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門(mén)式剛架輕鋼廠(chǎng)房屋蓋托架與吊車(chē)桁架的連體設計

作者：建筑鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]

    （福州經(jīng)濟技術(shù)開(kāi)發(fā)區建筑設計院）（福建省晉江市平盛鋼結構工程有限公司） 陳晟 陳學(xué)秉 潘家清

    [提 要] 介紹門(mén)式剛架輕鋼廠(chǎng)房有抽柱的工程中，將屋蓋托架和吊車(chē)桁架進(jìn)行連體設計的思路及計算和構造要領(lǐng)。
    [關(guān)鍵詞] 門(mén)式剛架 托架 吊車(chē)桁架

    一、工程概況
    福建省晉江市平盛鋼結構公司為擴大生產(chǎn)，調整廠(chǎng)區布局，新建一幢（21m+21m+26.44m）三跨門(mén)式剛架輕鋼廠(chǎng)房。新廠(chǎng)房的第一、二跨縱長(cháng)246m=144m，第三跨縱長(cháng)116m=66m，總建筑面積7878m2（見(jiàn)圖1），每跨各設兩臺5t單梁吊車(chē)。為了不影響生產(chǎn)，工程分兩期進(jìn)行：第一期，先建成第一、二跨，待其投產(chǎn)后拆除舊廠(chǎng)房；第二期，利用舊廠(chǎng)房的部分基礎和上部構件加建第三跨。工藝要求在新廠(chǎng)房的兩端第一個(gè)開(kāi)間各抽去一個(gè)中柱，加大開(kāi)間為12m。
    初步設計按常規作法把此跨吊車(chē)梁由6m改為12m，屋蓋另加12m跨度托梁，兩者分離設置。廠(chǎng)家也已加工好吊車(chē)梁。由于吊車(chē)梁下有2m的高度空間可利用，而吊車(chē)梁的H鋼是按12m長(cháng)度供貨，正好是托梁的跨度。由此啟發(fā)筆者，將屋蓋托架和吊車(chē)桁架進(jìn)行連體設計，組成跨度為12m高度為2m的雙壁式箱形桁架（見(jiàn)圖4，以下簡(jiǎn)稱(chēng)雙壁桁架），可同時(shí)兼作吊車(chē)梁和托架。由于結構優(yōu)化，構件斷面能做得較小，節省了用鋼量，還加大了剛度，受力性能更好了。

    二、結構計算
    主要驗算以下三部分內容：
    1．門(mén)式剛架不同工況的計算
    計算采用同濟大學(xué)編制的MTSteel v5.0軟件。按廠(chǎng)房不同的部位及施工分步過(guò)程中可能出現的結構五種工況形式（見(jiàn)圖1、2），對各種最不利內力組合情況進(jìn)行強度、剛度、穩定性等驗算。

    在計算模型中，雙壁桁架作為上段柱的彈簧支座。彈簧剛度K＝R/Δ。Δ為支座Z向位移（即雙壁桁架的實(shí)際撓度），R為支座Z向反力。
    從電算結果可看出：1)抽中柱后，門(mén)式剛架的橫梁內力變化不大，但邊柱的上段內力有增大；2）工況Ⅴ抽邊柱后，邊支座有較大的水平力。相當于半空中的雙壁桁架承受了較大平面外水平推力和扭距，結構受力很不利，應避免出現。
    2．雙壁桁架的計算
    雙壁桁架同時(shí)承受屋蓋荷載和吊車(chē)荷載，經(jīng)綜合考慮，采用雙壁式箱形桁架形式。兩片桁架上下弦平面各設置水平支撐桁架，雙壁之間設置垂直橫膈支撐，組成幾何不變體系，且具有較大的整體剛度。這樣上段柱傳來(lái)的屋蓋垂直力由兩片桁架平均分擔，而兩側吊車(chē)的豎向力則由兩片桁架分別承擔，避免了雙壁桁架因承受兩側不平衡吊車(chē)荷載而受扭。
    據此，計算時(shí)可取單片桁架，即把空間桁架簡(jiǎn)化為受力明確的平面桁架（見(jiàn)圖3）。吊車(chē)荷載應用影響線(xiàn)確定最不利布置。根據內力計算的結果，下弦桿截面采用2L70707。第一根斜腹桿受力較大，故采用與下弦桿相同截面。其余斜腹桿采用2L50505，直腹桿采用2L63636。變形驗算結果桁架的最大撓度Δ=15mm，遠小于規范限值[Δ] = L/400 = 30mm。

    3．縱向柱列加強的計算
    12m跨度雙壁桁架兩端支柱的縱向受力，比原6m柱距時(shí)增大。原柱斷面已不能滿(mǎn)足。經(jīng)驗算，并考慮柱列外觀(guān)一致，下段柱改用與原柱相同截面高度的寬翼緣H鋼。
    三、構造要領(lǐng)
    鋼結構構造作法應與計算模型相適應，使之符合計算模型的假定。
    1．下降式桁架受集中力時(shí)，力作用在下弦節點(diǎn)最為可靠。通過(guò)在兩片吊車(chē)桁架的下弦跨中節點(diǎn)處架立兩根[10橫向短桿，夾托住被抽中柱的上段柱，把屋蓋集中荷載均分傳至桁架的下弦節點(diǎn)。同時(shí)在上弦位置用2L404橫向短桿與上弦桿焊接，使柱腳有近似2m高的固接，保證傳力可靠（見(jiàn)圖4）。
    2．圖1中注1位置的剛架邊柱在一期工程時(shí)，從兩片吊車(chē)桁架中間穿過(guò)（見(jiàn)圖4），但暫不與桁架焊接，這時(shí)門(mén)式剛架相當于工況Ⅱ，支座水平推力作用到基礎。待二期工程建成第三跨，再把邊柱和桁架焊接，然后割除下柱，這時(shí)門(mén)式剛架變成工況Ⅳ。通過(guò)采取這種措施避免了出現工況Ⅴ。
    3．利用原先已加工好的兩跨6m連續吊車(chē)梁作為12m雙壁桁架上弦桿。雙壁桁架端部做個(gè)支托，作為鄰跨6m吊車(chē)梁的支點(diǎn)，兩者標高取平（見(jiàn)圖5）。

    四、結語(yǔ)
    本工程設計及施工由福建省晉江市平盛鋼結構工程有限公司完成。雙壁桁架比初步設計分離設置的托梁和吊車(chē)梁節省用鋼量達56%，同時(shí)還改善了受力性能，使結構更經(jīng)濟、更合理。這種設計方法可供類(lèi)似工程和其它改擴建工程參考。

    參考文獻
    1．門(mén)式剛架輕型房屋鋼結構技術(shù)規程（CECS 102:2002）．中國計劃出版社，2003．
    2．鋼結構設計規范（GB 50017-2003）．中國計劃出版社，2003．
    3．MTS建筑鋼結構輔助設計系統用戶(hù)手冊．同濟大學(xué)MTS開(kāi)發(fā)組，2004．

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