設備支撐結構在水平荷載作用下受力分析

葛宏偉

(合肥水泥研究設計院有限公司，安徽 合肥 230051)

0 前 言

在市場經濟運行下，水泥廠之間競爭日益激烈，目前采用最有效的手段就是通過降低單位水泥生產成本來降低水泥的銷售價格，所以水泥廠都利用生產水泥產生的余熱來發電，把能耗降下來，從而實現降低生產成本。水泥廠余熱發電部分共有四個車間：窯頭余熱鍋爐、窯尾余熱鍋爐、汽輪發電機房、循環水泵房，其中窯頭、窯尾余熱鍋爐是高寬比較大的設備，混凝土支撐結構層數少或者設備直接支撐在混凝土基礎柱頂。

1 自然條件

某水泥廠擬建建筑物抗震設防類別為丙類。場地抗震設防烈度為7度(0.15 g)，第二組，建筑場地類別為Ⅰ1類，為建筑抗震一般地段。場地基本風壓：0.45 kN/m2。擬建場地主要受力層范圍內土層分布均勻，局部雜填土較厚，巖土性狀差異不大，且地基基礎設計等級為乙級，為均勻地基。

2 樁基方案選擇

窯頭余熱鍋爐框架平面圖如圖1，水平尺寸為15 m×3.085 m，設備頂面高度為25.1 m。

圖1 樁基平面圖

依據建筑物重要性、場地工程地質條件，表層回填土較厚，土層側阻力偏低，鉆孔灌注樁施工方便，對環境影響小，質量可靠，是最佳方案。選擇第⑥層強風化砂巖作為樁端持力層，樁長50 m，樁徑1 m，樁長細比在合理范圍內。根據地址巖土勘察公司提供的樁計算數值見表1，計算后單樁豎向承載力特征值Ra為2 600 kN，抗拔承載力特征值為750 kN，水平承載力特征值為110 kN。

表1 鉆孔灌注樁參數

3 分析計算

設備主體高度25.1 m，寬度3.085 m，高寬比大于8，超過規范限值，混凝土支柱頂高1.5 m，如圖2。

圖2 立面圖

設備柱腳通過與混凝土柱頂預埋件焊接連接，設備本體鋼結構穩定可靠。結構設計應考慮結構方案的技術合理性、實施的便利性和工程的綜合經濟性，重視概念設計，重視結構的選型和平面、豎向的規則性，結構應傳力清晰，明確豎向荷載和水平作用的傳力途徑，對承載力、剛度和延性的關系進行優化調整。計算模型應與實際受力模型一致，必要時可補充多模型分析，對復雜結構應采用不少于兩個不同力學模型的程序進行比較計算。

一是可以在計算軟件里建立模型，根據水平構件的布置把設備分成若干層，再按照設備荷載的分部情況，在每層加上水平和豎向荷載。這種方法的局限性在于沒有設備的桿件實際規格，只能根據經驗假定，結構的整體剛度與實際不一致，傳到基礎的支撐點局部載荷會產生變化。

另外一種方法，根據設備專業提供的各種工況下的載荷來組合計算，與實際受力情況基本符合。對于高寬比超過規范限值的結構，水平荷載作用下的反應更為明顯，還將影響到結構的抗傾覆能力、穩定性和安全性。對高寬比超限的結構應特別注意加強對結構穩定性的驗算。風荷載對結構穩定驗算，水平地震作用下結構的穩定問題，必要時可驗算結構在設防烈度地震作用下的穩定問題。樁基礎設計中,如果水平地震剪力完全由柱下樁基承擔,勢必造成樁數量過多,超過其豎向承載力所需的樁數。而框架柱下樁的水平承載能力又沒有被利用,造成浪費,這樣設計極不合理,可以通過在各基礎承臺間設置承臺梁,將承臺連接起來,使整個結構的樁基共同抵抗水平剪力,這樣就可以在不增加樁數的情況下,滿足樁水平承載能力的要求。

4 結論與建議

對長細比超過規范限值的設備支撐結構，可根據設備桿件尺寸在計算軟件中建出準確的模型，水平載荷根據規范要求進行組合。特別注意基礎采用天然獨立或者條形基礎時，結構整體穩定和抗傾覆驗算。《建筑抗震設計規范》(GB50011-2010)對各類結構體系規定了相應的位移限值，目的是避免結構變形過大，造成結構附加二階效應，造成結構傾覆力矩變大。我們要參考地震帶來的影響，從而確保在地震影響下可以很好地控制住結構，防止結構失穩出現意外事故。

綜上所述，本文筆者就“高層建筑混凝土結構的穩定設計”主題做出了簡明的總結。在高層建筑的混凝土結構設計當中，我們應重視并且做好其穩定性設計工作，要善于總結出其中的緣故并進行挖掘，然后再對其進行一些有效針對性的方案，緊跟著實施解決，確保高層建筑混凝土結構的穩定性，從而可以滿足內在的設計和廣泛的使用。

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