多层结构体系范文

多层结构体系范文（精选8篇）

多层结构体系 第1篇

多层轻钢住宅的抗震结构体系, 要求具备足够的强度、刚度和延性。由于这种类型的住宅的自重相对比较轻, 而且高度也不会构成地震时的强度破坏威胁, 我们需要将研究的重心放在抗侧力体系方面。

(1) 提高体系的抗侧移水平, 另一方面是确保体系在地震发生时的侧移限值。多层轻钢结构的住宅设计抗侧力体系的研究, 需要综合结构体系的布置模式、受力变形情况和结构体系的总体特点, 通过多方案的比较选择, 才能够设计出符合抗震基本要求的住宅结构方式, 进而作为住宅户型设计、配套构件安置的标准化依据。根据多层轻钢住宅结构体系的受力特点, 我们可以找出这种住宅抗震结构体系受力的基本原则, 确定可能需要承受的各种荷载作用力。

(2) 在重力的作用下, 住宅的楼板和梁等住宅结构水平构件不会受到损坏, 而结构体系的整体也不会出现失衡迹象。另一方面是在侧向力的作用之下, 确保结构体系不会倾覆和发生整体弯曲、剪切破坏, 而且需要保证结构侧向变形的程度不能超出住宅本身的要求, 以免破坏住宅的结构功能。

二、多层轻钢住宅结构抗震体系设计的方法

多层轻钢住宅结构的抗震体系设计, 需要对几种抗震体系的类型进行了解, 然后应用设计的具体方法, 以确定具体的设计内容。

1. 抗震结构体系的类型

关于多层轻钢住宅结构抗震体系的类型, 根据抗侧力结构体系的组成方式划分, 有如下几种类型。

(1) 纯钢框架结构。这种结构在水平作用力之下, 有两部分的框架侧移。一是结构倾覆力矩造成柱拉压变形, 引起整个结构的弯曲;二是结构剪力造成梁柱受弯之后, 引起了部分的侧移。纯钢框结构具有比较好的延性体系, 而且平面布置上各个部位的刚度都较为均匀, 具有较长的自震周期。

(2) 框架支撑结构体系, 荷载力集中于结构的梁柱上, 但抗侧的刚度比较小。如果结构的高度较高, 结构的抗侧刚度不能满足设计的, 而如果结构的梁柱截面设计得太大, 又会增加结构设计施工的成本。因此, 框架支撑结构体系通常都均匀对称布置支撑构成中心支撑框架结构。

(3) 伸臂及带状桁架。建筑物越高, 其支撑系统的高度和宽度也会随之增大, 但抗侧的刚度会明显下降, 为了提高结构体系的刚度, 可以在建筑物的顶部和中部位置设置伸臂及带状桁架结构, 提高建筑外围结构体系的抗弯能力。

(4) 钢框架混凝土剪力墙结构, 在钢框架当中设置混凝土剪力墙, 布置于住宅的建筑平面中心位置, 以提高结构的抗侧力刚度水平。这种结构由钢框架和混凝土两种不同的材料组成, 属于混合型的结构。

2. 抗震结构体系设计的基本方法

地震的作用具有复杂性, 在计算其作用力的时候要尽量简单化, 常见的有底部剪力法。

根据结构水平地震作用的规律, 确定结构总水平地震作用的分布状态, 在计算的时候, 需要考虑所有主轴方向的自由度。总水平地震作用的标准值大小, 可用公式 (1) 计算:FEK (28) 1Geq (1)

上式中, 图LR1750主吊车工况SDB臂长度:7m超级提升配重:20t履带尺1.65作业半径额载4设备量3装负荷率8%环氧乙烷反应器/气体冷却吊装立面外部框架LR1750指的是结构体系的总水平地震作用标准值;1指的是水平地震影响系数;Geq指的是多层建筑的重力荷载。

当水平地震作用沿结构高度的方向分布, 可用公式 (2) 计算:MV (2)

上式中, iF指的是在第i层水平地震作用的标准值;Hi和Hj分别代表第i层和第j层的计算高度;iG和Gj指的是集中在第i层和第j层的重力荷载代表值;N指的是结构顶部附加地震的作用系数。

根据以上公式, 可以根据地震的规律, 然后确定地震作用的分布状态, 从而计算出作用大小和作用标准值。

3. 抗震结构体系设计的内容

抗震结构体系的设计内容, 可分为钢框架抗侧力体系、钢框架梁柱连接体系两种。

(1) 钢框架抗侧力体系。钢框架抗侧力体系包括偏心支撑框架、抗弯框架和中心支撑框架三种类型。首先是偏心支撑框架, 一端的支撑斜杆和梁连接, 偏离梁柱轴线的交接点, 另外一端在梁柱的交界处相连接。这种结构, 能够在支撑梁和支撑柱之间形成耗能短梁, 以消耗地震的能量, 适用于地震频发地区的多层房屋。其次是抗弯框架, 组成部分是梁柱, 不仅布置灵活, 而且不占室内空间。其设计原理是利用梁端的非弹性变形特征, 用塑性铰来消耗地震产生的能量, 但其抗侧的刚度比较小, 如果侧向力太大, 需要增加梁柱截面的面积, 会增加设计和施工成本。再次是中心支撑框架, 将斜向支撑构件设置于抗弯框架里面, 使得支撑面、梁柱的轴心线连接成一体, 以支撑承受水平的荷载, 这种设计方法侧向刚度比较大, 而且不需要使用太多的钢梁就能够抵抗侧向力, 适合用于非地震区域的多层房屋设计。

(2) 钢框架梁柱连接体系, 钢框架梁柱连接体系根据连接的刚度, 可以分为以下三种。首先是刚性的连接模式。在设计当中, 可以采用全焊连接和栓焊混合连接两种模式, 完全熔透对接梁翼缘和柱翼缘的焊缝。其次是半刚性的连接模式。包括顶底角钢连接、带双腹板角钢的顶底角钢连接、端板连接, 将钢板焊接于梁端, 然后再与梁腹板、梁翼缘焊接。而T型钢的连接则是在梁上和下翼缘的位置设置T型钢, 然后将高强螺栓连接在梁柱上面。再次是柔性连接模式。连接梁腹板和柱, 常见的是承托连接, 这种连接方法是在柱翼的承托件上设置梁, 然后用小角钢与柱连接于梁端, 这样就能控制住梁整体的稳定性。

三、结语

综上所述, 多层轻钢住宅的抗震结构体系, 要求具备足够的强度、刚度和延性, 是我国目前建筑设计环节的重点所在。我们一方面提高体系的抗侧移水平, 另一方面确保体系在地震发生时的侧移限值。根据多层轻钢住宅结构体系的受力特点, 我们可以找出这种住宅抗震结构体系受力的基本原则。多层轻钢结构的住宅设计抗侧力体系的研究, 需要综合结构体系的布置模式、受力变形情况和结构体系的总体特点。通过多方案的比较选择, 才能够设计出符合抗震基本要求的住宅结构方式。

参考文献

[1]王起敬.多层轻钢结构住宅的设计与施工问题探讨[J].中国新技术新产品, 2009 (10) .

[2]吴雨红, 李清海, 崔琪, 翁端衡.板柱轻钢构体系抗震节能型乡镇住宅[J].21世纪建筑材料, 2009 (01) .

[3]马瑞斌.底部框架抗震墙房屋的结构设计[J].科技情报开发与经济, 2007 (28) .

