20160323抽柱門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及對(duì)廠房經(jīng)濟(jì)性影響分析發(fā)布版2

1、抽柱門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及對(duì)廠房經(jīng)濟(jì)性影響分析段瀟川王小龍(東風(fēng)設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北武漢430056)摘要：文章以連續(xù)多跨多坡門(mén)式剛架為算例，對(duì)抽柱門(mén)式剛架進(jìn)行分析，提出了抽柱門(mén)式剛架的設(shè)計(jì)方法，結(jié)合我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范對(duì)抽柱門(mén)式剛架的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了說(shuō)明，同時(shí)對(duì)比門(mén)式剛架中間抽柱和非抽柱模型的用鋼量。提出結(jié)論：抽柱門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)形式優(yōu)于傳統(tǒng)非抽柱門(mén)剛。關(guān)鍵詞：抽柱門(mén)式剛架；設(shè)計(jì)要點(diǎn)；用鋼量中圖分類號(hào)：TU318+.2StructureDesignPointsoftheSteelColumn-RemovedPortalFrameandAnalysisoftheEconomicImpactonPlant

2、BuildingXiaochuanDuan；XiaolongWang(DongfengDesignInstituteCo.,Ltd.,HubeiWuhan430056China)Abstract:Basedonthecontinuousmulti-spanandmulti-slopeportalframeasexample,analyzethesteelcolumn-removedportalframe,combinedwithChinacurrentcodetoillustratethedesignmethodsandpointsofsteelcolumn-removedportalfram

3、e,andcomparethesteelquantityofcolumn-removedportalframewithnonecolumn-removedportalframemodel.Putforwardtheconclusion:thestructureformofsteelcolumn-removedportalframeisbetterthantraditionalnonecolumn-removedportalframe.Keywords:steelcolumn-removedportalframe;designpoints;steelquantity引言門(mén)式剛架是建筑鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用

4、最廣泛的結(jié)構(gòu)形式之一，隨著我國(guó)工業(yè)化的發(fā)展，這類結(jié)構(gòu)以其用鋼量省、造價(jià)低、施工速度快、外形美觀等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛的應(yīng)用。由于生產(chǎn)工藝及使用的要求，需要開(kāi)闊的操作空間而抽去了部分中柱，因此形成了抽柱門(mén)式剛架。本文對(duì)抽柱門(mén)式剛架的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行探討，針對(duì)其中幾項(xiàng)容易被設(shè)計(jì)人員忽視的要點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明，并模擬工程中常見(jiàn)的多跨多坡廠房，基于門(mén)式剛架計(jì)算滿應(yīng)力法1,計(jì)算特定跨度、柱距情況下，抽柱與不抽柱對(duì)主體結(jié)構(gòu)用鋼量的影響。1抽柱門(mén)剛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法房屋沿跨度方向?yàn)闄M向剛架，分為標(biāo)準(zhǔn)板和抽柱根；沿柱距方向?yàn)榭v向剛架，分為邊根和中間福。在通常情況下，中間桐因?yàn)楣に囈蠖枰橹?。CECS102:2002門(mén)式剛架輕型房屋

5、鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程第4.3.2條規(guī)定：在多跨剛架局部抽掉中間柱或邊柱處，可布置托梁或托架。中間板柱頂與托梁剛接形成縱向剛架，不必設(shè)柱間支撐，柱腳兩個(gè)方向均為較接；邊板設(shè)柱間支撐保證縱向剛度，柱腳平面內(nèi)剛接，平面外較接。1.1 抽柱門(mén)剛的控制條件抽柱門(mén)式剛架設(shè)計(jì)時(shí)要控制構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算、穩(wěn)定計(jì)算、變形計(jì)算、位移計(jì)算。主要控制參數(shù)限值如下表1:（未注明項(xiàng)均采自CECS102:2002門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程2）表1設(shè)計(jì)控制參數(shù)表類別取值應(yīng)力比限值1鋼梁、鋼柱強(qiáng)度應(yīng)力比1.0,穩(wěn)定應(yīng)力比1.0;主鋼梁撓度限值L/180受壓構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比180柱頂位移限值h/60斜梁坡度變化率0.33變截面構(gòu)件楔率60m

