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厂房排架结构设计特点及排架结构设计规范

  排架的组成是以柱子,两边的柱子,有一个屋架支撑在柱子上,形成了这样的一排,下面又是一排,在这两排上面上屋架之间放上一个板子形成个空架连续的房子。本项目中,对于厂房框排架结构的工艺设备荷载进行了简化,用SATWE进行计算,计算结果符合设计要求,采取适当构造措施使整个结构设计合理科学。青岛钢结构:顾名思义,一排一排的。排架由屋架(或屋面梁)、柱和基础组成,柱与屋架铰接,与基础刚接。是单层厂房结构的基本结构形式.主要用于单层厂房,由屋架、柱子和基础构成横向平面排架,是厂房的主要承重体系,再通过屋面板、吊车梁、支撑等纵向构件将平面排架联结起来,构成整体的空间结构。工业生产车间主体采用框排架结构,主跨屋面采用轻钢结构。


  1.工程概况


  (1)某市开发区工程项目,厂房车间长274米,宽68米,主跨柱顶高23米。该车间按照工艺流程分为5个工段布置,由于结构超长需考虑在每个工段间设置抗震缝,缝宽150mm。建筑结构的安全等级为二级,设计使用年限为50年。抗震设防烈度为七度(设计基本地震加速度为0.10g,设计地震分组为第一组);建筑场地类别为Ⅳ类。建筑抗震设防类别为丙类,钢筋混凝土框架结构的抗震等级为三级。(2)工程项目地质属东南沿海的平原地带,地势平坦,场地内不存在可液化土层,但地基土属软弱土,为于抗震不利地段。造纸车间采用钢筋混凝土框排架结构,框架柱轴力大,为保证设备正常运行,有效地克服不均匀沉降的问题,以及考虑安全和经济因素,结合当地实际状况,基础形式采用预应力管桩。主楼部分桩的布置根据荷载分布情况布置,承台按桩冲切要求确定厚度,承台厚度为1200mm,桩顶标高为-2.3m,伸入承台100mm。


  2.框排架结构体系


  排架体系常用于高大空旷的单层建筑物如工业厂房、飞机库和影剧院的观众厅等。其柱顶用大型屋架或桁架连接,再覆以装配式的屋面板,根据需要,有的排架建筑屋顶还要设置大型的天窗、有的则需沿纵向设置吊车梁。由于排架体系的房屋刚度小,重心高,需承受动荷载,因此需要安装柱间斜支撑和屋盖部分的水平平斜支撑,还要在两侧山墙设置抗风柱。


  本项目中:(1)生产车间主跨设2台双梁桥式起重机,最大起重量70t(35t+70t+35t)/60t(30t+30t+5t),工作级别A6/A5。主体结构采用钢筋混凝土框排架结构形式,主跨38米,两侧各设10米+6米偏跨,偏跨均为二层,偏跨屋面采用现浇混凝土结构,主跨屋面采用轻钢结构。(2)在工艺布置中设有流水线大型设备,布置要求较复杂。复卷设备正常工作时以2200 r/min速度运转,之后再通过链板机传送至成品库工段。复卷设备转动时,由于设备会产生强烈振动,对设备基础有转动惯量,复卷设备刹车停止时也给基础很大的惯性力矩。因此在结构处理上,该工段设备基础之间要避免共振相互影响,采取从基础完全脱开形式。为避免复卷设备振动的影响,减小不均匀沉降,将基础做成桩筏形基础,提高整体刚度。(3)根据工艺要求,吊车轨顶标高:19.600m,柱顶标高:23.200m,牛腿顶标高:18.430m,吊车梁采用钢结构,配制动桁架。(4)屋面以钢梁、檩条、系杆、支撑等组成的轻钢结构。厂房横向由钢梁承受竖向恒载、活载、风载;厂房纵向由排架柱、连系梁组成结构体系,承受纵向水平荷载(吊车纵向水平刹车力、纵向风荷载、纵向地震力)。屋面为压型钢板;檩条为薄壁卷边Z型钢。(5)根据本工程情况屋面钢梁与柱铰接,钢结构分析及截面验算主要依据《建筑抗震设计规范》、《钢结构设计规范》、《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》设计。


