單層超高大跨鋼結(jié)構(gòu)廠房概述-精品文檔

1、單層超高大跨鋼結(jié)構(gòu)廠房概述1 工程概況本工程位于建筑用地面積為 100641 平方米。擬建新建廠房 工程建筑面積為 60803 平方米。主體建筑物分為 7 個區(qū)域（綜合 考慮使用功能、抗震、溫度因素）：其中 6 個區(qū)域的房屋高度在 22 米左右，最大跨度為 40 米，單跨鋼排架結(jié)構(gòu)體系；一個區(qū)域 高、中、低塔交錯結(jié)合，低塔高度在16米20.9米間、中塔高度 40 米、高塔最高 75 米，最大跨度 36 米（本區(qū)域為第 6 區(qū)域， 后文用“本區(qū)域”表示）。2 結(jié)構(gòu)選型及抗震措施（1 ） 結(jié)構(gòu)選型 本區(qū)域高、中、低塔交錯結(jié)合，為多跨鋼排架結(jié)構(gòu)體系。其 中單層層高最高達(dá)75.2m、單跨跨度達(dá)36m為

2、滿足風(fēng)荷載作用下的側(cè)移要求， 需要結(jié)構(gòu)有較大的側(cè)移剛 度，而單層超高廠房結(jié)構(gòu)的側(cè)移剛度主要由結(jié)構(gòu)柱提供， 結(jié)構(gòu)柱 的設(shè)計是此類結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵 1 。對于此類超高廠房柱截面一般可 采用型鋼柱、實腹型鋼格構(gòu)柱、鋼管格構(gòu)柱、雙肢或多肢鋼管混 凝土格構(gòu)柱。 近年來快速興起的鋼管混凝土技術(shù)為提高格構(gòu)柱剛 度、同時有效控制造價提供了一條有效途徑。 鋼管混凝土具有承 載力高、塑性好、抗震性能好的優(yōu)點，用于超高大跨廠房格構(gòu)柱 的柱肢更能有效降低結(jié)構(gòu)造價。本區(qū)域中、高塔部分，柱形式分別選用雙肢、四肢鋼管混凝 土格構(gòu)柱， 并分別與單榀、 雙拼屋面鋼桁架構(gòu)成大跨單層剛架體 系；低塔部分采用實腹型鋼格構(gòu)柱， 其和實腹型屋

3、架鋼梁構(gòu)成單 層剛架。剛架底部均固結(jié)，格構(gòu)柱頂部與桁架（或鋼梁）的連接均采 用剛接；沿剛架縱向設(shè)置多道柱間支撐、縱向系桿，以傳遞沿縱 向水平作用。在屋蓋桁架下弦設(shè)置封閉的屋面橫向 / 縱向水平支 撐分配、 傳遞水平作用。 在鋼桁架屋架上弦設(shè)置屋面橫向水平支 撐、剛性系桿以及豎向支撐以確保屋蓋結(jié)構(gòu)的剛度和穩(wěn)定性。本區(qū)域端部山墻設(shè)抗風(fēng)柱。 其頂端與屋面桁架下弦或鋼梁下 翼緣的連接采用長圓孔螺栓形式， 確保只傳遞水平作用、 不承受 豎向作用。抗風(fēng)柱自身之間均設(shè)剛性系桿以確?？癸L(fēng)柱的平面外 穩(wěn)定，部分抗風(fēng)柱由于建筑功能需要不能落地， 設(shè)置鋼桁架來支 托抗風(fēng)柱。（2）抗震措施工程設(shè)計時， 采取合理的抗震

4、措施來保證結(jié)構(gòu)的可靠性 3 第一，加強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)支撐體系的布置， 提高支撐結(jié)構(gòu)的冗余 度；第二，格構(gòu)柱柱腳采用埋入式剛接構(gòu)造。 第三，設(shè)計時合理構(gòu)造節(jié)點，使節(jié)點受力合理、傳力明確可 靠，使節(jié)點的極限承載力高于桿件的極限承載力， 即做到強(qiáng)節(jié)點 弱構(gòu)件；第四，嚴(yán)格控制支撐構(gòu)件的長細(xì)比。3 結(jié)構(gòu)空間整體分析 本工程鋼結(jié)構(gòu)縱向排架通過柱間支撐、腰桁架(沿豎向約10 米距離設(shè)一道)傳遞水平力，在屋面通過屋面水平支撐系統(tǒng) 形成完成的結(jié)構(gòu)體系。四肢鋼管混凝土格構(gòu)柱的柱肢按“相等軸向剛度、 相等抗彎 剛度” 12 原則折算為鋼管柱肢輸入整體模型計算， 支撐構(gòu)件 一般按長細(xì)比確定截面， 充分利用構(gòu)件截面的幾何特性