多层砌体结构房屋震害调查 第2篇

赴5.12汶川地震灾区,分别对绵竹、汉旺、都江堰、汶川、映秀等地进行了实地调查,全面了解多层砌体结构的.震害现象,并针对多层砌体结构在水平地震作用下窗下墙的交叉裂缝提出新的研究方法.

作 者：张璇 郑军鹏 张霄 作者单位：张璇,郑军鹏(西安建筑科技大学土木工程学院,陕西,西安,710055)

张霄(西安三建建设有限公司,陕西,西安,710054)

浅谈多层砌体房屋结构体系的合理性 第3篇

1 应优先采用横墙承重或纵横共同承重

纵墙承重的砌体结构,由于楼板的侧边一般不嵌入横墙内,横向地震作用有很少部分通过板的侧边直接传至横墙,而大部分通过纵墙经由纵横墙交接面传至横墙。因而,地震时外纵墙因板与墙体的拉结不良而成片向外倒塌,楼板也随之坠落。横墙由于为非承重墙,受剪承载能力降低,其破坏程度也比较严重。

而横墙开洞较少,又有纵墙作为侧向支承,所以横墙承重的多层砌体结构具有较好的传递地震作用的能力。

纵横墙共同承重的多层砌体结构房屋可分为两种:一种是采用现浇板,另一种是采用预制短向板的大房间。其纵横墙共同承重的多层砌体结构房屋既能比较直接地传递横向地震作用,也能直接或通过纵横墙的连接传递纵向地震作用。

2 纵横墙的布置应均匀对称

纵横墙的布置应均匀对称,沿平面内宜对齐,同一轴线上的窗间墙宽度宜均匀,同时应尽量减少复杂装饰立面造成的附加震害。

多层砌体房屋的平、立面布置应规则对称,最好为矩形,这样可避免水平地震作用下的扭转影响。然而对于避免水平地震作用下的扭转仅按房屋平面布置规则是不够的,还应做到纵横墙的布置均匀对称。

砖墙沿平面内对齐、贯通,能减少砖墙、楼板等受力构件的中间环节,使震害部位减少,使震害程度减轻;同时,由于地震作用传力路线简单,中间不间断,构件受力明确,其简化的地震作用分析能较好地符合地震作用的实际。

房屋的纵向地震作用分至各纵轴后,其外纵墙的地震作用还要按各窗间墙的侧移刚度再分配。由于宽窗间墙的刚度比窄窗间墙的刚度大得多,必然承受较多的地震作用而破坏,而高度比大于4的墙垛其承载力更差,已率先破坏,则对于宽窄差异较大的外纵墙,就会造成窗间墙的各个击破,降低了外纵墙和房屋纵向的抗震能力。因此,要求同一轴线的窗间墙宽度宜均匀,尽量做到等宽度。对于一些建筑阳台和窗之间留一个240 mm宽的墙垛等做法不利于抗震,宜采取门连窗的做法。

3 纵横墙竖向应上、下连续,不宜采用上刚下柔的结构

房屋的纵横墙沿上下连续贯通,可使地震作用的传递路线更为直接合理。如果因使用功能不能满足上述要求时,应将大房间布置在顶层。若大房间布置在下层,则相邻上面横墙承担的地震剪力只有通过大梁传递至下层两旁的横墙,这就要求楼板有较大的水平刚度。从房屋纵横墙的对称要求来看,大房间宜布置在房屋的中部,而不宜布置在端头。而上刚下柔的房屋也只有通过大梁传递至下层两旁的横墙,这就要求楼板有较大的水平刚度。

4 抗震地区不宜采用墙梁

因墙梁是上部墙体与钢筋混凝土托梁一同进行协调工作。而在地震作用下,上部墙体开裂使墙体与钢筋混凝土托梁不能一同进行协调工作,因而使结构变得不安全。

5 防震缝的设置

大量的震害表明,由于地震作用的复杂性,体形不对称结构的破坏较体形均匀对称的结构要严重一些。但是,由于防震缝在不同程度上影响建筑立面的效果并增加工程造价等,应根据建筑的类型、结构体系各建筑状态以及不同的地震烈度等区别对待。规范的原则规定为:当建筑形状复杂而又不设防震缝时,应选取符合实际的结构计算模型,进行精细抗震分析,估计局部应力和变形集中及扭转影响,判别易损部位并采用加强措施;当设置防震缝时,应将建筑分成规则的结构单元。

对于多层砌体房屋,当有下列情况之一时宜设置防震缝:

1)房屋的立面高差在6 m以上;2)房屋有错层,且楼板高差较大;3)各部分结构刚度、质量截然不同。

6 楼梯间不宜设在房屋的尽端和转角处

由于水平地震作用为横向和纵向两个方向,所以在多层砌体房屋转角处纵横两个墙面常出现斜裂缝。不仅房屋两端的四个外墙角容易发生破坏,而且平面上其他凸出部位的外墙阴角同样容易破坏。

楼梯间比较空敞和顶层外墙的无支承高度为一层半,在地震中的破坏比较严重。尤其是楼梯间设置在房屋尽端或房屋转角部位时,其震害更为加剧。

7 烟道、风道、垃圾道及配电箱洞口等不应削弱墙体

墙体是多层砌体房屋承重和抗侧力的主要构件。局部削弱的墙体,不仅在削弱处率先开裂,还将产生内力重分布。因此,规范规定烟道、风道、垃圾道和配电箱洞口不应削弱墙体;当墙体被削弱时,应对墙体采取水平配筋等加强措施,对附墙烟囱及出屋面烟囱采用竖向配筋。

8 钢筋混凝土预制挑檐应加强锚固

由于挑檐为一悬臂构件,在地震中较容易发生破坏。若为现浇则和屋面板一起,抗震性能较好,对于预制钢筋混凝土挑檐则应加强与圈梁的锚固。

参考文献

多层结构体系 第4篇

造纸企业对能源的需求较高, 为了降低单产能耗和提高科学管理水平, 有必要利用现代计算机技术、网络技术、现代通信技术、智能测控技术、自动控制技术等领域的最新成果, 建立多层网络体系结构的纸业能源监控与管理系统。目前大部分造纸企业都采用以工业现场总线为基础的分布式控制系统及数据采集监视系统 (SCADA 系统) , 并且许多造纸企业开发使用了独立的企业资源计划系统 (ERP) 等[1]。然而, 这些系统互相独立运行, 不能实现生产监控和数据信息管理的统一。

多层网络体系结构的纸业能源监控与管理系统的设计可以在有效利用现有资源基础上, 充分发挥能源系统的总体优势和综合调度功能, 全面掌握能源生产、能源消耗和能源设备的运行状况, 实现管控一体化, 建立一个既能有效反映现场能源设备的运行状况, 又能提供企业综合能源信息的系统平台, 提高总体能源监控的能力, 提供辅助决策手段, 为企业信息化管理提供能源信息数据支持。

2 设计原则

多层网络体系结构的纸业能源监控与管理系统是一个综合现代化通信、计算机和自动控制与检测技术的全分布式计算机监控系统, 系统将在能源监控中心实现对整个企业能源系统的数据采集、监控、分析以及计划编制等功能。同时实现与上级系统通信功能, 接收能源计划、主作业线设备信息以及上报能源生产实绩。根据某企业实际情况, 并考虑到各个控制系统的特点, 多层网络体系结构的纸业能源监控与管理系统将遵循实用性、可靠性、集成性和可扩展性、标准化和结构化以及经济性的原则进行设计, 建立一个稳定、可靠、扩展性好、性价比高的系统。

