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沈陽(yáng)建筑門(mén)窗有限公司塑鋼門(mén)窗組裝車(chē)間及附屬用房鋼結構設計分析

作者：晏行寬等    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:10 [收藏]
沈陽(yáng)建筑門(mén)窗有限公司塑鋼門(mén)窗組裝車(chē)間及附屬用房為結構復雜多層鋼結構建筑，結構體系采用鋼框架-支撐結構，輕型彩鋼板復合屋面。本文介紹結構方案、整體分析、梁柱連接節點(diǎn)等設計的相關(guān)問(wèn)題。
    關(guān)健詞：結構體系 鋼結構 輕型彩鋼板復合屋面

    一.工程概況
    沈陽(yáng)建筑門(mén)窗有限公司塑鋼門(mén)窗組裝車(chē)間及附屬用房為沈陽(yáng)市東陵區最大鋼結構項目，建筑平面呈不等邊且不規則多邊形，總建筑面積為78360m2。根據建筑需要，廠(chǎng)房內部不允許設計鋼支撐，僅建筑外圍可設鋼支撐，故整體結構基本采用鋼框架結構，由部分需要設置鋼支撐；樓蓋采用焊接H型鋼+壓型鋼板組合樓板，屋蓋采用C型鋼+雙層壓型彩板內填充200厚離心超細玻璃絲棉卷氈，外墻采用C型鋼+雙層壓型彩板內填充200厚離心超細玻璃絲棉卷氈。車(chē)間內設三部自動(dòng)扶梯，四部垂直電梯。
    二.結構設計方案
    （1） 建筑平面呈不等邊且不規則多邊形，詳見(jiàn)圖一，大頭寬192.5m，小頭寬87.1m，長(cháng)度為226.1m，并在長(cháng)度方向110m左右設置一道變形縫，此次重點(diǎn)介紹變形縫以下部分結構設計，底層柱網(wǎng)主要采用9m*9m，部分采用13m*9m；頂層由于是輕型屋面，為了更經(jīng)濟，采取抽柱處理，柱網(wǎng)主要采用18m*9m。
    （2） 根據建筑需要，屋面高度不在同一面，導致屋面復雜，也使整個(gè)結構體型復雜，見(jiàn)附圖二。
    （3） 變形縫以下一層圍護大面積采用玻璃廚窗，不宜設置柱間支撐，故結構采用鋼框架結構體系， H型鋼柱，樓面H型鋼梁，屋面H型鋼梁（部分采用變截面H型鋼梁）。
    （4） 樓蓋采用焊接H型鋼+壓型鋼板組合樓板，樓板總厚度為140mm；屋蓋采用C型鋼+雙層壓型彩板內填充200厚離心超細玻璃絲棉卷氈。
    （5） 根據建筑體系及排水特點(diǎn)，取典型橫向剖面剛架如圖三所示，主要跨度在9m，僅支承二層樓面柱為H300X280X8X14；二層處下層柱為H400X280X10X14，上層柱為H400X250X6X10；三層處下層柱為H400X390X10X18，上層柱為H400X250X6X10；樓面梁為H800X220X8X14，屋面梁分別為H（700~400）X220X6X12、H400X180X5X8、H（400~700）X220X6X12。
    （6） 根據體系及排水特點(diǎn)，取典型縱向剖面剛架如圖四所示，左邊第一跨為13m，兩邊柱為H500X450X16X25，樓面梁為H1100X250X10X18，屋面梁為H580X180X8X10，其它跨均為9m，下層柱為H400X390X10X18，上層柱為H400X250X6X10；樓面梁二層為H500X180X8X10，三層為H750X220X8X14，屋面梁為H250X180X5X8。


    （7） H型截面柱的布置：由于H型截面強弱軸方向的截面特性差別輕大，所以截面強弱軸方向的布置對截面能否充份發(fā)揮起至關(guān)重要的作用，決定此結構設計是否經(jīng)濟合理；根據附圖三可知，H型截面柱強軸應在紙的平面內，根據附圖四可知，左邊第一跨兩個(gè)H型截面柱強軸在紙的平面內，結合附圖三其它H型截面柱強軸垂直紙的平面；按上面布置H型截面柱時(shí)抗震整體性控制比所有H型截面柱強軸均為同一方向要好。
    （8） 部分鋼柱采用鋼管柱：如附圖五中幾個(gè)不同角度梁相交處柱采用鋼管柱時(shí)加工及定位會(huì )帶來(lái)極大方便，比H型柱受力更合理，比箱型柱更經(jīng)濟，梁柱連接節點(diǎn)設計更方便，結合上述優(yōu)點(diǎn)與此相同處均采用鋼管柱。
    （9） 材料：
    混凝土強度等級：組合樓板為C30。
    鋼材：
    a.鋼筋：直徑<12mm為HPB235，12mm<=直徑<=18mm為HRB335。
    b.鋼構件材質(zhì)：所有主梁及柱均為焊接H型鋼，鋼號為Q345B；次梁為焊接H型鋼，鋼號為Q235B；其它次結構Q235。
    c.樓承板：最小屈服強度為300Mpa，肋高51mm，壓型鋼板厚度為1.0mm；由于此樓承板在施工階段不滿(mǎn)足要求，而在跨中設一支撐能滿(mǎn)足要求，故在施工時(shí)需在跨中設置臨時(shí)支撐。
    三.計算分析
    （1） 結構計算模型和分析程序：
    本工程由于結構體型變化復雜，錯層較多，因此采用了PKPM系列中STS及PMSAP（復雜空間結構分析與設計軟件）進(jìn)行計算分析，樓板分別采用剛性和彈性假定進(jìn)行計算，以考慮結構分析的正確性。
    （2） 設計參數

    （3） 彈性分析結果
    結構采用PKPM鋼結構軟件STS（PMSAP）程序，按剛性樓板計算，主要計算結果見(jiàn)表一：

    四.鋼結構連接節點(diǎn)設計
    本工程節點(diǎn)類(lèi)型主要可歸并為以下兩大類(lèi)型：
    （一） H型梁與H型柱連接節點(diǎn)；
    （1） 樓面采用栓焊連接節點(diǎn)，采用柱貫通型，梁翼緣與柱采用坡口全熔透焊接連接，梁腹板與柱采用摩擦型高強螺栓連接，并應滿(mǎn)足相關(guān)構造規定，如圖a所示。
    （2） 屋面連接節點(diǎn)結合施工方便，采用高強度螺栓端板連接，如圖b所示。
    （二） H型梁與鋼管柱連接節點(diǎn)；
    樓面及屋面采用栓焊連接節點(diǎn)，采用柱貫通型，梁翼緣與柱采用坡口全熔透焊接連接，梁腹板與柱采用摩擦型高強螺栓連接，在柱外梁翼板位置設外加強環(huán)板，環(huán)板與柱采用坡口全熔透焊縫連接，環(huán)板的厚度和寬度通過(guò)計算確定，并應滿(mǎn)足相關(guān)構造規定，如圖c、d所示。

    五.結構用鋼量
    通過(guò)計算，上部結構總設計用鋼量為13935T。單位用鋼量為177.8kg/m2。
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