毛灘水電站機電物資倉庫結(jié)構(gòu)設(shè)計淺析

朱自強

(四川水利職業(yè)技術(shù)學院，四川 崇州，611231)

毛灘水電站機電物資倉庫結(jié)構(gòu)設(shè)計淺析

朱自強

(四川水利職業(yè)技術(shù)學院，四川 崇州，611231)

本文以夾江縣毛灘水電站機電物資倉庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計為實例，從設(shè)計要求、地基基礎(chǔ)工程、主體結(jié)構(gòu)設(shè)計等幾個方面，對工業(yè)建筑的設(shè)計作了一個簡單論述。

毛灘水電站 倉庫 結(jié)構(gòu)設(shè)計

1 工程概況

毛灘水電站位于夾江縣順河鄉(xiāng)境內(nèi)的青衣江干流，屬于千佛巖電站至青衣江匯口河段推薦的兩級規(guī)劃方案中的第一級電站，采用河床式長尾水渠開發(fā)方式，主要任務(wù)為發(fā)電，兼具備防洪、灌溉以及城市生活用水、工業(yè)及景觀用水等功能，遠期長征渠修建后，服從長征渠灌溉用水及余水發(fā)電。

電站為混合式開發(fā)，水庫正常蓄水位406.0m，回水至夾江水文站下游約0.8km，額定水頭17m。電站設(shè)計引用流量531m3/s，電站裝機102MW，水庫總庫容3×107m3，多年平均發(fā)電量4.8853×108kW·h，主要水工建筑物有廠房、儲門槽、沖沙閘、泄洪閘、尾水渠、左右岸防洪堤等工程。

該項目為毛灘水電站附屬機電物資倉庫，其主要功能為存放電站所需要的配套設(shè)備及相關(guān)物資。倉庫位于毛灘電站廠房以東，電站職工宿舍以北16m。倉庫建筑為地上1層，局部夾層，建筑縱向長度為42.0m，橫向長度為18.9m，高度11.3m，建筑面積684m2。建筑安全等級、耐火等級、屋面防水均為二級，設(shè)計使用年限為50年。機電物資倉庫功能上由三部分組成：設(shè)備倉庫，工具倉庫，儲藏與值班室。本文重點介紹如何選擇經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)形式，從設(shè)計要求、地基基礎(chǔ)工程、主體結(jié)構(gòu)設(shè)計等幾個方面，簡述工業(yè)建筑設(shè)計。

單位：mm

2 設(shè)計要求

該倉庫建筑為普通工業(yè)建筑，結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限為50年，安全等級為二級，地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為乙級，建筑耐火地面以上住宅部分為一級，砌體結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量控制等級為B級，抗震設(shè)防烈度為7度，對應(yīng)于設(shè)計基本地震加速度值為0.1g，設(shè)計地震分組為第一組。根據(jù)本工程建筑使用功能，本工程建筑抗震設(shè)防類別為標準設(shè)防類，框架抗震等級為三級。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范，荷載取值如表1所示。

表1 結(jié)構(gòu)荷載取值

該倉庫建筑剖面見圖1，平面布置見圖2。

圖2 倉庫平面布置

3 地基基礎(chǔ)工程

3.1 由于工程為回填土地基，土層夯實不夠，根據(jù)甲方提供的地質(zhì)勘查資料，基坑開挖后，必須進行地基處理。地基處理建議采用換填法，換填后應(yīng)進行分層壓實，換填深度應(yīng)由計算確定，具體處理要求詳見《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79-2012。地基處理應(yīng)由具有相應(yīng)資質(zhì)的地基處理單位進行，處理后的地基承載力特征值要求達到fak=120kPa，地基壓縮模量Es達到7.8MPa。

3.2 基礎(chǔ)采用柱下鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)，部分采用雙柱與多柱聯(lián)合基礎(chǔ)，并加設(shè)基礎(chǔ)梁，基礎(chǔ)梁尺寸為250mm×550mm?；A(chǔ)尺寸設(shè)計方法如下：