实用性:系统符合本工程的实际需要, 以及国内外有关标准和规范的要求, 并且实现容易, 操作方便。

可靠性:关键设备选用国内外知名品牌产品, 骨干网络选用冗余光纤环网络, 在需要远距离通讯的场合均采用光纤传输, 使得系统具备长期和稳定工作能力。

集成性和可扩展性:统一的操作平台和操作界面, 遵循开放性原则, 提供符合国际标准的软件、硬件、操作系统和数据库管理系统等诸方面的接口与工具, 保证系统具备良好的灵活性、兼容性、扩展性和可移植性。

标准化和结构化:系统设计依照国家和地区的有关标准外, 还根据本系统的功能要求, 做到系统的结构化和标准化, 能综合体现出当今的先进技术水平。

经济性:在实现先进性、可靠性前提下达到功能和经济的优化设计。

3 系统设计

纸业能源监控与管理系统的总体规划非常重要, 设计时必须考虑在规划期内的所有可能需求, 进行总体设计, 然后分步实施, 这样才能保证系统在规划期内的一致性、先进性和可扩展性。在分析集散式体系结构的基础上, 总体规划采用多层网络体系结构, 按照从物理层向表示层逐步实现的规划过程, 底层为现场设备监控层、中间层为过程系统监控层、顶层为能源监控与管理层[2]。多层网络体系结构划分如图1所示。

3.1 现场设备监控层设计

现场设备监控层设计按照某企业产能耗能类型, 将系统划分为若干子系统:配电监控子系统、锅炉及蒸汽监控子系统、压缩空气及真空监控子系统、供水监控子系统、冷冻水及换热站监控子系统, 这样设计出的系统结构不仅层次分明, 而且各子系统划分清晰, 便于系统分步实施。

现场设备监控层用于计量能源消耗和监控设备运行。采用SIEMENS和横河的计量仪表可以采集各种设备和车间的能源消耗数据 (水、电、蒸汽、压缩空气等) , 这些仪表的输出通过ADAM模块接入RS485总线, 将数据发送给过程系统监控层的监控计算机。各种设备本身的运行工况参数, 也可以通过增加仪表、传感器, 或从设备的控制系统中采集等方法获取, 然后接入RS485总线, 如图2所示。

3.2 过程系统监控层设计

由于某企业设备分布范围广、距离远, 所以系统结构设计上还必须考虑地理位置因素, 故本系统按地理位置分布区域划分为:监控中心、科技楼、锅炉房、制冷站、中心变电所 (包括一、二车间空调、换热站和生产用水监控) 、水泵房、空/负压站和综合车间变电站、成品辅料库、高架库和三产。按照地理位置分布区域划分, 合理分配网络交换机、子系统主机及其各自接入检测仪表等, 使系统达到布线合理、就近接入, 减少工程施工量。

过程系统监控层主要实现通信网络, 配有工业控制计算机, 通过RS485总线从设备监控层接收信息。在过程系统监控层将能耗数据采集、设备运行监控、视频监控、门禁等各子系统有机地整合在一起, 构成一个完整过程系统综合监控系统。工业控制计算机通过采用支持TCP/IP协议的SIEMENS的OSM交换机接入100 M工业以太网, 将数据传送给能源监控与管理层[3], 使得系统通信网络具有高度可靠性、先进性和开放性。

过程系统监控层通信网络结构如图3所示。能源监控通信网络是系统骨架, 并且施工时涉及外界因素多、工程量大, 所以设计时必须考虑今后相当长时间内能够满足系统通信要求。通信网络是各层之间的联系桥梁, 它的可靠性对系统正常运行非常重要。

OSM1#安装在监控中心, 通过监控中心交换机连接监控中心设备, 连接科技楼和锅炉房监控子系统。

OSM2#安装在中心配电室, 连接中心配电室低压配电监控子系统, 中心配电室高压配电监控子系统, 一、二车间空调、换热站和生产用水监控子系统。

OSM3#安装在综合车间配电室, 连接综合车间、水泵房监控子系统和空/负压站监控子系统。

OSM4#安装在成品辅料库配电室, 连接成品库监控子系统和三产监控子系统。

OSM5#安装在制冷站, 连接制冷站配电监控子系统和制冷站其它监控子系统。

3.3 能源监控与管理层设计

能源监控与管理层提供能源动力集中监控管理功能, 实现水、电、蒸汽、压缩空气、燃油、燃汽等能源的生产与消耗数据的信息管理、统计分析、查询, 为车间考核提供依据。信息管理计算机同时提供数据接口 (以太网卡、OPC数据服务器) , 通过交换机接入厂级制造执行系统, 实现与企业信息数据网络的数据交换, 可以在企业内任何一台经授权的计算机上对能源监控管理的数据内容进行监视。该部分结构如图4所示。

能源监控与管理层设计分两部分, 一部分为实时监控, 显示实时控制图形和数据, 选用西门子公司开发的WinCC V6.0组态软件开发, 将原始数据保存至Microsoft SQL Server 2000中[4,5];另一部分为信息管理, 让用户了解全厂各个部门和设备的能耗情况, 包括能耗计划、统计、对比、预测, 并提供用户打印日、月、年报表和观察图表等功能, 这部分选用.NET框架开发, 依赖于WinCC数据二次归档[6]。二次归档就是在原有WinCC数据归档的基础上进行二次开发, 集数据库连接和数据冗余处理、整合、统计为一体, 将原来复杂的数据进行精简和拓展, 提取有用的数据重新保存在另一个数据库中。

4 结 论

多层网络体系结构的纸业能源监控与管理系统综合运用了计算机技术、网络技术、现代通信技术、智能测控技术、自动控制技术等领域的成果, 根据供水、空压机系统、真空系统、锅炉系统、空调制冷系统、变配电系统等公用设备的自身特点, 对其进行远程实时监控, 采集设备的运行参数, 监测和处理故障, 记录和处理相关数据, 计量相关的能源消耗与产出, 提高设备维护的效率和可靠性, 减少维护人员的工作, 降低能源消耗, 提高企业管理水平。

参考文献

[1]尹晋磊, 唐斌, 黄佩.基于GIS的纸厂综合信息系统的设计[J].纸和造纸, 2009, 28 (4) :42-44.

[2]吴琳, 李锐, 谭南邻, 等.集散式能源测控系统的实现[J].计算机应用, 1999, 19 (7) :44-45.

[3]研华 (中国) 工业自动化事业群.基于环网冗余以太网技术的某火车站房设备一体化监控系统[J].国内外机电一体化技术, 2009, 12 (2) :50-51.

[4]苏昆哲.深入浅出西门子WinCC V6[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2005.

[5]王庆超, 胡立坤.基于WinCC的腈纶生产线监控系统研究[J].化工自动化及仪表, 2006, 33 (1) :35-38.

