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房车联合厂房结构设计研究

2019/08/30 阅读:

关键词:联合厂房;大柱网;钢排架;网架;结构选型

1工程概况

上汽大通房车联合厂房位于江苏省溧阳市江苏中关村科技产业园区。联合厂房为单层钢结构房屋,平面尺寸135m×325m,柱网27m×27m,净高9m。联合厂房平面布置见图1。

2结构选型

2.1计算荷载

屋面上弦恒荷载为0.2kN/m2,下弦恒荷载为0.5kN/m2,上弦活荷载为0.95kN/m2,下弦活荷载不同区域的取值不同。一般工艺悬挂吊载区为1.0kN/m2,局部为5.0kN/m2,无工艺悬挂荷载区为0.2kN/m2,上弦管道按实际走向以活载形式加载。基本雪压为0.55kN/m2(按100年一遇取值),基本风压为0.4kN/m2,地面粗糙类别为B类[1]。

2.2地震作用计算参数

抗震设防类别为标准设防类(丙类),设防烈度为7度,基本地震加速度为0.1g,设计地震分组为第1组,场地类别为Ⅲ类,场地特征周期为0.45s,结构阻尼比为0.045[2]。

2.3方案比较

(1)3种方案。考虑车间的工艺布置需求,工艺悬挂吊载,厂房柱距、跨度和高度,以及施工条件等因素,兼顾技术的实用性、经济性和先进性,进行了3种方案的比较,即轻型门式刚架、钢框架(屋面采用主次桁架),钢排架(屋面采用网架)。(2)计算。轻型门式刚架采用PKPM的STS模块计算,钢框架(屋面采用主次桁架)采用3D3S计算,钢排架(屋面采用网架)采用MSTCAD计算,分析结果见表1。(3)选择钢排架。考虑到车间工艺布置灵活性,工艺悬挂运输链通行适宜性、荷载特征,并综合考虑工期、造价等因素,最终选择了钢排架(屋面采用网架)结构。

3结构设计与计算分析

3.1温度伸缩缝和抗震缝的设置

厂房结构形式采用钢排架,纵向长325m,横向宽135m,纵向长度大于规范,不考虑温度应力的最大温度区段。结合工艺布置,在纵向设置1道温度伸缩缝兼抗震缝,将结构划分为189m+135m2个独立的抗震单元,2个抗震单元的插入距为1m(见图1)。

3.2网架设计

根据工艺悬挂运输链吊点间距的要求,网架采用3m×3m的网格间距。由于网架矢高对结构整体用钢量还存在一定的影响,因此建立了5个网架结构模型,比较不同矢高的用钢量。用钢量结果见表2。由表2可知,随着网架矢高的增加,用钢量是先逐渐减小,再逐渐增加,当矢高为2.2m时,用钢量最小,所以本网架设计矢高选用2.2m。厂房屋面坡度为5.0%,如果全部采用网架找坡,坡顶矢高会比坡底矢高大1.35m,相应坡顶杆件长细比增大。经过分析发现,大部分网架杆件都是由其长细比控制而非强度或稳定控制,故网架坡度如全部采用网架找坡并不经济。屋面坡度如果全部采用檩托找坡,坡顶檩托高度过高,很不合理。经过比较,本项目采用网架找坡3.0%,檩托找坡2.0%的方式。网架剖面见图2。

3.3厂房钢柱截面形式的选择和设计

厂房结构形式为双向钢排架,柱脚采用插入式刚接,柱顶与网架支座球节点双向铰接,厂房钢柱在竖向荷载和水平荷载作用下,属于典型的压弯构件,且结构X向、Y向受力性质基本一致。厂房结构中常用的钢柱截面形式有H形、圆形、箱型。H形截面有明显的强弱轴,不适合本工程;在箱型截面边长和圆形截面直径相同、壁厚一样的条件下,箱型截面抗弯刚度远大于圆形截面,在相同的受力条件下,箱型截面边长更小,能够提供较大的整体抗侧刚度,并减小结构扭转效应。本工程钢柱采用箱型截面,因此厂房内隔墙、外墙与箱型截面连接更方便。根据抗风柱受力特征,厂房抗风柱采用H形截面。抗风柱设计通常有“上吊”和“下撑”2种设计思路,其优缺点见表3。本项目地质条件属于典型的软土地基,厂房基础采用桩基,抗风柱如采用“下撑”设计,为控制沉降差,其基础需采用桩基,但桩基的承载能力不能完全发挥,会造成工程设计的浪费。经对比分析,本工程一般的抗风柱采用“上吊”设计,有卸货棚的抗风柱则采用“下撑”设计。

3.4主体结构计算结果和控制指标

本工程主体结构控制指标和计算结果见表4。3.5地基与基础设计基础采用桩基,桩采用预应力高强混凝土管桩,根据上部荷载的不同,桩直径采用400mm、500mm2种规格,持力层均为第4层粉质黏土层。桩须穿越7~8m深的淤泥质软土层,根据地方标准,桩间距取4.5d(d为桩直径)。

4结语

现代化工厂自动化程度越来越高,自动工艺运输链使用愈发普及,且近年来工业用地紧张,为节约厂房空间,工艺运输链更多采用吊挂方式。钢排架结构-网架屋盖柱网大、工艺布局灵活,而且下弦可以为工艺悬挂运输链提供1个吊挂平面,更为难得的是网架使得工艺、公用使用空间分离,避免交叉,厂房更具现代感,美观简洁。

参考文献:

[1]建筑结构荷载规范:GB50009—2012[S].

[2]钢结构设计标准:GB50017—2017[S].

[3]空间网格结构技术规程:JGJ7—2010[S].

[4]建筑抗震设计规范:GB50011—2010[S].

[5]预应力混凝土管桩基础技术规程:DGJ32/TJ109—2010[S].

作者:刘纪军 单位:上海市机电设计研究院有限公司

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