豎向框排架結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾點體會

張 琦

1 工程簡介

新疆某一壓縮機廠房，跨度30 m，柱距6 m，廠房長90 m，內(nèi)設(shè)有50 t橋式起重機，軌頂標(biāo)高24 m，柱頂標(biāo)高28 m，梯形鋼屋架9.3 m處設(shè)有一層檢修操作平臺，柱網(wǎng)布置如圖1，圖2所示，圍護結(jié)構(gòu)150 mm厚彩鋼巖棉板，場地所在地新疆地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度0.15g，根據(jù)地質(zhì)報告場地類別Ⅱ類，采用天然地基，基礎(chǔ)承載力特征值為220 kPa。

圖1 9.300平面布置圖

圖2 屋架下弦支撐布置圖

2 結(jié)構(gòu)平面布置的優(yōu)化及計算模型假定

2.1 柱網(wǎng)布置

無論工業(yè)與民用建筑，結(jié)構(gòu)設(shè)計均應(yīng)在滿足功能及工藝的條件下，從既定結(jié)構(gòu)特點出發(fā)，選擇這種結(jié)構(gòu)適合的平面布置，以期達到安全、經(jīng)濟的目的。本工程原來工藝布置圖中未設(shè)置抗震縫，由于此豎向框排架結(jié)構(gòu)長90 m，按照鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)伸縮縫最大間距要求[2]，結(jié)合框架和排架伸縮縫最大間距要求設(shè)置抗震縫，后與上游專業(yè)協(xié)商，在滿足功能的前提下設(shè)置了抗震縫，見圖1。

2.2 樓層結(jié)構(gòu)平面布置

通常框架結(jié)構(gòu)計算模型假定樓面板平面內(nèi)剛度為無窮大。此工程9.3平面為鋼筋混凝土現(xiàn)澆梁、板，可以滿足計算模型假定;屋蓋宜采用無檁屋蓋體系[1]，用預(yù)應(yīng)力大型屋面板較好，但結(jié)合新疆地區(qū)采購困難等因素，屋面采用150 mm厚彩鋼巖棉板，為保證屋蓋具有足夠的水平剛度，設(shè)置了屋架下弦橫向及縱向支撐，可以滿足計算模型假定(見圖2)。

3 設(shè)計注意事項

3.1 荷載

樓面恒載根據(jù)板厚及建筑面層做法計算后輸入到PKPM中，樓面活載根據(jù)工藝所提荷載，陰影部分25 kN/m2，其余部分為8 kN/m2，基本風(fēng)壓新疆為0.60 kN/m2，基本雪壓新疆為1.0 kN/m2。

3.2 參數(shù)選取

豎向框排架抗震等級應(yīng)按照《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》表6.1.2框架的高度分界降低4 m采用，本工程28 m＞24-4=20 m，7度，應(yīng)按照二級框架設(shè)計。

圖3 廠房剖面圖

3.3 樓層結(jié)構(gòu)布置

1)板厚選擇。根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)造手冊結(jié)合計算取值。2)頂層排架嵌固樓層應(yīng)避免開設(shè)大洞口，樓板厚度不宜小于150 mm。3)壓縮機等動力設(shè)備應(yīng)與廠房及平臺完全脫開，設(shè)備與樓層之間的縫寬，不得小于防震縫的寬度;基礎(chǔ)也應(yīng)脫開。4)在結(jié)構(gòu)單元平面內(nèi)，框架、柱間支撐等抗側(cè)力構(gòu)件宜對稱布置，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力發(fā)生突變(見圖2)。5)梁設(shè)計注意事項:框架梁宜采用現(xiàn)澆梁，以保證樓面對框架的整體作用，框架梁高度一般按照混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)造手冊結(jié)合計算取值。6)柱設(shè)計注意事項:a.設(shè)計此類結(jié)構(gòu)時，對于結(jié)構(gòu)的縱向，結(jié)構(gòu)的基本形式為框架結(jié)構(gòu)，按照常規(guī)框架計算方法即可實現(xiàn);而對于結(jié)構(gòu)橫向，結(jié)構(gòu)為框架和排架兩種結(jié)構(gòu)形式的組合，柱計算長度取值(按照平臺與柱剛接):底層柱為1.0，平臺至牛腿處取2.0，牛腿至柱頂取2.0[3]。b.框排架柱設(shè)計時，根據(jù)柱尺寸大小定位柱與軸線間關(guān)系，保證上柱尺寸及上柱與吊車軌道間距離，如圖3所示，尺寸為450，此尺寸與吊車樣本有關(guān)。