6、m/m托梁撓度（按鋼規(guī)網(wǎng)）L/4001.2 抽柱門(mén)剛的計(jì)算抽柱門(mén)剛設(shè)計(jì)采用二維的平面模型，框架按單板計(jì)算。抽柱門(mén)式剛架計(jì)算模型分為：標(biāo)準(zhǔn)根、抽柱板、縱向剛架，計(jì)算步驟見(jiàn)表2。表2抽柱門(mén)剛的計(jì)算步驟步驟一計(jì)算抽柱板剛架傳遞給托梁的荷載步驟二建模計(jì)算縱向鋼架步驟三分工況提取托梁兩端的剪力，施加于標(biāo)準(zhǔn)板進(jìn)行建模計(jì)算步驟四求出托梁的剛度；K=F/（力法）步驟五根據(jù)托梁的剛度，設(shè)置彈性支座，建模計(jì)算抽柱板橫向剛架，計(jì)算時(shí)需保證抽柱板和標(biāo)準(zhǔn)板的位移協(xié)調(diào)1.3 抽柱門(mén)剛的設(shè)計(jì)要點(diǎn)托梁剛度。當(dāng)前蓄面浮引L31SS（四輔版支貓點(diǎn)（5宣&，F(xiàn)斤,儲(chǔ)苑方用土喇證計(jì)融造果X向宙近用電OJV.）-水印三麻值瞄外

7、）-圖1托梁剛度折算導(dǎo)入設(shè)計(jì)托梁時(shí)，托梁兩端剛接，可有效減小托梁撓度，減少?gòu)S房用鋼量4。經(jīng)驗(yàn)算核實(shí)，PKPM軟件在進(jìn)行托梁剛度折算時(shí)（圖1）,程序默認(rèn)托梁兩端錢(qián)接進(jìn)行計(jì)算，這使得程序所算剛度比實(shí)際剛度偏小，不經(jīng)濟(jì)。實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，托梁剛接時(shí)的剛度應(yīng)按表3中K2計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果帶入PKPM程序進(jìn)行支座剛度的輸入。表3托梁剛度計(jì)算公式托梁剛度集中向載在跨中時(shí)兩端錢(qián)接（PKPM默認(rèn)算法）K1=等兩端剛接/192EIK2一L3式中：K剛度；E鋼材彈性模量；I一慣性矩；L一計(jì)算跨度；連接節(jié)點(diǎn)。門(mén)式剛架進(jìn)行內(nèi)力分析時(shí)宜按平面結(jié)構(gòu)考慮。為了便于內(nèi)力分析，可將標(biāo)準(zhǔn)福的中柱設(shè)為搖擺柱，即中柱在標(biāo)準(zhǔn)板平面內(nèi)與梁

8、和基礎(chǔ)均為較接。由于搖擺柱自身的穩(wěn)定性依賴剛架的抗側(cè)移剛度，中柱設(shè)為搖擺柱后，邊柱平面內(nèi)計(jì)算長(zhǎng)度增加，穩(wěn)定性減弱5。標(biāo)準(zhǔn)板的搖擺柱受到托梁傳遞豎向荷載，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，“在中、邊柱軸力相差很大的情況下，計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)會(huì)增加過(guò)大而與柱截面極不相稱。這樣會(huì)導(dǎo)致驗(yàn)算剛度時(shí)不能滿足長(zhǎng)細(xì)比限值的要求。”設(shè)計(jì)時(shí)，為了避免邊柱的計(jì)算長(zhǎng)度過(guò)大，可以采用邊柱柱底剛接的方式來(lái)減小計(jì)算長(zhǎng)度。支撐布置。抽柱后抽柱板剛架水平荷載會(huì)有一部分傳遞到托梁上，該荷載對(duì)托梁來(lái)說(shuō)作用于托梁的弱軸，容易引起托梁的扭轉(zhuǎn)變形，鋼結(jié)構(gòu)開(kāi)口截面的抗扭能力比較弱，構(gòu)造上可以通過(guò)在托梁位置設(shè)置屋面縱向水平支撐來(lái)提供托梁的平面外剛度。抽柱門(mén)式剛架的邊