(1)先進行深度修正，確定深度修正后的地基承載力特征值；

(2)視荷載的偏心情況，將按軸心荷載計算所得的基底面積放大1.1～1.4倍，即：

(3)取基底的長邊L與短邊B的比值n(一般n≤2)，即：B=SQRT(A/n)；L=nB

(4)檢查所求的寬度是否需要進行寬度修正，若需要進行寬度修正應(yīng)該要重復(fù)步驟(1)、(2)、(3)；

(5)計算偏心距e與基底最大基底壓力Pmax是否滿足，若不滿足需要重新調(diào)整基地尺寸，直至滿足要求為止。

根據(jù)計算地基尺寸如圖3所示，基礎(chǔ)的埋深不小于2.5m，基礎(chǔ)置入持力土層內(nèi)深度不應(yīng)小于200mm，地基承載力特征值按fak=120kPa設(shè)計。基礎(chǔ)開挖前必須采取排水措施，基礎(chǔ)開挖后應(yīng)通知有關(guān)人員驗槽。

3.3 底層填充墻下部未設(shè)置基礎(chǔ)梁的，由填充墻基礎(chǔ)承擔荷載，構(gòu)造做法詳見相應(yīng)大樣圖。

3.4 主筋保護層厚度：基礎(chǔ)底邊40mm；側(cè)邊70mm；基礎(chǔ)梁30mm。

3.5 基礎(chǔ)鋼筋最小錨固長度，HPB300級為30d，HRB335級為29d，HRB400級為35d。

3.6 混凝土：基礎(chǔ)墊層C15，基礎(chǔ)、基礎(chǔ)梁C30。

圖3 基礎(chǔ)平面布置

4 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.1 概況及結(jié)構(gòu)選型。本工程為單層工業(yè)建筑，單層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋面為輕鋼無梁拱形屋面(無梁拱廠家配合提供相應(yīng)技術(shù)資料)。(圖3)縱向長度為42.0m，橫向長度為18.9m，建筑高度為11.3m，吊車起重量為10t(A3)，吊車軌頂標高為7.8m。

4.2 地基基礎(chǔ)。采用柱下獨立基礎(chǔ)，并加設(shè)基礎(chǔ)梁(圖3)?；A(chǔ)的埋深不小于2.5m，基礎(chǔ)置入持力土層內(nèi)深度不應(yīng)小于200mm，地基承載力特征值按fak=120kPa設(shè)計。

4.3 主要荷載。水平荷載主要為基本風荷載和地震水平荷載，上部輕鋼結(jié)構(gòu)不進行混凝土結(jié)構(gòu)體系建模，但水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的內(nèi)力隨高度增加，且對頂柱有大偏心作用需要考慮，因此建立模型時應(yīng)按照倒三角形荷載計算。豎向荷載主要為結(jié)構(gòu)自重與活荷載，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)與荷載規(guī)范計算確定。吊車荷載由吊車廠家規(guī)格中級吊車確定，暫按起重量10t、跨度17m確定最大輪壓和最小輪壓。

4.4 柱截面設(shè)計。柱截面尺寸設(shè)計宜符合下列要求：矩形截面柱的邊長，非抗震設(shè)計時不宜小于250mm，抗震設(shè)計時不宜小于300mm；圓柱截面直徑不宜小于350mm；柱剪跨比宜大于2；柱截面高寬比不宜大于3。因此確定主要柱斷面為500mm×800mm。

4.5 梁截面設(shè)計。梁截面尺寸選擇取決于梁的跨度，框架結(jié)構(gòu)的主梁截面高度hb可按(1/10～1/18)lb確定(lb為主梁計算跨度)，梁凈跨與截面高度之比不宜小于4。梁的截面寬度不宜小于200mm，梁截面的高寬比不宜大于4。因此確定主要剛架梁斷面為250mm×550mm。