多层钢结构厂房结构概念设计 第5篇

1 工程概况

该厂房整体采用带支撑的钢框架结构。根据工艺要求厂房平面纵向长度为39m (X向) 、横向宽度为22.5m (Y向) , 总高度为25.74m。厂房下部三层全层有设备, 上部为大空间, 设检修吊车、最上为屋面结构 (平、立面结构示意图, 见图1) 。根据现场勘测及甲方提供的资料:该地区抗震设防烈度为8度, 设计基本地震加速度值为0.3g;基本风压为0.55kN/m2;活荷载:楼面为5.0kN/m2, 屋面为0.5kN/m2 (不上人屋面) ;楼板采用压型钢板混凝土组合楼板, 有效厚度约为120mm。屋面板及墙面板采用80mm厚夹芯板轻型屋面板。

2 平面结构布置

在均布荷载作用下构件的弯矩与跨度成二次方的关系, 因此楼板压型钢板布置凸肋时应尽量沿板的短跨布置以提高楼板的平面外刚度, 减小挠度。同理, 次梁布置时宜按房屋的短向布置以取得较大的刚度[1]。该工程在主梁布置时采用X向与Y向均与柱刚接的方式, 这样既增加了主梁的竖向承载能力, 又增加了结构的抗侧刚度和冗余度, 结构的安全储备得到增强, 而且在罕遇地震时可以靠梁柱节点的塑形变形来消耗地震能量[2]。

屋面结构布置时, 考虑到边榀框架刚度较大, 而中间榀作为大跨度框架刚度十分弱, 中间与两侧变形差异较大对于结构十分不利[3];而屋面板为夹芯板, 其平面内与平面外刚度均较弱, 不能有效地协调竖向构件的变形, 故设计时采用了设置水平支撑的方式, 具体见屋面结构示意图, 如图2所示。

由于水平纵向支撑平面内刚度较大能够有效协调竖向构件的侧移, 且B、C轴柱顶传来的风荷载可以由横向支撑传到A、D轴边榀框架, 传力简单明确, 并且由于设置了横向支撑及撑杆, 减小了2至5轴屋面梁的平面外计算长度, 增强了梁的稳定性, 能够使梁的截面较小从而取得较大的经济利益。其中, 在软件中建立计算模型时屋面支撑可按PKPM (STS) 中的斜杆输入。屋面支撑设计时横杆可按压杆设计, 斜杆可按拉杆设计, 横向及纵向支撑从概念上可以看成桁架, 布置简单, 受力明确。

3 立面结构布置

立面布置时空间大、四周柱高度较高, 一侧没有框架梁与之相连, 详情见中榀框架立面示意图, 如图3所示。故其计算长度较大, 长细比难以满足规范要求的限值, 长细比λ=l/i (l为柱计算长度、i为柱截面回转半径) 。因此, 要减小长细比需从减小柱计算长度l及增大相应方向的回转半径入手。由《钢结构设计规范》GB 50017—2003附录D[4]可知, 柱上下两端与之相连的框架梁刚度与柱刚度之比越大, 柱计算长度越小。该工程设计时就将柱下端的框架梁适当地加大了, 并且将工字形截面柱的弱轴放在了没有框架梁的一侧, 使i值明显加大, 通过以上两种措施长细比得到了有效的控制。

需要指出的是:工作经验较少的设计人员往往看到柱的长细比不满足设计要求就加大柱截面, 调整完后再一计算发现长细比不仅没变小而且还有可能变大。从上边的分析可知, 框架梁截面不变, 柱截面加大, 梁柱线刚度比的数值减小即梁对柱的约束减弱, 从而柱的计算长度系数就越大;而柱截面增大并不能有效增大回转半径i, 故单纯增大柱的截面往往起不到降低长细比的效果, 反而得不偿失。

《建筑抗震设计规范》GB 50011—2010第3.5.3条第3款要求结构在两个主轴方向的动力特性宜相近。而该工程横向为3跨, 纵向为5跨, 因此宜将工字形框架柱的弱轴宜沿横向 (Y向) 布置以增强横向刚度。经软件PKPM (SATWE) 计算后, 得出前三阶周期, 如表1所示。

由表1可知, X向与Y向周期相近, 表明两个主轴方向刚度也相近, 柱截面方向的布置是合理的。

由于结构材料为钢材, 强度较高, 故按强度控制需要的构件截面较小, 而截面小直接导致结构刚度较弱不能满足设计规范对位移的要求。若加大梁柱截面需要耗费较多的材料, 且结构刚度提高得并不明显, 效果也不好。无支撑框架的变形主要为梁柱的弯曲变形, 而支撑的变形主要是轴向变形。众所周知, 相同的荷载、相同的截面轴向变形远小于弯曲变形, 根据这个常识, 该工程在框架的周圈布置上支撑以增加结构的抗侧刚度, 如图4所示。

根据多道防线的概念设计, 需要指出的是框架-支撑体系中, 支撑框架是第一道防线[4], 在强烈地震中支撑先屈服, 内力重分布使框架部分承担的地震剪力必须增大, 二者之和应大于弹性计算的总剪力。故设计规范要求, 框架部分按刚度分配计算得到的地震剪力应乘以调整系数, 应不小于结构底部总地震剪力的25%;最终在结构底部总地震剪力的25%与框架部分计算最大层剪力的1.8倍这两个数值之间, 选取较小值。

柱间支撑的布置有多种形式, 常见的中心支撑有“X”形、“人”字形及“K”形等等。

1) 其中“X”形支撑可按拉杆进行截面设计, 即在水平力的作用 (地震作用或风荷载作用) 下, 支撑交叉斜杆受力为一拉一压, 考虑支撑斜杆在压力的作用下退出工作, 只剩受拉力的杆件起作用, 按杆件受压计算截面承载力时, 计算公式为N=φ×f×A (f为材料强度, A为截面面积, N为承载力) , 应该考虑构件的受压稳定系φ (φ<1) 数以防止构件的稳定性不足而发生失稳破坏, 而按拉杆设计时可不必考虑受压稳定系数的影响。因此, 按拉杆设计时所需截面小于按压杆设计所需界面, 故能够取得较好的经济效益, 需要指出的是根据《建筑抗震设计规范》GB 50011—2010第8.4.1条第1款规定一、二、三级中心支撑不得采用拉杆设计, 四级采用拉杆设计时, 其长细比不应大于180。而由于该工程抗震等级为三级, 故计算时不能采用拉杆设计。

2) “人”字形支撑在相同的由梁柱构成的框架区格内, 其斜杆构件长度一般小于“X”形支撑的斜杆构件, 故其经济性较好。但是根据《建筑抗震设计规范》GB 50011—2010第8.2.6条第2款规定:人字支撑和V形支撑的框架梁在支撑连接处应保持连续, 并按不计入支撑支点作用的梁验算重力荷载和支撑屈曲时不平衡力作用下的承载力;不平衡力应按受拉支撑的最小屈服承载力和受压支撑最大屈曲承载力的0.3倍计算[5]。必要时, 人字支撑和V形支撑可沿竖向交替设置或采用拉链柱。按此规定计算后钢材的用量可能并不能比“X”形支撑的框架钢材整体用量少, 故可根据具体的工程具体分析采用哪一种支撑形式。

3) “K”形支撑由于其斜杆交汇点在柱中位置处, 在罕遇地震作用下, 在支撑交汇点处比较容易出现塑性铰。而该塑性铰出现在柱中, 容易造成结构的整体垮塌, 有悖于“强柱弱梁”的设计概念, 因此从抗震角度来讲不宜采用“K”形支撑。

支撑的截面形式可采用单槽钢、单角钢、双角钢、双槽钢、H形钢、钢管等等。以上几种截面除钢管外均有弱轴, 在相同的计算长度内, 在压力作用下构件一般较弱轴失稳, 而强轴方向又得不到充分的利用, 而圆钢管沿任意直径方向均对称, 截面能够得到有效的利用, 因此该工程支撑截面选用的是圆钢管。