9、板應(yīng)設(shè)置柱間支撐，以構(gòu)成各個(gè)縱向平面框架，從而保證廠房的縱向幾何不變性和剛度，減小柱的平面外計(jì)算長(zhǎng)度，并承受和傳遞廠房的各種縱向荷載和溫度效應(yīng)，使之傳于基礎(chǔ)。下面以某廠房為例4,對(duì)抽柱門(mén)式剛架進(jìn)行試算，本文所用計(jì)算軟件為中國(guó)建筑科學(xué)研院建筑工程軟件研究所2014年8月編寫(xiě)的PKPM2010V2.2版。2工程實(shí)例及經(jīng)濟(jì)比較2.1工程實(shí)例某24米x4連跨工廠，總長(zhǎng)192m,總寬96m,柱距8m,中柱隔一抽一（見(jiàn)圖2）,檐口高度9m,屋面坡度5%,無(wú)吊車(chē)荷載，無(wú)工藝吊掛荷載，不考慮公用動(dòng)力專業(yè)管道荷載。屋面采用帶保溫棉雙層壓型鋼板，屋面系統(tǒng)（含楝條及屋面水平支撐等）自重0.25KN/m2,屋面活荷載

10、和雪荷載取值為0.50KN/m2,基本風(fēng)壓0.35KN/m2,體型系數(shù)按GB50009-2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范6中的規(guī)定選取，鋼材采用Q345B級(jí)鋼。中柱平面外計(jì)算長(zhǎng)度取柱全長(zhǎng)，邊柱平面外計(jì)算長(zhǎng)度取6m,鋼梁平面外計(jì)算長(zhǎng)度取3m,構(gòu)件凈截面系數(shù)取0.92。在考慮鋼構(gòu)件運(yùn)輸條件和滿足規(guī)范楔率要求的前提下，按滿應(yīng)力設(shè)計(jì)原則1,在24m跨度范圍內(nèi)，將斜梁分為4段。見(jiàn)圖3:工T工工1T_4工工工T工圖4GJ-2計(jì)算結(jié)果如表4。所得用鋼量為主剛架用鋼量，此表中不包含支撐、圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造及螺栓重量。表4抽柱與不抽柱模型用鋼量、剛架變形結(jié)果鋼梁最大撓度(mm斜梁坡度變化率柱頂位移(mrm單極鋼柱重量(k

11、g)單極鋼梁重量(kg)廠房鋼柱總重(kg)廠房鋼梁總重(kg)每平米用鋼量(kg/m2)抽柱模型標(biāo)準(zhǔn)根1133.30.328.8369858336558221926815.45抽柱柱132.80.328.814596877縱向鋼梁40.020305不抽柱模型4133.00.3027.9352850398820012597511.622.3結(jié)果分析根據(jù)筆者多年設(shè)計(jì)及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，抽柱門(mén)剛相比傳統(tǒng)門(mén)剛有以下特點(diǎn)：1、廠房?jī)?nèi)部的操作空間更大，使工藝布置或物流輸送更方便。2、減少柱下基礎(chǔ)的數(shù)量。3、由表2數(shù)據(jù)得：上部主體結(jié)構(gòu)抽柱門(mén)剛的總用鋼量較不抽柱增加約30%。4、設(shè)置縱向剛架可避免廠房?jī)?nèi)部設(shè)置交

12、叉柱間支撐。5、由于改變了支座的約束條件，剛架的抗側(cè)移剛度增加。3結(jié)論本文以常見(jiàn)跨度廠房為算例，簡(jiǎn)述抽柱門(mén)剛的設(shè)計(jì)方法，提出設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并與不抽柱廠房的用鋼量進(jìn)行對(duì)比，得出結(jié)論：抽柱門(mén)式剛架的上部主體結(jié)構(gòu)用鋼量較不抽柱門(mén)剛增加30%左右，但減少了30%的基礎(chǔ)工程量，同時(shí)減少50%以上的柱間支撐用鋼量，具圍護(hù)結(jié)構(gòu)用鋼量不變?？紤]到目前市場(chǎng)上鋼材價(jià)格下降，人工成本上升，抽柱門(mén)剛比不抽柱門(mén)剛綜合單價(jià)略低，尤其是在沿海等軟弱地質(zhì)區(qū)域，抽柱門(mén)剛的成本節(jié)省意義更大。同時(shí)，抽柱門(mén)剛在縱橫兩個(gè)方向均可以提供很大的空間，因此工藝適用性更強(qiáng)。參考文獻(xiàn)：1韓方俊.輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輕型化的主要途徑J.建筑施工.1999.21(5):35-372門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS102:2002北京：中國(guó)計(jì)劃出版社出版.3鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50017-2003北京：中國(guó)計(jì)劃出版社出版.4段瀟川；秦希青；王利.多跨多