淺析某車間內活套鋼結構平臺的設計

楊媛媛

(北京鋼研新冶工程設計有限公司，北京 100081)

淺析某車間內活套鋼結構平臺的設計

楊媛媛

(北京鋼研新冶工程設計有限公司，北京 100081)

通過工程實例對同一活套鋼結構平臺的不同結構形式進行對比，分析出既滿足安全性又能提高經(jīng)濟性的結構方案，從而為工業(yè)建筑的設計提供參考依據(jù)。

鋼結構； 平臺； 鋼柱； 壓桿； 強度； 穩(wěn)定性

1 工程概況

某車間內需建一活套鋼結構平臺，平臺長15.2m，寬3.45m，高27.4m。該工業(yè)平臺只有頂層需要安裝設備，且設備位于平臺中部，通過鋼絲繩連接拉動活套動梁(圖1、圖2)，平臺兩側需要安裝軌道便于活套動梁上下移動，平臺無維護結構。

圖1 平面

圖2 剖面

2 結構方案的初定

根據(jù)工藝布置要求，該工業(yè)平臺可以設置6根鋼柱，考慮到該平臺只有頂層需要安裝設備及上人，因而僅在頂層鋪設花紋鋼板，其余各層梁的布置均依據(jù)軌道安裝的位置來確定，并使每層同時布置橫向和縱向框架梁，形成圈梁，為保證整個結構的穩(wěn)定性及該工業(yè)平臺的使用功能，在各相應位置均設置支撐，由于活套設備需上下移動，故除頂層外該平臺跨中的鋼柱間不能設置有梁。

方案一：平臺設置6根鋼柱，柱腳均為鉸接，4根鋼柱位于角部，2根鋼柱位于跨中部，4根角部鋼柱截面暫定為HW400×400×13×21，2根跨中部鋼柱截面暫定為HM588×300×12×20。根據(jù)軌道安裝位置及安裝件的尺寸，平臺分為7層，底層設置扶臂梁與坑壁相連，除頂層外長方向梁截面暫定為HN350×175×7×11，短方向梁截面暫定為HW250×250×9×14，頂層長方向梁截面暫定為HN700×300×13×24，頂層短方向梁截面暫定為HN400×200×8×13。長短兩個方向的布置支撐，支撐均采用φ180×5的圓管(圖3、圖4)。

圖3 方案一立面

圖4 方案一側面

方案二：平臺設置4根鋼柱，柱腳均為鉸接，鋼柱位于角部，跨中設置壓桿(圖5、圖6)，鋼柱截面暫定為HW400×400×13×21，壓桿截面暫定為HW300×300×10×15，其余長短兩個方向梁的截面型號、兩個方向支撐的布置方式及截面型號均與方案一相同。

圖5 方案二立面

圖6 方案二側面

3 結構方案的對比

從兩個方案對比來看，平臺結構的長寬高、所承擔荷載的大小和受力位置以及層數(shù)的布置均是一致的，主要的區(qū)別在于長方向跨度中間方案一按照鋼柱進行設計；方案二中，將跨中的鋼柱取消，從±0.000開始至頂層梁底設置壓桿，壓桿位于兩層梁之間。采用通用結構計算軟件PKPM建模，對兩種不同的方案進行計算。

方案一：在進行建模時，4根邊柱的強軸朝X方向，2根中柱的強軸朝Y方向。經(jīng)過計算，可以發(fā)現(xiàn)由于荷載集中在平臺的跨中，跨中柱HM588×300×12×20強度盡管滿足要求，但中柱X方向穩(wěn)定應力與抗拉、抗壓強度設計值的比值在首層就達到了3.36，遠遠超出了規(guī)范的要求，到頂層時，中柱X方向穩(wěn)定應力與抗拉、抗壓強度設計值的比值的最大值已經(jīng)到了6.94，Y方向穩(wěn)定應力與抗拉、抗壓強度設計值的比值也達到了0.92，可見中柱的截面必須加大。經(jīng)過多次的調整，常規(guī)的熱軋H型鋼已經(jīng)無法滿足要求，因此中柱采用焊接H型鋼，截面型號為焊接H750×750×25×36，即使將中柱調整到如此大的截面，滿足了強度和X、Y方向的穩(wěn)定要求，但是仍舊無法滿足對中柱長細比的要求。

方案二：在進行建模時，4根鋼柱的布置和方案一相同仍舊是強軸朝X方向，跨中壓桿布置的方向則與柱子不同，強軸朝Y方向。經(jīng)過第一次計算，最上面兩層跨中部位的壓桿強度盡管沒有超過限值，應力比最大達到0.90，但是X方向、Y方向的穩(wěn)定應力與抗拉、抗壓強度設計值的比值均超過了1.00，顯然該壓桿的截面尺寸需要加大，其余各層壓桿的強度與穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求，4根鋼柱在強度與穩(wěn)定性上也均滿足規(guī)范要求，考慮到荷載基本都在頂層，于是最上面兩層的豎向壓桿更換為截面為HW350×350×12×19的H型鋼。進行第二次計算，由于壓桿截面尺寸的變化，最上面兩層跨中部位壓桿的應力比有所下降，最大應力比為0.83，X方向的穩(wěn)定應力與抗拉、抗壓強度設計值的最大比值降到了0.,74，Y方向的穩(wěn)定應力與抗拉、抗壓強度設計值的最大比值也降到了0.79。

4 結構方案的確定

將方案一和方案二進行對比，由于荷載比較集中且位于跨中，不難看出方案一中中柱承擔了大部分荷載，因而盡管采用了焊接H750×750×25×36如此大的截面，長細比還是不能滿足要求，如果再繼續(xù)增大截面尺寸，對中柱的長細比盡管能有一定的改善，但是對于整個結構來說顯然是不合理的。

方案二中，同樣是相同的荷載，將方案一中的中柱變化成壓桿來進行計算，大部分荷載通過框架梁分配到4根角部鋼柱上，由4根角部鋼柱來共同承擔，鋼柱截面僅采用HW400×400×13×21的H型鋼，其他梁、支撐的截面尺寸也沒有變化，而壓桿最大的也僅采用HW350×350×12×19的H型鋼就能滿足整個結構對強度和剛度的要求，由此可見該方案相對于方案一是更為合理的。

5 結束語

通過對該活套鋼結構平臺不同模型的計算，由于該結構荷載靠近中部，將中部鋼柱改設為壓桿，合理分配受力，不僅保證了整個活套鋼結構平臺的安全性，同時也充分利用了梁柱的性能，提高了整個結構的經(jīng)濟性。綜上所述，在進行結構設計時，荷載的大小、位置影響著整個結構梁、柱的布置，對結構形式的合理性更是起著至關重要的作用，同時結構形式的合理性將直接影響結構的安全性及經(jīng)濟性。

楊媛媛(1980～)，女，研士研究生，工程師。

TU392.1

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[定稿日期]2016-09-18