除了上述的中心支撑, 还有偏心支撑。偏心支撑顾名思义即支撑杆件的轴线与梁柱的轴线不是相交于一点, 而是偏离了一段距离。这样设计的好处是可以将框架梁的一段设计成耗能梁段从而吸收耗散地震能量。该工程未采用这种支撑, 故不做详细的讨论。

经计算与分析表明:相邻的两跨柱间布置的两道支撑刚度要大于相隔的两跨柱间布置的两道支撑刚度, 即两道紧贴的支撑刚度要大于分离的两道支撑刚度。原因是两道分离的支撑刚度之和仅为各自刚度的相加, 而两道紧贴的支撑由于其合并在一起, 其力臂加高了一倍, 故其刚度肯定要比各自刚度相加的数值要大, 故设计时宜将支撑紧贴在一起布置以取得较大的抗侧刚度。但是该工程由于工艺布置的要求, 墙面上有许多洞口, 所以不能按上述的原则布置支撑, 而只能将支撑分离开布置。因此, 在布置支撑时不应只从结构力学的角度来进行设计, 还要考虑设计工艺的要求, 尽量做到经济合理、安全适用。

4 柱脚设计

钢柱柱脚为柱与基础的连接节点, 钢柱柱脚常用的形式有外露式柱脚、埋入式柱脚及外包式柱脚。由“强节点弱构件”的抗震概念可知:柱脚的极限受弯承载力应为柱的塑性受弯承载力的1.1倍 (外露式柱脚) 或1.2倍[5] (埋入式柱脚及外包式柱脚) 。而当柱截面较大时, 柱的塑性受弯承载力也较大, 因此外露式柱脚很难满足此要求。埋入式柱脚是通过混凝土对钢柱的承压力传递弯矩[6], 一般用于柱下双向条形基础或筏板基础, 这两类基础能够对钢柱传递可靠的压力。而该工程基础为柱下独立基础, 故采用外包式柱脚, 外包式柱脚底部的弯矩全部由外包钢筋混凝土承受[6]。铰接柱脚由于其转动刚度较弱, 在该工程设计时并未选用, 故不作详细讨论。

5 结语

结构设计应重视结构的平、立面布置, 保证结构的整体抗震性能, 使整个结构具有必要的承载力、刚度和延性。结构设计中概念设计是基础, 而概念设计的灵魂是力学知识, 在结构设计时运用力学的思维不仅能取得较好技术指标与经济效益, 往往还有事半功倍的效果。

以上为笔者在实际工作中得出的一些设计方法和思路, 限于自身水平, 有不当不周之处敬请业内同行们不吝指教。

摘要：该文介绍了某选煤厂多层钢结构工业厂房的分析和设计, 针对带有较大吨位吊车的大空间主厂房的特点并结合PKPM (STS) 结构设计软件探讨了此类钢结构主厂房设计思路, 详细介绍了结构的平面、立面的概念设计, 从力学角度分析解决问题, 并总结了多层钢结构厂房设计中结构布置的基本原则。

关键词：钢结构,刚度,支撑,结构布置

参考文献

[1]陈绍蕃, 顾强.钢结构.上册, 钢结构基础[M].第2版.北京:中国建筑工业出版社, 2007.

[2]陈绍蕃.钢结构.下册, 房屋建筑钢结构设计[M].第2版.北京:中国建筑工业出版社, 2007.

[3]朱炳寅.建筑抗震设计规范应用与分析[M].北京:中国建筑工业出版社, 2011.

[4]GB 50017—2002.钢结构设计规范[S].

[5]GB 50011—2010.建筑抗震设计规范[S].

多层模板支架体系研究 第6篇

关键词：多层模板,支架体系,主体结构施工,费用

前言

随着建筑工程技术的飞速发展, 工程进度的不断加快, 多、高层建筑施工中在模板支架下混凝土主体结构尚未达到设计强度要求时通常就进行上层主体结构施工。故目前大多采用多层模板支架体系, 施工周期一般已达到一周一层。但是, 如果多层模板支架体系配置不合理、拆除不当或混凝土早期养护不好, 很容易造成支架倒塌事故, 实际工程中这类事故及施工阶段楼板开裂现象也不鲜见, 严重影响了施工安全和施工进展。因此, 研究多层模板支架体系, 对于选择合理的施工方案, 避免出现工程事故, 缩短施工周期都具有重要意义。

1 多层模板支架体系的出现

随着城市功能的多向化发展以及国家基础性设施的可持续发展, 城市高架桥、大跨度结构、超高层结构愈来愈多。加之建筑工程市场化后业方对投资周期要求的不断缩短, 要满足建筑物每一层的混凝土浇筑养护都达到28d的龄期后, 再向上浇筑的施工方法显然已经不适应当前的施工节奏, 在下层甚至多层混凝土主体结构均未达到设计强度要求时就开始浇筑上层主体结构己成为必然趋势。于是, 多层模板支架体系成为现在施工中普遍采用的解决方法, 施工周期一般己达到一周一层。这样对各楼层梁板结构的模板支架体系而言, 就需要有更多的模板及支架才能满足工程进度的要求。

高层建筑混凝土结构施工通常包括以下五道工序: (1) 为浇筑上一层楼板而安装支架和模板; (2) 进行钢筋绑扎; (3) 混凝土浇筑; (4) 混凝土养护; (5) 拆除底层模板支架。这五道工序构成一个施工循环, 每一次施工循环, 结构就增加一层, 这样周而复始地施工, 建筑就"生长"起来了。施工中的建筑, 是随时间也即随施工工序而不断变化的, 这种自身随时间变化的结构称为时变结构, 它的形状、材料性能、空间位置均随时间变化, 随工序进行构件不断更替, 作用在时变结构上的外荷载也在不断变化。

在多层模板支架体系中, 新浇筑的混凝土重力荷载以及施工荷载 (包括施工恒载和施工活载) , 必须通过多层模板支架传递给下面先前已浇筑完成的几层楼板。在每一阶段, 荷载都由混凝土时变结构和支架系统组成的临时承载体系承担, 这一时变体系的混凝土材料性能与支模层数、施工周期密切相关, 其承担施工荷载随施工工序不断变化, 也就是说施工过程中混凝土结构及支架内力是随时间及模架形势不断变化的。我们把由混凝土时变结构和支架系统组成的临时承载体系称为时变结构体系。

2 层模板支架体系现存主要工程问题及原因

建筑物从开始施工建造到投入使用, 再到使用若干年后进入老化维修阶段的整个生命周期过程中, 在施工阶段因结构的不完整性、所受荷载的复杂性以及结构抗力的不成熟性, 结构的平均风险率最高, 失效概率最大, 如图1所示:

现浇混凝土结构施工, 由多层模板支架体系承担新浇筑的楼层混凝土的重力荷载和施工荷载, 模板支架将荷载传给己浇筑好的数层楼板。由于施工周期短, 这些承担施工荷载的混凝土楼板仍处于养护期, 混凝土还不成熟。而这些施工荷载又存在许多不确定性, 有时甚至会超过成熟混凝土结构正常便用状态所承担的设计荷载。由此造成现浇混凝土结构质量事故增加, 严重的会使模板支架临时结构以及现浇混凝土结构倒塌。工程质量事故统计分析表明, 施工阶段建筑工程失效事故, 明显高于正常使用阶段。在美国, 大约57%的工程破坏事故发生在施工阶段, 俄罗斯的比例为70%。我国更为突出, 据不完全统计, 从1958年至1987年间国内285起建筑结构倒塌事故分析表明, 施工期间发生的事故占83%, 近10年357起倒塌事故统计, 有78%的事故发生在施工阶段。而这些事故主要与模板支架体系密切相关。