4.6 主要材料選用。主筋保護層厚度:基礎(chǔ)底邊40mm，側(cè)邊70mm，基礎(chǔ)梁30mm。基礎(chǔ)鋼筋最小錨固長度：HPB300級為30d，HRB335級為29d，HRB400級為35d?；炷粒夯A(chǔ)墊層C15，基礎(chǔ)、基礎(chǔ)梁C30。

4.7 分析。由于建筑為機電物資倉庫，根據(jù)其建筑規(guī)模和用途，結(jié)構(gòu)形式采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。柱網(wǎng)采用6.3m×6m，柱截面尺寸均為500mm×800mm，不同標高縱向受力鋼筋和箍筋配置有所不同，鋼筋根據(jù)計算確定。牛腿截面下柱500mm×800mm，上柱400mm×500mm。軸向框架梁截面350mm×1100mm；①、⑦軸向框架梁截面350mm×1100mm(梁高取至窗洞頂)，②～⑥軸向450mm×1250mm(梁高按跨度1/12取)；軸向連梁取300mm×900mm，①～⑦軸向之間的連梁取300mm×950mm。柱子與柱子之間不需要設(shè)置支撐，沿砌體高度每隔4m設(shè)置水平鋼筋混凝土連系梁(圈梁)，圈梁與框架柱連接且沿墻全長貫通。形成一個完整的整體空間結(jié)構(gòu)體系，體系由全現(xiàn)澆混凝土樓蓋與縱、橫兩向抗側(cè)構(gòu)件連接在一起，由能承受豎向荷載和抵抗水平側(cè)向荷載的結(jié)構(gòu)共同組成。

在PKPM計算軟件中，選擇“SATWE”計算程序，程序里面輸入條件“部分參數(shù)的合理選取和有關(guān)計算原則說明”。由于倉庫中存在夾層，因此在計算中吊車牛腿處應(yīng)該再單獨設(shè)置一個樓層作為計算樓層。在吊車軌道中，吊車梁應(yīng)按“T”型截面考慮(b×h=250mm×1000mm，bf′=500mm，hf′=150mm)，牛腿面的標高即為吊車軌道面的標高(吊車與軌道由廠家提供，訂貨以后還可以根據(jù)其技術(shù)要求調(diào)整)。除此外，在該計算層的①軸和⑦軸還布置了b×h=250mm×550mm的框架梁(梁面標高8.000m，與吊車軌道梁面標高相同)，形成了水平縱向的雙向抗側(cè)向力結(jié)構(gòu)。

將荷載以及結(jié)構(gòu)模型導入PKPM，采用“SATWE”進行計算得出結(jié)果。

5 結(jié)語

目前工業(yè)廠房建筑主要采用鋼結(jié)構(gòu)，但鋼結(jié)構(gòu)存在成本較高和焊接質(zhì)量不易控制等問題，本項目采用的是鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，具有成本較低易于取材等優(yōu)點。

結(jié)構(gòu)設(shè)計上本項目采用PKPM系列計算軟件的三維空間有限元SATWE程序，設(shè)計過程合理科學，空間上具有較好的水平與豎向剛度，安全可靠。該工業(yè)廠房已建成并投入使用。

〔1〕劉錫良.一種新型空間鋼結(jié)構(gòu)——銀河金屬拱型波紋屋頂[J].建筑結(jié)構(gòu)學報，1996，(4).

〔2〕朱黎心.銀河金屬拱型波紋屋頂設(shè)計、制作與安裝技術(shù)[J].建筑知識，1997，(4).

〔3〕吳洪林.某廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計概況[J].土木建筑學術(shù)文庫，2008.

〔4〕黃新華.某物資倉庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計探析[J].廣西城鎮(zhèn)建設(shè)，2006.

〔5〕沈蒲生.結(jié)構(gòu)分析的計算方法(第2版)[M].長沙:湖南科學技術(shù)出版社，1994.

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2095-1809(2016)04-0058-03