的一些便利程度，有些情況下，要甚至考慮到現(xiàn)場(chǎng)可能出現(xiàn)安裝的誤差、基礎(chǔ)沉降以及結(jié)構(gòu)變形等等的一些因素影響，下面對(duì)一些主要的節(jié)點(diǎn)做出分析。

3.1大多數(shù)時(shí)候采用外露式的平板的剛接柱腳，它的基礎(chǔ)混凝土的短柱上的預(yù)埋錨栓，以及現(xiàn)場(chǎng)和鋼柱定位的連接，是為了方便控制現(xiàn)場(chǎng)的一些誤差，需要在柱地板和基礎(chǔ)頂面之間預(yù)留50毫米的空隙，然后澆一些微膨脹的細(xì)石混凝土將其填充密實(shí)，柱底板下可以通過一些小墊塊來調(diào)整鋼柱的豎直度與標(biāo)高，也可以使用螺母調(diào)節(jié)。要引起注意的是，鋼柱下加設(shè)一些抗剪鍵來進(jìn)行幫助對(duì)抵抗鋼柱柱腳一些水平的剪力，這個(gè)時(shí)候基礎(chǔ)混凝土的頂面需要按照抗剪鍵的一些深度與大小做出預(yù)留的抗剪槽。同時(shí)柱腳也可以運(yùn)用像埋入式以及埋入式柱腳，這些都應(yīng)該來由計(jì)算而確定，并且要大于或者等于鋼柱截面的高度的2.5倍。

3.2框架柱和框架梁運(yùn)用栓焊的混合連接的方式，就是用鋼柱和梁翼緣來采用一些全熔透的一種對(duì)接焊縫的連接，鋼柱和梁腹板通過對(duì)雙面夾板用一種摩擦型的高強(qiáng)螺栓來進(jìn)行連接。因?yàn)橄湫椭膬?nèi)加勁做法的加工不容易，有時(shí)就會(huì)運(yùn)用一種貫通板來進(jìn)行連接，在節(jié)點(diǎn)的域處把箱型的構(gòu)件先斷開再進(jìn)行對(duì)接?？蚣艿墓?jié)點(diǎn)需要依據(jù)《抗震規(guī)范》中規(guī)定的進(jìn)行墻柱的弱梁的極限承載力來進(jìn)行驗(yàn)算，同時(shí)也要按照其他的條款對(duì)抗側(cè)力構(gòu)件進(jìn)行連接計(jì)算。最好運(yùn)用狗骨形連接、梁端加蓋板以及梁端部擴(kuò)大形的連接，把塑性的鉸自梁端進(jìn)行外移。

4. 結(jié)束語

在頂層運(yùn)用門式剛架的一種多層框架結(jié)構(gòu)它不僅能夠滿足對(duì)頂層建筑的大開間要求，而且實(shí)現(xiàn)了輕型屋面的坡度造型需要，并在其用鋼量方面也比普通的框架結(jié)構(gòu)要小。當(dāng)樓面的開洞比較多以及出現(xiàn)錯(cuò)層的一些工程中，必須要建立起和實(shí)際的情況相吻合的模型，依據(jù)相關(guān)的規(guī)范做出不規(guī)則的情況下的分析與設(shè)計(jì)，并且要充分考慮到薄弱構(gòu)件與應(yīng)力集中處的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造措施與施工工藝等。

參考文獻(xiàn)

[1]朱金坤，夏長(zhǎng)春，劉斌等.某公寓鋼結(jié)構(gòu)改造結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[C].//第七屆全國(guó)省際鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)組織經(jīng)濟(jì)技術(shù)協(xié)作會(huì)暨2011年江蘇省鋼結(jié)構(gòu)年會(huì)江蘇省鋼結(jié)構(gòu)新技術(shù)研討會(huì)論文集.2011：49～51.

[2]陳績(jī).關(guān)于多層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系綜述[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011，（18）：31～31.

[3]李愛玲.鋼結(jié)構(gòu)交錯(cuò)桁架經(jīng)濟(jì)性分析[D].長(zhǎng)沙理工大學(xué)，2010.

[4]李耀學(xué).多層鋼結(jié)構(gòu)住宅體系及性能探析[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2011，23（23）：316～317.

[5]朱俊民.鋼結(jié)構(gòu)住宅不同結(jié)構(gòu)體系的對(duì)比分析[J].浙江建筑，2007，24（3）：10～12.

[文章編號(hào)]1619-2737（2015）04-26-370