3 模板支架体系的发展

模板是浇筑混凝土构件的施工工具。模板工程是混凝土和钢筋混凝土建筑中一项量大而面广的施工工艺。现浇混凝土结构模板工程约占混凝土结构工程总造价的三分之一左右和总用工量的二分之一左右。因此模板的选用及设计计算方法直接关系到混凝土结构工程成本的高低。另外, 若多层模板支架体系选用不当, 易引发工程质量事故或倒塌事故, 为安全生产带来隐患。为此, 要加大研究和开发模板施工新技术、新产品, 不断改善模板支架设计计算方法, 以满足不同混凝土结构的要求。同时, 要积极引进和借鉴国外先进的技术和经验, 开发新型的模板体系和改进优化设计方法, 以促进我国模板技术的发展。应用新型模板技术, 将为建筑企业的技术进步和经济效益的提高产生积极的作用。特别是到了本世纪, 随着大量高层、超高层建筑的云涌, 对模板工程的技术、安全等要求越来越高。模板支架体系是随着模板工程技术进步而相应得到发展的。长期以来, 与木模板工程配套的支架体系, 普遍采用木支架或竹支架。

迄今为止, 扣件式钢管支架仍是我国最常用的模板支架形式, 约占模板支架量的60%以上。门式支架及碗扣式支架在许多大型工程中也有应用, 但由于其较高价格等原因使其推广受到一定限制, 然而它们具有搭设高度高、刚度大、承载能力好等优点, 因此, 门式支架及碗扣式支架仍将是今后模板支架发展的方向。

4 模板支架体系的研究

由于施工阶段存在诸多的不确定性, 对于钢筋混凝土结构多层模板支架体系的研究尚欠完善, 现有的研究也主要来自于国外。以往研究涉及以下几个方面:引起模板倒塌事故的原因、施工荷载、立杆的稳定性以及模板支架体系计算模型等。

北美一位学者Ayyubl提出, 由于施工设计准则与施工过程不当引起的事故占施工总事故的50%。引起模板倒塌的原因主要是:支撑设置不够、早龄期混凝土养护时间不足、施工人员为赶施工进度过早拆除模板或施工荷载估计不当等。而对于拆除模板引起的事故, 美国学者D.VRosowskyetal.提出由于拆模时混凝土还未达到28d龄期, 所以一旦拆去模板及支架后, 混凝土板自身的刚度和强度还不足以抵抗板上的荷载引起的作用, 进而引发楼板本身的一系列问题。施工荷载的不确定性是导致模板支架倒塌事故的一个重要的原因。施工荷载是指混凝土的自重、模板钢管自重、机械设备、施工人员以及风荷载等。美国学者Pengetal通过数值分析的方法得到各种荷载形式下支架的承载能力, 并在对模板支架体系的调查中, 得到施工荷载的多样性对支架内力及板的弯曲影响是最主要的。

同济大学赵挺生等基于理论分析和现场实测以及对模板支架施工误差和时变结构体系承担施工荷载的随机性的认识, 建立了钢筋混凝土结构施工期设计分析方法, 并用钢筋混凝土结构施工期设计分析的实例加以说明。清华大学张传敏等通过对一批钢筋混凝土结构在施工期间活荷载的现场调查统计和分析, 发现堆积荷载是主要的施工活荷载, 并可以用指数分布描述对指数分布的参数进行估计并将施工活荷载转化为均布荷载。对多层模板支架体系进行力学性能分析, 需建立合理的多层模板支架体系分析模型。20世纪五十年代以来, 各国学者相继提出精确分析模型、简化分析模型和精化分析模型以及等效框架分析模型等。

5 结束语

造成模板支架体系倒塌和楼板开裂两种现象的主要原因是由于过去对多层模板支架体系的重视程度不够, 对多层模板支架与主体结构共同受力的性状研究较少, 在实测试验等方面, 也缺乏第一手资料, 难以进行深入的分析研究工作。工程实践的迫切需要与研究现状的相对落后, 不仅说明此方面的理论研究和取得的成果都十分欠缺, 更说明开展此项科研工作的必要性和紧迫性。

参考文献

[1]王光远.论时变结构力学, 土木工程学报, vol.33, No.6, 2000.12, 105-108

[2]赵挺生.基于时变性的混凝土建筑施工方案优选, 华中科技大学学报, Vol.22, No.4, 2005.12, 12-16

多层砌体结构房屋抗震措施 第7篇

那么要做好多层砌体结构房屋的抗震首先要了解这种房屋的震害规律。多层砌体房屋震害规律主要有: (1) 不同烈度区震害差异较大, 特别在高烈度区以严重破坏或倒塌为主。 (2) 结构整体性差、抗连续倒塌能力低。 (3) 未进行抗震设计的老旧房屋破坏严重。 (4) 砌体与钢筋混凝土混合体系中砖砌体破坏严重。 (5) 不同结构体系抗震性能不同, 房屋复杂体形比简单体型破坏重;房屋震害横墙承重最轻, 纵横墙承重次之, 纵墙承重最重;空旷底层破坏重, 端头大房间的震害加重;大空间顶层破坏重。特别村镇建筑震害严重, 是最薄弱的环节。

1 多层砌体结构房屋抗震设计中存在的主要问题

建筑体型复杂, 对于平面和立面的不规则使得房屋的整体刚度没有均匀的分布, 这样发生地震的时候就容易因为扭转和鞭梢效应而产生很大的损坏。

房屋超高、超层, 建筑在地震中震害严重易倒塌。

房屋底层空旷或顶层为大空间, 砖墙数量减少而结构又未采取有效方法避免刚度的突变, 地震时易破坏。

构造柱、圈梁问题, 数量不够或配筋不足, 结构的整体性、延性和抗塌性能很差。

悬臂构件挑出长度过大, 易倾覆。

2 建筑结构抗震设防的目标和内容

新建筑抗震设计规范GB50011-2010继续采用“小震不坏, 中震可修, 大震不倒”的三水准设防目标。地震的不确定性和复杂性使得建筑抗震设计依赖于设计人员的设计理念, 抗震计算和抗震措施是不可分割的两个组成部分, 其中“概念设计” (conceptual design) 要远比“计算设计” (numerical design) 更为重要。所谓“概念设计”是指根据地震灾害和工程经验等形成的基本设计原则和思想, 进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。良好的概念设计是建筑结构抗震性能的决定因素。

建筑结构抗震概念设计最主要注意的是以下的几个方面:建筑的平立面的均匀分布和外形的具体要求;抗震结构体系的选取、抗侧力构件的布置及结构质量的分布, 结构构件与主体结构的关系及两者之间的锚拉;材料与施工质量等。

3 多层砌体房屋的抗震概念设计要求

多层砌体房屋抗震概念设计主要包括:

房屋的高度和层数。对于多层砌体房屋的高度和层数进行控制是可以很好的提高它的抗震能力的, 其中高度的控制是对其中构造柱的房屋高度进行控制。

建筑形体的规则性要求。对于多层砌体房屋来讲合理的规范的建筑外观和平立面的设计才是抗震措施的关键, 只有符合规则的才是合理的, 那么规则又是指建筑质量的分布、各个平立面的尺寸、承载能力的分布等等, 这些都是有符合规则的。只有规则的建筑设计方法才能在实际的情况中地震中保持各项功能的发挥, 从而达到抗震的作用。

抗震结构体系的选择。所选的结构体系的计算简图要各个地方的受力确切, 传力是要适当且它的路线不断, 这样的结构是设置抗侧力体系时必要先注意的。然后要保证结构体系有很多道的防御线, 这样可以免除因为其中一部分的损坏而导致的整体的损坏。具有多个抗震防御线的体系, 是要有很多个延性好的不同的个体分系组成的, 再由那些延性好的构件把他们联系起来一起协作。

结构整体性要求, 要保证每个抗震构件之间的连接是可信的, 构件节点的承载力是不能比整体连接点的要低的, 只有各个环节承载力的要求符合实际的需要和应有的规则, 才能保证整体的协作能力和抗震的效果。

4 多层砌体房屋的抗震措施

应该明确的区分抗震措施和抗震构造措施, 这是不同的概念和设计方式, 其中抗震措施只要的内容包括:整体建筑的设置;机构选型。

抗震措施不等同于抗震构造措施。抗震措施的内容包括, 建筑总体布置、结构选考虑概念设计对地震作用效应 (内力和变形等) 的调整等等, 只有做好这些方面的措施, 按照规定的要求和具体的实施方案, 才能真正的做好抗震措施。按照笔者多年总结的设计经验, 以七度抗震区的多层砌体房屋为例, 有以下几点体会:

层数及高度控制。按照规范GB50011-2010严格要求多层砌体房屋, 7度 (0.10g) 时高度不超过18m、层数不超过6层, 为了满足楼盖对传递水平地震力所需的刚度要求7度 (0.15g) 时高度不超过15m、层数不超过5层。多层砌体承重房屋的层高, 不应超过3.6m。

体系要求。应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系。不应采用砌体和混凝土墙混合承重体系。纵墙开洞率不超过50%保证纵向的一定刚度。纵、横墙的布置宜均匀对称, 平面内宜对齐, 竖向宜上下连续, 同一轴线上的窗间墙宽度宜均匀。规定抗震横墙最大间距满足楼盖传递水平地震力的刚度要求, 现浇或装配整体式钢筋混凝土楼、屋盖不超过15m, 装配式钢筋混凝土楼、屋盖不超过11m。楼板局部洞口尺寸不宜超过楼板宽度的30%, 且不应在墙体两侧同时开洞;房屋错层的楼板高差超过500mm时, 应按两层计算;错层部位的墙体应采取加强措施。结构抗震体系采用多道抗震防线, 墙体为抗震第一道防线, 合理设置构造柱和圈梁成为抗震的第二道防线。尽量采用现浇钢筋混凝土楼、屋盖。

规则性要求。建筑平立面宜尽可能简洁、规则, 结构质量中心与刚度中心相一致。平面轮廓凹凸尺寸, 不应超过典型尺寸的50%;当超过典型尺寸的25%时, 房屋转角处应采取加强措。尽可能不防震缝, 计算模型要符合实际, 抗震分析要精确, 易损部位要加强。设缝时, 缝两侧均应设墙体, 缝宽应根据烈度和房屋高度确定, 可采用70mm~100mm, 满足中震不碰。

可以合理的加大墙体的面积, 还可以适当的提高砂浆强度。真是因为这样的改变是可以提高房屋的强度, 从而来提高防震抗震的作用效果。

其他要求。对于楼梯间的设置要找好位置, 它最好不要放在房屋的段点或者转弯的地方, 楼梯间的各项材料和规格必须标准来实行, 这样才能保证它着个抗震安全港的作用, 在整体的设置的时候更不要在转角留角窗, 还有不能使墙体被削弱, 如果不能避免一定要采取加强的措施。

抗震结构材料的选用及施工质量控制。对于材料的选用, 在符合实际的需求的时候还要选择那些强度标准的材料, 而钢材的需要则是要满足屈强比。整体的施工的程序要符合要求, 确保整体实施的质量。

5 结语

综上所述, 可以看到抗震这个概念的重要性, 只有做好这方面的工作, 才能做到保证安全, 保证社会的安定和繁荣, 从而减少灾害带来的损害。

而只有抗震设计, 措施和整体工程的质量达到要求才能更好的做好防震抗震的工作, 在地震中做到安全和财产损失的最小化, 可见合理的抗震概念设计在加上科学的管用的抗震措施的实施对于整体的建筑安全是十分重要的, 也是提高整体的抗震水平的关键, 所以必须做好这两个工作, 保证整体的安全。

所以当今的建筑要做的不只是质量的管理和提高, 更要做的是抗震体系和结构的设计, 把整体的各个方面的水平做到更好的提高。

摘要：随着这些年来地质和自然灾害的不断发生, 人们对于建筑物质量和抵抗灾害能力的要求也在不断的提高, 这在一定程度上是可以减少灾害, 其中抗震措施方面的提高要求更是迫切, 本文就是从多层砌体房屋抗震设计入手, 研究分析它目前存在的问题, 从而提出了一些主要的措施, 以供参考。

多层钢结构化工生产厂房结构设计 第8篇

目前钢结构体系大量用于化工项目生产厂房,与一般的民用建筑不同,化工项目生产厂房有其自身的特点:

1)楼面设备多,荷载大

设备重量从数吨到数百顿,有较多的悬挂与集中荷载。悬挂荷载主要包括安装荷载、工艺管道、吊车等荷载,而集中荷载主要包括设备荷载,有时还会有设备振动荷载。由于原料堆放以及生产工艺的要求,厂房楼面的活荷载大都为5～20k N/m2,远大于民用建筑的活荷载。

2)层高高,柱距布置应与工艺协调

多层工业厂房为了满足工艺要求,层高一般为4～8m;柱距6～12m,特殊工艺要求的柱距在18m以上。

3)楼面开孔大,质量刚度分布不均匀

民用建筑的结构大都为对称布置,化工厂房很多大型设备从基础开始上下贯通达十几米甚至几十米。同时,由于生产工艺的需要,往往造成楼面大面积开洞,也造成厂房质量和刚度沿高度分布不均匀,在地震作用下,往往可能发生扭转的现象。

2 工程概况

本工程位于江苏省江阴市经济开发区,其东侧为该公司一期工程,南侧为澄张公路。聚合装置厂房是该项目的核心建筑,厂房平面接近于矩形,为6层钢框架结构,局部7层,层高6m,厂房总高度40m,建筑长53m,宽11m,总建筑面积5 000m2。厂房横向主跨度为8m,辅跨度为3m,横向柱距为6m,无桥式吊车。厂房的典型剖面见图1。

3 结构方案的确定

本工程层高较高;楼面设备多,最大的设备重量约200t;按工艺要求楼面活荷载较大,达10k N/m2;主要重量设备位置高,3个200t设备主要支点位于3层18m高度处,且一直贯穿至6层,造成楼面开洞较多,对楼面刚度削减大;另外,设计时须考虑未来扩建的可能,扩建部分直接与现设计厂房连接,设计须考虑扩建后与未扩建两种工况。