5、， 型鋼柱 交叉時，弱軸在面內(nèi)，強(qiáng)軸在面外，減小弱軸的計算長度，控制 支撐截面大??；圓管柱柱間支撐采用鋼管便于綴條與柱肢的連 接。廠房每榀剛架之間支撐系統(tǒng)提供了較大的剛度， 平面分析時 應(yīng)考慮平面外支撐剛度所產(chǎn)生的內(nèi)力疊加。(1) SAP2000與 MIDAS Gen分析設(shè)計時選用SAP2000和 MIDASGen兩種軟件分別對結(jié)構(gòu)進(jìn)行 整體分析，計算分析得出兩種軟件對本廠房進(jìn)行空間整體分析的 各項控制指標(biāo)較為接近， 較準(zhǔn)確的模擬了結(jié)構(gòu)整體的空間受力性 能，得出了各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力， 各項指標(biāo)均滿足規(guī)范對此類結(jié)構(gòu) 的設(shè)計要求。( 2) 整體彈性屈曲分析在 6 區(qū)空間整體計算模型基礎(chǔ)上， 設(shè)計時進(jìn)

6、行了整體彈性屈 曲分析。設(shè)計時考慮的屈曲荷載工況為豎向荷載D+L+0.5DC(1.0恒荷+1.0 活荷+0.5 吊車荷載)工況，設(shè)計初期屋面支撐系統(tǒng)單 一取 H 型鋼或圓管， 屈曲穩(wěn)定的第一模態(tài)為屋面支撐失穩(wěn)， 屈曲 系數(shù)為 5 左右，屈曲系數(shù)稍低；后調(diào)整支撐系統(tǒng)，交叉支撐為橫 放 H 型鋼，無交叉支撐為圓管， 屈曲穩(wěn)定的第一模態(tài)是柱間支撐 失穩(wěn)且屈曲系數(shù)為 8.1 ，是比較理想的情況。（3）溫度應(yīng)力本區(qū)域總長度192m總寬度2oom因設(shè)備工藝要求不可設(shè) 縫，設(shè)計考慮溫度應(yīng)力作用，以正常室溫 20 度為基準(zhǔn)，升溫考 慮 25 度，降溫考慮 30 度（即考慮 -10 度到 45 度的溫度變化產(chǎn)

7、生的溫度應(yīng)力），充分考慮溫度應(yīng)力的不利影響。4 節(jié)點設(shè)計（1 ）柱頂節(jié)點柱頂與屋面桁架的連接是實現(xiàn)廠房橫向剛架的關(guān)鍵， 應(yīng)構(gòu)造 合理，傳力明確。 高塔區(qū)屋面桁架與鋼管混凝土四肢格構(gòu)柱柱頂 之間連接采用直接焊接的連接方式， 屋面桁架上下弦桿與四肢柱 頂相連并在四肢柱頂內(nèi)側(cè)延伸至外側(cè)， 加設(shè)交叉斜腹桿， 將屋架 方向平面內(nèi)荷載有效分配至格構(gòu)柱四個柱肢， 從而形成一個空間 剛性節(jié)點，較好的解決了屋面桁架與柱頂?shù)闹g的可靠傳力。（2）肩梁節(jié)點高塔區(qū)四肢鋼管混凝土格構(gòu)柱高 75m左右，考慮受力合理及 經(jīng)濟(jì)性，從下至上，四次收進(jìn)截面。采用雙向肋板加勁的穿心板 式肩梁設(shè)計，肩梁腹板采用整塊鋼板，上下柱的鋼管

8、先開槽、開 坡口，將肩梁腹板插入鋼管槽內(nèi)，然后焊接，并設(shè)置縱橫向的加勁肋約束腹板 1 。（3）高低跨連接節(jié)點本區(qū)域高低跨之間均采用剛性連接。 高塔區(qū)采用的是四肢鋼 管混凝土格構(gòu)柱，其柱截面為空間形式，中塔 / 低塔區(qū)柱為平面 兩肢格構(gòu)柱，屋架采用的是實腹式型鋼梁，故中塔 / 低塔屋架型 鋼梁與高塔區(qū)格構(gòu)柱相連時在幾何關(guān)系上錯位， 無法將屋架作用 力直接傳遞給高塔區(qū)柱肢，需進(jìn)行轉(zhuǎn)換。該節(jié)點既有效的承擔(dān)低跨屋架的豎向荷載， 又確保低跨屋架 排架方傳來的水平作用。在四肢格構(gòu)柱內(nèi)部低跨屋架方向設(shè)置受力板及加勁板， 使屋 架荷載直接傳遞給受力板， 通過受力板及柱肢上的加勁板， 將力 協(xié)調(diào)分配至四個柱肢，確保傳力可靠。（4）柱腳節(jié)點為了實現(xiàn)高塔區(qū)柱腳與基礎(chǔ)之間的剛性連接， 使其符合計算 假定。本區(qū)域中、高塔部分采用了埋入式柱腳。將內(nèi)外分肢軸力 有效傳遞給基礎(chǔ)，