某廠房排架柱平面內(nèi)計(jì)算分析

姜 浩 丁高龍

(中冶華天工程技術(shù)有限公司,江蘇 南京 210000)

某廠房排架柱平面內(nèi)計(jì)算分析

姜 浩 丁高龍

(中冶華天工程技術(shù)有限公司,江蘇 南京 210000)

分別使用PKPM和SAP2000軟件，對(duì)某重鋼廠房排架柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算分析，并對(duì)比了兩種軟件的計(jì)算結(jié)果，指出排架柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求，證明了該重鋼廠房柱結(jié)構(gòu)的安全性。

廠房，排架柱，荷載，穩(wěn)定性

0 引言

單層工業(yè)廠房能提供一個(gè)大的室內(nèi)空間，且廠房中一般配有水平和垂直運(yùn)輸工具，因此在工業(yè)建筑中得到廣泛的應(yīng)用。例如，重工業(yè)生產(chǎn)中的煉鋼、鑄造、裝配、機(jī)修、金工，輕工業(yè)生產(chǎn)中的紡織等。

鋼結(jié)構(gòu)廠房與混凝土結(jié)構(gòu)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：鋼材內(nèi)部組織比較均勻，接近各項(xiàng)同性，具有良好的彈塑性和韌性，具有較大的變形能力，使鋼結(jié)構(gòu)在地震時(shí)能吸收較大的地震能量，有良好的抗震性能。此外，鋼結(jié)構(gòu)成品尺寸準(zhǔn)確、質(zhì)量可靠，構(gòu)件采用螺栓或焊接連接，施工簡便，工期短[1]。

排架結(jié)構(gòu)廠房由排架、屋蓋系統(tǒng)、山墻等組成一個(gè)結(jié)構(gòu)體系[2]。在靜荷載或者動(dòng)荷載作用下，各個(gè)排架抵抗外力時(shí)相互影響相互制約。但是由于缺乏既合理又簡便的計(jì)算方法，所以一般都不考慮廠房排架的空間作用，而是取一榀排架計(jì)算[3]。不考慮排架空間作用的計(jì)算結(jié)果是偏于保守的，所以在設(shè)計(jì)中可以采用單榀排架進(jìn)行計(jì)算。

1 工程概況

本廠房項(xiàng)目為某鋼鐵股份公司中小H型鋼工程，本文涉及其排架的柱系統(tǒng)計(jì)算設(shè)計(jì)。排架分三跨分別是成排跨、精整跨和成品跨，跨度分別是24 m，27 m和30 m，總跨度81 m。排架間距12 m，室內(nèi)地坪標(biāo)高，柱頂標(biāo)高分別是16.900 m，18.500 m，20.300 m和18.300 m。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限50年，建筑安全等級(jí)為二級(jí)，建筑抗震重要性類別是丙類，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g?；撅L(fēng)壓0.4 kN/m2，基本雪壓為0.4 kN/m2，屋面活荷載0.5 kN/m2，吊車安全過道及其他過道平臺(tái)活荷載2.0 kN/m2，吊車檢修平臺(tái)活荷載3 kN/m2。廠房鋼柱鋼材采用Q345-B鋼，其他采用Q235-B鋼。

排架柱采用單階柱形式，上柱為H型鋼，下柱采用格構(gòu)柱。格構(gòu)柱為雙H型鋼加角鋼檁條形式。柱肩梁采用單臂式肩梁。柱腳采用插入式柱腳，采用CGM-1灌漿料填充密實(shí)。

2 建模計(jì)算

采用PKPM框排架模塊PK交互輸入與優(yōu)化計(jì)算。中柱下段柱采用格構(gòu)對(duì)稱雙組合工形600×300×12×20，截面高H=2 000，橫綴條截面：L100×8，斜綴條截面：L160×100×10，綴條間距2 000。中柱上段柱采用焊接組合H形截面：1 000×500×500×14×18×18。邊柱采用格構(gòu)對(duì)稱雙組合工形500×300×11×18，截面高H=1 450，橫綴條截面：L90×8，斜綴條截面：L125×80×8，綴條間距1 500。邊柱上段采用焊接組合H形截面：900×400×400×12×16×16。在計(jì)算柱系統(tǒng)的模型中，桁架梁簡化建模，采用剛性桿截面代替，并不做驗(yàn)算。梁與柱節(jié)點(diǎn)使用鉸接點(diǎn)。

恒荷載包括平臺(tái)恒荷載，吊車梁恒荷載，屋面恒荷載。恒荷載考慮了構(gòu)件自重以及面層，保護(hù)層，找平層，吊頂，粉刷等重量，同時(shí)考慮了設(shè)備重量?；詈奢d包括吊車活荷載和屋面活荷載。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，壓型鋼板屋面活荷載取0.5 kN/m2，不考慮屋面灰荷載。此外還考慮風(fēng)荷載和地震荷載。