3.1 结构体系

在初步设计阶段,对两种结构体系进行了比较:

方案1,纯框架结构,柱采用箱型截面,梁柱均刚接,不设支撑系统。

优点:整体刚度均匀,延性较好,空间利用率高。

缺点:柱截面大,用钢量大,抗侧力刚度较差。

方案2,带中心支撑的框架结构,柱采用焊接H型钢截面,梁柱强轴刚接,弱轴铰接,纵向横向均设置柱间支撑。优点:用钢量小,通过支撑提高框架的刚度,铰接节点施工方便。

缺点:为保证结构无侧移,设置多处柱间支撑,可能会对使用造成一定影响。

经与各专业协调,同意在部分位置设置柱间支撑,最终选用方案2进行结构设计。

主要构件截面尺寸如下:

柱:H600伊400伊16伊25;主梁:H600伊400伊16伊253支撑:HW 300伊300伊10伊15。

钢材选择,由于采用Q235钢柱截面较大(900mm伊300mm),总用钢量为1 020t。且此截面影响工艺及使用,故选用Q345钢,柱截面可用600mm伊400mm焊接H型钢,梁截面同样从900mm伊300mm降至600mm伊400mm,支撑由于主要由长细比控制仍然选用Q235钢,总用钢量降为900t。

3.2 楼盖体系

钢结构建筑楼盖主要有压型钢板现浇钢筋混凝土组合楼板、装配整体式预制钢筋混凝土楼板、装配式预制钢筋混凝土楼板、普通现浇混凝土楼板。这几类楼板各有优缺点:压型钢板现浇钢筋混凝土组合楼板和普通现浇混凝土楼板平面整体刚度更好;压型钢板现浇楼板、装配整体式预制钢筋混凝土楼板和装配式预制楼板施工较快;压型钢板现浇钢筋混凝土组合楼板造价相对较高。

本工程中采用压型钢板-混凝土板组合楼盖(压型钢板仅作为混凝土的模板),因存在动力荷载,故不考虑钢梁与钢筋混凝土板的共同作用[1];因工艺要求,局部楼板为钢格栅板。

楼板由于开洞较多,设计中在较大洞口边设八字梁,以减小开洞对楼板刚度的削弱,局部钢格栅楼板处均设置水平支撑,保证楼板平面内的刚度。

3.3 支撑体系

在水平力作用下,框架是剪切型构件,底部层间位移大;而竖向支撑体系是弯曲型构件,底部层间位移小。两者并联,可明显减小建筑物下层的层间位移。

本工程双向均布置支撑,纵向支撑布置受到室外楼梯位置的限制布置于建筑端跨及另一端第三跨柱间。横向支撑考虑楼板刚度削弱较大,布置于建筑两端,及中间第鬆轴及第鬄轴鬀轴共5处。遇通道及设备处设人字支撑,其余为十字交叉支撑。支撑布置位置示意见图2。

4 结构分析

采用SATWE进行结构分析,并用staad/PRO进行校核,三维计算简图如图3。

4.1 主要计算假定

1)楼板由于开洞较多,采用弹性楼板进行计算。

2)对与穿越楼层的设备,按荷载输入,在staad/PRO中设置主从节点模拟设备对各楼层构件的影响。

3)支撑斜杆的两端连接节点按刚接设计,但由于其承担的弯矩小,为简化计算,在模型中支撑构件按两端铰接模拟。

4)考虑扩建及扩建后两种计算模型分别计算,并取两种工况进行包络设计。

5)最大层间位移角小于1/1000,参考《高层民用建筑钢结构技术规程》[2],框架柱计算长度按无侧移进行计算。

4.2 主要设计参数

设计参数见表1。

4.3 主要计算结果

弹性分析采用SATWE计算的主要结果见表2～表4。

%

从以上计算结果可以看出,两种程序主要计算结果接近,均满足规范要求。两方向抗侧刚度接近,利于抗震;支撑承担了大部分的弯矩和剪力,为结构提供足够的抗侧刚度,满足了厂房内设备对于结构水平位移所提出的远高于建筑抗震规范的要求。对于框架部分,根据《建筑抗震设计规范》[3]对框架柱承担剪力进行调整,以实现两道抗震防线的设计目标。

5 主要节点构造[4]

本工程涉及的节点主要有以下几种:柱与柱的接头、梁与梁的连接节点、梁柱的节点、支撑构件的节点以及柱脚节点等。

5.1 梁柱节点

本工程梁柱节点分为刚接和铰接两种。刚接节点受力情况相对复杂,常用形式主要有以下几种:全焊接节点、栓焊混合连接节点、盖板式节点、托座式节点及狗骨式节点等。为方便节点制作安装,减少现场焊接工作量,同时考虑到抗震设计强节点弱构件的设计,本工程采用了钢柱通过带悬臂梁段与框架梁相连的刚性节点,梁拼接处采用栓焊混连。

5.2 柱脚节点

本工程层数不多,同时抗震设防烈度不高,采用了外包式柱脚,将钢柱置于桩承台顶面,承台顶面至首层室内地面采用钢筋混凝土包裹。既加强了对钢柱柱脚的约束,又起到了对钢柱保护防止锈蚀的作用。

6 基于设备的性能设计初探

化工项目生产厂房的使用功能为化工产品的生产,其主要容纳的主要对象不是人,而是化工设备,但结构设计主要依据的现行相关规范中很少有针对设备使用要求而提出的设计方法和相关规定,这就造成了结构设计与建筑物使用目标在一定程度上相脱节,存在一定的安全隐患。如某化工厂钢结构动力设备基础曾因发生过大变形(并未超出规范要求)而导致设备管道破裂,化工原料泄露,给正常生产及环境带来威胁。

本工程结构设计过程中,根据设备要求,并结合与设备相连的管道应力分析结果对部分设备基础的设计性能目标予以提高。如反应器,不但控制其支撑梁的挠度不超过L/1000,同时控制其绝对挠度不大于10mm;对于回收储罐,因有管道从建筑物外部接入,故控制该层楼层风荷载及小震作用下的水平位移不超过20mm,竖向位移(包括沉降)不超过60mm,以适应管道的变形能力。

7 需要研究的问题

7.1 大型设备的模拟

本工程中大型设备较多,在结构分析中对其进行了简化处理,即将其作为荷载输入,对其各支座节点进行协调变形的处理,近似模拟其对主体结构的影响,并在设计中对其周边构件内力进行适当放大。在考察竖向荷载作用下结构安全性时,上述处理方可法基本满足工程需要,但对于在高烈度地震设防区,评估结构在地震作用下的弹性及弹塑性反应时,还需要更加精确地模拟大型设备对主题结构的影响。

7.2 进一步完善基于设备的性能设计

基于设备的性能设计包含的范围较广,由于设备种类众多,对结构的要求也各有不同,如何准确提出设备的性能要求及在结构设计中予以实现,需要进一步研究。

摘要：对化工项目生产厂房的特点进行了概述,并介绍了某化工项目生产厂房多层钢结构的上部结构设计,包括结构体系选择、结构布置、结构分析及节点设计等。对基于设备的性能设计进行了初步探讨。

关键词：生产厂房,多层钢结构,框架-支撑

参考文献

[1]GB50017—2003钢结构设计规范[S].

[2]JGJ99—98高层民用建筑钢结构技术规程[S].

[3]GB50011—2001建筑抗震设计规范[S].