  3. 排架结构设计要点


  这里是对工艺设备荷载进行简化,用SATWE进行计算,计算结果符合设计要求,采取适当构造措施使整个结构设计合理。


  3.1主要荷载


  (1)楼面活荷载:电缆夹层4.0kN/m2;配电室10.0kN/m2;部分工段7.5m高主楼层楼面荷载25.0kN/m2; (2)基本风压0.55kN/m2 ,地面粗糙度为B类; (3)基本雪压:0.2kN/m2;(4)混凝土屋面活荷载:上人屋面(考虑设备安装荷载)15.0kN/m2,不上人屋面0.5 kN/m2;(5)轻型钢结构屋面活荷载:屋面板及檩条0.5 kN/m2, 屋面钢梁及刚架0.3 kN/m2,并按集中荷载考虑屋面通风设备基础。


  3.2混凝土结构计算


  结构整体计算采用SATWE软件,需要注意的几点:(1)在PMCAD中建模时需注意楼面设备基础下应设置主、次梁承托,当设备基础平面尺寸较大时,可设置多道;模型中输入的缺口梁高度为缺口部位的净尺寸。(2)在SATWE中输入设计参数,需要注意的是勾选按单偏压计算,以及“考虑双向地震”,计算振型个数根据工况调整等。(3)在“特殊构件补充定义”中点取角柱,对一些特殊梁进行铰接处理。(4)SATWE计算分析结果,当“周期 振型 地震力”中有地震作用最大的方向结果≥±15度时,需调整“总信息”中的“水平力与整体坐标夹角”重新计算。框排架柱的下部框架的结构位移计算中,仅在计算位移、周期等控制参数时,选择“刚性楼板假定”计算,以满足规范要求的计算条件;但应以弹性楼板假定进行配筋及其他分析。多遇地震作用下二层X、Y方向最大值层间位移角应满足《抗震规范》5.5.1条≤1/550的要求,罕遇地震作用下一层X、Y方向最大值层间位移角应满足《抗震规范》5.5.5条≤1/50的要求。由于工艺设备的分布特点,造成结构的刚度和荷载分布不均匀。为了减小扭转效应对结构地震反应的影响,需进行调整使结构抗侧力构件的布局均匀对称,同时增加结构周边的刚度,如增大周边梁的高度、楼板的厚度等。


  3.3屋面钢结构计算


  屋面水平支撑在每个温度区段或分期建设的区段中,应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。屋面横向支撑设在端部的第一跨和最后一跨,为保证屋面钢结构的整体稳定,在刚架的转折处如边柱柱顶、屋脊,沿房屋全长设置刚性系杆。计算时应同时计算刚性系杆的稳定和长细比。屋面刚梁的计算采用PKPM系列软件中的STS程序,需要注意的几点:(1)选取一榀钢梁输入计算数据及相关参数。应根据《钢结构设计规范》输入设计控制参数:a.受压构件的容许长细比:200;b.受拉构件的容许长细比:400;c.钢梁的挠度允许值:l/400,考虑以钢梁恒载作用下的变形值起拱。(2)选择杆件截面类型。由于屋面坡度要求1/15,考虑运输、吊装、经济等因素一般要求斜梁构件长度在9m~12m之间,斜梁应分段采用摩擦型高强螺栓拼接,拼接点尽量设在弯矩较小处,并避开顶部檩条及腹部支撑位置。梁端设置为铰接。(3)检验计算结果,进行截面优化,直至构件的强度、平面内稳定性、平面外稳定性、长细比、宽厚比均满足,且各段应力比较接近为宜。排架由屋架(或屋面梁)、柱和基础组成,柱与屋架铰接,与基础刚接。工业生产车间是比较复杂的结构构造,在设计和施工中存在诸多难点。通过专业之间协作配合,解决由生产功能分区造成的刚度不均匀、振动等问题;结构在频遇地震下处于弹性状态,具有良好的抗震性能。局部顶层结构与夹层结构刚度比较小,采用适当构造措施加强处理,对楼面上设备基础采取轻量化设计,减轻自重,提高整体抗震性能。