門式鋼架廠房的抗震設(shè)計與思考

寧琬歆

摘 要：中車青島四方機車車輛股份有限公司動車組次輪五級檢修建設(shè)項目總裝車體聯(lián)合廠房為單層門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)廠房。本文結(jié)合工作實際，對門式鋼架工業(yè)廠房的抗震設(shè)計進行分析說明，探討門式鋼架工業(yè)廠房的抗震設(shè)計注意事項，以便更好地增強門式鋼架工業(yè)廠房的抗震性能，為其他類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；門式鋼架；抗震設(shè)計

1 工程概況

本總裝車體聯(lián)合廠房是單層門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)廠房。本工程所在場地的抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計基本地震加速度為0.05g，設(shè)計地震分組為第一組，Ⅱ類場地，重現(xiàn)期50年，基本風壓0.60kN/m2，基本雪壓0.25kN/m2。

根據(jù)工藝廠房布置在建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計方面主要是滿足采光、通風、生產(chǎn)流水線暢通，吊車起重噸位與高度的要求，跨度與柱網(wǎng)尺寸盡量標準化和模數(shù)化，以便較多采用國家現(xiàn)行的各種構(gòu)配件標準圖。

2 結(jié)構(gòu)布置

2.1 柱網(wǎng)布置

根據(jù)工藝要求、經(jīng)濟、建筑美等方面的要求，確定總裝車體聯(lián)合廠房的跨度7×30m，柱距7.5m為主，廠房的跨度、吊車噸位等適用《門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（2012年版），東西方向軸線尺寸為270m，南北方向軸線尺寸為229m；在橫向設(shè)置一道溫度伸縮縫，橫向溫度伸縮縫采用雙柱伸縮縫，而廠房南北向長度超出規(guī)范允許不設(shè)縫長度，且有兩個不同的工藝功能，故設(shè)置一道變形縫。

2.2 柱間支撐和屋面支撐的布置

廠房共設(shè)置4道上柱支撐，4道上下柱支撐，支撐的最大間距不大于60m，設(shè)置了柱間支撐的開間同時，設(shè)置了屋面水平支撐，這樣才能組成幾何不變體系。

2.3 屋面結(jié)構(gòu)布置

根據(jù)屋面的壓型鋼板規(guī)格，屋面檁條沿跨度方向的間距不大于1.5m，在檁條三分點處設(shè)一道拉條，拉條采用12的圓鋼，圓鋼拉條設(shè)置在檁條上翼緣1/3腹板的高度范圍內(nèi)，在屋脊處的拉條則為剛性。

2.4 墻面結(jié)構(gòu)布置

根據(jù)墻面板的版型規(guī)格，墻梁沿高度方向的間距不大于1.5m，在每跨間三分點處各設(shè)一道拉條，拉條所承擔的墻體自重通過斜拉條傳至廠房鋼柱，為了分段傳遞墻體的自重，一般每隔5道拉條設(shè)一對斜拉條。

3 設(shè)計引起的思考

雖然本工程的抗震設(shè)防烈度為6度，仍應(yīng)該對單層門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)進行思考，其中抗震設(shè)計是不可或缺的一部分。在地震的作用下，主體結(jié)構(gòu)應(yīng)具備良好的承載和變形能力，符合“小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震目標。

3.1 門式鋼架的震害分析

門式鋼架廠房在強震的作用下，往往表現(xiàn)為強度足夠，但是側(cè)向剛度不足。門式鋼架的破壞形式主要有以下方面：支撐結(jié)構(gòu)有局部破壞，對整體穩(wěn)定造成影響；框架節(jié)點區(qū)梁、柱焊接連接的破壞；柱腳焊縫的破壞以及錨栓的失效，其中螺栓連接比焊接連接破壞的情況更嚴重。

柱間支撐作為單層門式鋼架廠房主要的減震措施和傳力體系之一，為整體結(jié)構(gòu)提供了比較大的側(cè)向剛度。地震的強度大時，支撐構(gòu)件所承受反復(fù)拉壓的軸向力會增加。如果支撐的長度、局部加勁板的構(gòu)造與主體結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)造等出現(xiàn)了問題，那就會使結(jié)構(gòu)本身出現(xiàn)破壞或是失穩(wěn)。