4 計算結(jié)果分析

1)在用PKPM軟件計算梁柱時，應(yīng)盡量采用TAT或SATWE三維軟件。相對平面框排架PK來講，TAT或SATWE三維軟件優(yōu)點如下:a.計算結(jié)果更接近實際受力狀態(tài)，如地震力或風(fēng)力是按抗側(cè)移剛度分配，而不是按框架的樓面從屬面積，還如從框架柱出挑的梁和從次梁出挑的梁，因次梁的支座(框架梁)發(fā)生下沉變形，內(nèi)力重分布，從框架柱出挑的挑梁配筋將較大。b.快速方便，三維軟件整體計算，不必生成單榀框架，再人工歸并，可整樓歸并。2)一般情況下，PKPM計算結(jié)果應(yīng)滿足樓層最小地震剪力系數(shù)值，如不滿足說明地震力計算過小;還應(yīng)滿足彈性層間位移角限值，如不滿足，說明上層剛度相對較弱;樓層承載力突變時，薄弱層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的抗剪承載力不應(yīng)小于相鄰上一樓層的65%，如不滿足說明本層剛度相對較弱。3)頂層排架嵌固樓層應(yīng)避免開設(shè)大洞口，樓板厚度不宜小于150 mm。為保證排架嵌固層的作用，排架嵌固層處剛度(X，Y方向)宜為上層排架剛度的2倍及以上，方能作為嵌固層考慮柱截面尺寸。

5 結(jié)語

通過以上分析，豎向框排架設(shè)計時體會如下:1)地震作用的計算宜采用空間結(jié)構(gòu)模型，質(zhì)點宜設(shè)置在梁柱軸線交點、牛腿、柱頂、柱變截面處和柱上集中荷載處。2)建筑長度宜滿足伸縮縫要求，否則應(yīng)采取措施。如:增大配筋率，通長配筋，改善保溫，鋪設(shè)架空層，加后澆帶等。3)柱計算長度取值尤為重要。4)設(shè)計中應(yīng)考慮工藝、熱工等重型設(shè)備荷載盡量布置在低處，這種布置對土建結(jié)構(gòu)有利[4];壓縮機等動力設(shè)備應(yīng)與廠房及平臺完全脫開，設(shè)備與樓層之間的縫寬，不得小于防震縫的寬度;基礎(chǔ)也應(yīng)脫開。5)當(dāng)建筑布局很不規(guī)則時，結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)根據(jù)建筑布局做出合理的結(jié)構(gòu)布置，并采取相應(yīng)的構(gòu)造措施或設(shè)置縫分開形成較為規(guī)則的布局。6)現(xiàn)代工業(yè)建筑向大、高、輕的方向發(fā)展，大即大跨度、大空間、大面積和大體量;高即多層、高層廠房;輕即輕型結(jié)構(gòu)、輕質(zhì)材料、輕巧造型[5]。

[1]GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[2]GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[3]劉永濤，李 歡.框排架結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計分析[J].科技信息，2010(18):103-105.

[4]熊 偉，張麗娟，王 亮.包鋼4#、5#轉(zhuǎn)爐土建設(shè)計評析[J].包鋼科技，2002，28(4):46-48.

[5]于 群.現(xiàn)代工業(yè)建筑發(fā)展趨勢分析[J].沈陽大學(xué)學(xué)報，2006，18(2):68-70.