不等高跨綜合試驗廠房的設計與分析*

黃 林，徐 偉

(1.中航規劃建設長沙設計研究院，湖南長沙410014;2.江蘇送變電公司，江蘇南京210038)

1 工程概況

某廠綜合試驗廠房位于湖南省長沙市望城縣，抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度值為0.05g，設計分組為第一組，擬建場地為Ⅲ類場地.工程平面尺寸為185mx72m，主要柱距為7.5m，檐口標高為10.0m，局部檐口標高為20.8m，柱網平面、剛架立面分別如圖1和圖2－4，共27榀剛架，其中4榀不等高剛架.廠房內除高跨處設20t吊車(軌頂標高18.0m)外，其余跨均設5t吊車(軌頂標高8.0m).基本風壓為0.35kN/m2，基本雪壓為0.70kN/m2(長沙地區地方性規定).外墻1.2m以下采用240厚粘土多孔磚，以上采用雙層壓型鋼板復合保溫墻(保溫層采用100厚巖棉)及100厚巖棉夾芯板復合保溫墻，輔樓內墻除防爆墻外，均采用240厚粘土多孔磚.屋面采用壓型鋼板.基礎采用夯擴樁基礎.

圖1 柱網平面圖

圖2 剛架GJ1立面圖(用于非高低跨處)

圖3 剛架GJ2立面圖(用于高低跨處中間榀)

圖4 剛架GJ3立面圖(用于高低跨處非中間榀)

2 結構分析和計算

采用PKPM系列中的STS(2010版－2011年3月)程序進行內力分析，左右梁分段比為1:2:1(單坡)，中間梁分段比為1:2:1(雙坡).本工程恒荷載和活荷載取0.40 kN/m2和0.70kN/m2(取屋面活荷載與雪荷載較大值，長沙地方性規定基本雪壓取0.7 kN/m2)，基本風壓 0.35kN/m2，地面粗糙度為B類.進行結構分析和計算時應注意以下幾個問題.

2.1 通過合理的計算簡化建立合理的計算模型

在進行本工程結構設計時，首先應建立合理的計算模型，需要進行合理的簡化與處理.特別是節點處(包括梁－梁節點、梁－柱節點、柱腳節點等)的簡化要合理，以建立符合結構實際工作狀況且便于分析和計算的模型.本工程除抗風柱采用鉸接外，其余均采用剛接.此外，梁的合理分段對于計算結果、節省鋼材非常重要，應使拼接節點位于彎矩較小的位置且梁段不宜太長以方便運輸.

2.2 控制參數的選取

剛架GJ1采用《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》進行計算，抗彎承載力比值、穩定應力比均控制在0.92以內;門式剛架梁平面內的整體穩定性按壓彎構件驗算;鋼結構受拉柱容許長細比取400;鋼結構受壓柱容許長細比取150;鋼梁(恒+活)容許撓跨比取l/180;柱頂容許水平位移/柱高:l/400［1］.剛架GJ2、GJ3(柱高度超過12m 且有20t A5 級工作制橋式吊車)采用《鋼結構設計規范》進行計算，抗彎承載力比值、穩定應力比均控制在0.92以內;鋼柱計算長度系數采用有側移的計算方法;鋼結構階形柱的計算長度折減系數取0.80;鋼結構受拉柱容許長細比取400;鋼結構受壓柱容許長細比取150;鋼梁(恒+活)容許撓跨比取 l/250;鋼梁(活)容許撓跨比l/300;柱頂容許水平位移/柱高取 l/400［2］.

2.3 風荷載規范的選用

根據《全國民用建筑工程設計技術措施》18.1.6條跨高比l/h小于等于4的門式剛架應按《建筑結構荷載規范》計算風荷載標準值Wk及風荷載體形系數μs［3］，本工程3榀剛架均采用《建筑結構荷載規范》計算風荷載［4］.

2.4 梁、柱計算長度的選取

輕鋼結構的剛架梁和柱構件，均按照壓彎構件進行強度和穩定的驗算.有時候梁、柱計算長度對于平面外穩定驗算是個非常關鍵的因素，特別是對跨度較大或者較高的工業建筑，計算長度對于平面外穩定尤為重要.平面外計算長度，應取側向支撐點間的距離.除支撐系統的壓桿外，隅撐(屋面板有一定的剛度且與鋼梁有可靠連接)與柱間支撐均可以作為平面外的側向支撐點.

2.5 高低跨屋面處雪荷載的計算

在高低跨屋面不大于8m處，根據《建筑結構荷載規范》應考慮此處積雪的情況［4］，積雪分布系數 μr取2.0，這一點在進行分析計算時很容易被工程設計人員忽略.

3 結構構造措施

結構構造措施雖然不參與計算，卻對保證整個廠房的整體性和安全性有著非常重要的作用.

3.1 設置空間支撐體系

支撐體系將各平面剛架聯結組成具有一定空間剛度和穩定的整體結構，為梁、柱的平面外整體穩定提供側向支撐點，也使風力、溫度應力、地震力以及吊車縱向水平力等縱向荷載傳力明確、合理、簡捷.本工程在兩端部及每隔45m(包括高低跨周圍)設置屋面水平支撐，柱間支撐和屋面水平支撐布置在同一跨度內，形成空間支撐結構體系.此外，屋面支撐的布置應與抗風柱的位置相協調，抗風柱頂反力能直接傳到屋面橫向節點上，傳力明確簡捷.

3.2 設置隅撐

隅撐雖然很小，卻是保證剛架梁下翼緣或剛架柱內側受壓平面外穩定的重要措施.本工程根據檁條及墻梁的間距每隔3m布置一道隅撐，可以有效地減小梁、柱平面外的計算長度，同時對增加整個廠房的整體性起著重要的作用.

4 結語

本文以從事的實際工程某不等高低跨綜合試驗廠房為基礎，結合在設計工作中應該注意的常見問題，從結構分析與計算、構造措施兩個方面作了些探討，希望能為以后類似的工程提供借鑒，以期達到安全經濟的目的.

［1］中國建筑金屬結構協會建筑鋼結構委員會，中國建筑標準設計研究所.CECS 102－2002門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程［S］.北京:中國計劃出版社，2012.

［2］中華人民共和國建設部.GB50017－2003鋼結構設計規范［S］.北京:中國計劃出版社，2003.

［3］中華人民共和國建設部.GB50009－2001建筑結構荷載規范［S］.北京:中國計劃出版社，2001.

［4］建設部工程質量安全監督與行業發展司，建筑標準設計研究所.2003全國民用建筑工程設計技術措施(結構)［S］.北京:中國計劃出版社，2003.