由于門式鋼架節(jié)點傳力集中、構(gòu)造復(fù)雜等因素，所以施工難度大，容易出現(xiàn)應(yīng)力集中、強度不均等現(xiàn)象，再加上可能出現(xiàn)的焊縫缺陷、構(gòu)造缺陷，就更容易出現(xiàn)節(jié)點域的破壞。節(jié)點域的破壞形式也較為復(fù)雜，主要有加勁板的屈曲和開裂、加勁板焊縫出現(xiàn)裂縫、腹板的屈曲和裂縫等。

3.2 抗震設(shè)計要點

對于單層門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)廠房，在下列情況下需要進行抗震設(shè)防。

（1）高烈度區(qū)，8度以上。

（2）吊車噸位較大，或工作制較高。

（3）帶夾層或局部帶夾層。

（4）帶磚混圍護墻。

（5）屋蓋懸掛荷載較大。

這些類門式鋼架廠房中地震作用明顯，可能起控制作用，設(shè)計中需要考慮抗震。

各典型情況下的抗震設(shè)計要點有：

3.2.1 帶吊車的門式鋼結(jié)構(gòu)

（1）當?shù)踯噰嵨惠^大（15噸以上），或工作制較高（A5以上），應(yīng)進行抗震設(shè)計。

（2）隨著地震等級提高，地震荷載逐漸超過風荷載，成為結(jié)構(gòu)側(cè)移的控制荷載，但不是結(jié)構(gòu)強度控制工況。

（3）在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)考慮采用地震組合工況對結(jié)構(gòu)側(cè)移進行驗算。

（4）隨著結(jié)構(gòu)高度的增加，風荷載對結(jié)構(gòu)的影響超過地震荷載。

3.2.2 帶夾層或局部夾層的門式鋼架

（1）地震組合為控制工況，設(shè)計時必須考慮應(yīng)根據(jù)不同的規(guī)范和規(guī)程分別設(shè)計上部結(jié)構(gòu)和夾層。

（2）夾層下部結(jié)構(gòu)應(yīng)該采用多層結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，而廠房上部結(jié)構(gòu)根據(jù)門式鋼架技術(shù)規(guī)程進行設(shè)計。

3.2.3 四周為磚墻圍護的門式鋼架

（1）為了保證磚墻的自承重和抗震性能，應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求設(shè)置圈梁和構(gòu)造柱。

（2）磚墻和鋼架在荷載下變形不協(xié)調(diào)，需要預(yù)留一定的施工縫隙，并做好柔性連接構(gòu)造。

（3）四周為磚墻圍護的門式鋼架對側(cè)移的控制要求較嚴于四周為輕鋼的門式鋼架，其側(cè)移要小于施工縫隙，而且要保證磚墻與承重結(jié)構(gòu)的可靠連接。

（4）門式鋼架設(shè)計時應(yīng)考慮磚墻圍護地震作用的影響。

3.2.4 屋蓋懸掛荷載較大的門式鋼架

（1）屋蓋較大的懸掛荷載對門式鋼架影響較大，計算時應(yīng)考慮地震作用。

（2）除了對鋼架截面影響較大外，往往對鋼架節(jié)點設(shè)計產(chǎn)生影響，端板上螺栓布置困難。

4 結(jié)論

通過對總裝車體聯(lián)合廠房的設(shè)計，引發(fā)了對單層門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計的思考。在設(shè)計過程中，合理的結(jié)構(gòu)布置，準確的荷載取值，這些都是必須做到的，充分地了解門式鋼架廠房的破壞機制以及破壞過程，靈活地運用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計準則，合理地確定并解決結(jié)構(gòu)設(shè)計中的各種問題。只有這樣，我們才能設(shè)計出經(jīng)濟、合理、安全適用的門式鋼架鋼結(jié)構(gòu)廠房。

參考文獻

[1]俞新.復(fù)雜化工廠房的抗震研究[D].華中科技大學，2005.

（作者單位：中鐵工程設(shè)計院有限公司）