計(jì)算荷載組合包括[4]：

1)由可變荷載效應(yīng)控制的組合：

S=1.2SGK+1.4SW。

S=1.2SGK+0.9×1.4[SW+(SS或SL)+SC+SD]。

2)由永久荷載效應(yīng)控制的組合：

S=1.35SGK+1.4[0.6SW+0.7(SS或SL)+ψCSC+ψDSD]。

3)與地震作用組合：

S=1.2[SGK+(SS或SL)+SC+SD]+1.3γRESEhk。

式中：S——結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力組合的設(shè)計(jì)值，包括組合的彎矩、軸向力和剪力設(shè)計(jì)值；

SGK——按永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)值；

SW——按風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)值；

SS——按雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)值；

SL——按屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)值；

SC——按吊車荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)值；

SD——按屋面灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的荷載效應(yīng)值；

ψC——吊車荷載組合系數(shù)，本工程吊車為工作級(jí)別A1～A7的軟鉤吊車，所以取0.7；

ψD——積灰荷載組合系數(shù)，取0.9；

SEhk——按水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的地震作用效應(yīng)值；

γRE——承載力抗震調(diào)整系數(shù)，對(duì)于本文的排架柱計(jì)算，取0.75。

荷載分項(xiàng)系數(shù)取值，橫載：1.2，活載：1.4，風(fēng)荷載：1.4，地震：1.3，吊車：1.4。荷載組合系數(shù)取值，活載：0.7，風(fēng)荷載：0.6，吊車：0.7。地震作用組合時(shí)活荷載組合系數(shù)取1.0[5]。

在驗(yàn)算柱截面時(shí)考慮了以下組合中的不利組合：

1)最大正彎矩+Mmax和相應(yīng)的軸向力N、剪力V；

2)最大負(fù)彎矩-Mmax和相應(yīng)的軸向力N、剪力V；

3)最大軸向力Nmax和相應(yīng)的正彎矩+M、剪力V；

4)最大軸向力Nmax和相應(yīng)的負(fù)彎矩-M、剪力V。

計(jì)算柱腳螺栓的最不利組合為：

最小軸向力Nmin和相應(yīng)的最大正彎矩+Mmax(或最大負(fù)彎矩-Mmax)。

3 計(jì)算結(jié)果

排架柱計(jì)算驗(yàn)算結(jié)果見表1，以邊柱上段為例。

表1 排架柱PKPM模型計(jì)算結(jié)果

壓桿,平面內(nèi)長細(xì)比λ=46.0≤[λ]=150;壓桿,平面外長細(xì)比λ=48.0≤[λ]=150。

經(jīng)驗(yàn)算，強(qiáng)度計(jì)算最大應(yīng)力、平面內(nèi)穩(wěn)定計(jì)算最大應(yīng)力、平面外穩(wěn)定計(jì)算最大應(yīng)力、腹板高厚比均滿足規(guī)范要求。

4 SAP建模對(duì)比

采用SAP2000建立二維排架模型，結(jié)構(gòu)構(gòu)件和荷載條件與PKPM模型相同。排架柱計(jì)算結(jié)果見表2，以邊柱上段為例。

表2 排架柱SAP2000模型計(jì)算結(jié)果

驗(yàn)算結(jié)果，強(qiáng)度計(jì)算最大應(yīng)力、平面內(nèi)穩(wěn)定計(jì)算最大應(yīng)力、平面外穩(wěn)定計(jì)算最大應(yīng)力、腹板高厚比均滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語

1)通過PKPM模型和SAP2000模型計(jì)算，本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)安全可靠。

2)PKPM模型和SAP模型計(jì)算結(jié)果相差不大。

3)對(duì)于排架柱計(jì)算，PKPM從模型建立到結(jié)果呈現(xiàn)都比SAP 2000更加簡便易用，例如，PKPM可以自動(dòng)創(chuàng)建格構(gòu)柱，但SAP 2000要手動(dòng)創(chuàng)建格構(gòu)柱。

[1] 吳 濤.大噸位吊車重型鋼結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計(jì)與計(jì)算[D].天津：天津大學(xué)，2009(7):4-5.

[2] 古國紀(jì)，傅平均，裘宗濂,等.單層廠房整體空間作用的研究[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào)，1973(1):1-36.

[3] 王光遠(yuǎn).考慮空間作用時(shí)單層廠房動(dòng)力及靜力的計(jì)算理論[J].土木工程學(xué)報(bào)，1963(1):3-17.

[4] 汪一駿.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)(上冊(cè))[M].第3版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004：87-88.

[5] GB 50009—2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

In-plane calculation and analysis of bent frame column for an industrial plant

Jiang Hao Ding Gaolong

(HuatianEngineering&TechnologyCorporation,MCC,Nanjing210000,China)

Using PKPM and SAP2000, the bent column structure of a steel plant is analyzed, and the calculation results are compared, it is pointed out that the design of bent columns can meet the requirements of specification, the security of the bent column structure is proved.

plant, bent column, load, stability

1009-6825(2017)05-0071-02

2016-12-09

姜 浩(1989- )，男，助理工程師； 丁高龍(1978- )，男，高級(jí)工程師

TU311.4

A