单层抽柱钢结构厂房的结构分析

重庆建筑 Chongqing Architecture 1 引言 本文研究内容取材于重钢整体搬迁项目， 重钢整体从重 庆大渡口搬迁到长寿江南，选取拟建的2700mm中板厂厂房， 作为研究的背景工程，对该厂房结构受力进行分析，既解决了 该类厂房的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 难题，也为类似的厂房设计提供参考。 2 工程概况 主厂房位于重庆长寿江南， 原始地貌为岭谷相间的丘陵 地貌， 场地回填时间约为两年左右。 回填土的最大厚度约为 20m，有少量的挖方。场地类别为Ⅱ级，场地特征周期为0.35。 该地区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g。 基本风压为0.4 kN/m2，无雪荷载。 主厂房总建筑面积为100637m2，为全钢结构厂房，由1~ 5跨组成， 基本柱距为12m，15m，18m， 局部抽柱形成24m， 27m，36m柱距。 主厂房采用全钢排架结构， 屋面采用平行弦屋架铰接于 柱顶，柱脚刚接于基础顶面。 主厂房排架柱采用阶梯型柱，上 柱采用焊接H型钢实腹式柱，下柱采用双肢格构式柱。 抽柱处 采用托架支撑屋架，吊车梁采用简支焊接工字型实腹钢梁。 3 结构分析 从整个主厂房来看，难点在于“抽柱排架”的计算，本文将 以抽柱排架作为受力分析的对象。 采用的软件是2006年中国 建科院PKPM工程组开发的《STPJ 钢结构重型工业厂房设计 软件》。 3.1 结构模型 本文选取了抽柱 部分的厂房作为研究 对象 ，并分别以 “标准 单元”，“抽柱后中柱计 算单元”，“抽柱后边柱 计算单元”三种模型进 行计算，并对输出的内 力和位移进行分析对 比。计算模型详见图1~ 图5所示。 图1为标准单元，图 4为对应的剖面图。 图2为抽柱后的中 柱单元，主要用于计算 单层抽柱钢结构厂房的结构分析 蒋理1，江科文2 （1 重钢集团设计院 重庆 400081 2 重庆工商职业学院 重庆 400052） 收稿日期：2010-1-12 摘要：由于主厂房局部抽柱，形成了最大36m的柱距，并且使得布置均匀的柱网局部削弱，出现薄弱部位。 本文以抽柱排架作为研究对象，分别 计算标准单元排架、抽柱后中柱计算单元、抽柱后边柱计算单元，三种模型进行分析对比，找出抽柱后结构构件的内力变化。 关键词：抽柱排架；虚拟柱；弯矩；轴力；剪力；位移 中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：1671-9107（2010）03-0032-04 作者简介：蒋理（1977- ），女，工程硕士，一级结构工程师。 图1 标准单元计算单元 24 50 0 27 50 0 27 50 0 43 00 0 36 00 0 27 50 0 18000 1800018000180001800012000 84000 32 doi：10.3969 ／ j.issn.1671-9107.2010.3.032 Structure Analysis of One-story Steel-structure Factory Structural with Column-removed Abstract: Because of local column-removed in main workshop, formed column spacing at a maximum of 36m, and partly weaken column grid of uni- form layout was to produce weak part. This paper took column-removed as the research object, respectively calculated standard cell bent, interior and side column calculation unit after removing column, then inner force variation of structural member after removing column was found out by analyzing and contrasting three models. Key words: column-removed bent； virtual column； moment, axial force； shear； displacement 2010.N0. 图2 抽柱后中柱计算模型平面图 图3 抽柱后边柱计算单元计算模型平面图 图5 2-2结构剖面图 计算项目 2－A 轴 2－B 轴 2－C 轴 2－D 轴 2－E 轴 2－F 轴 抽柱后边 柱计算单 元 2018.4/ -1255.1 2369.5/ -1253.6 1477.8/ -2467.9 1441.5/ -1675.3 抽柱后中 柱计算单 元 1979.5/ -1118.5 2195.2/ -1150.5 1360.2/ -2398.6 1907.2/ -1020.5 1015.1/ -1807.5 1165/ -1511.1 标准单元 （四台行 车） 1797/ -1103.9 2194.7/ -1131.1 1357.7/ -2398.9 1576.3/ -1019.7 1011.6/ -1477.3 1161.3/ -1492.1 表1 弯矩包络（kN·m）对比 抽柱后中柱的受力， 即2－D，2-E/2-31轴的排架柱的受力情 况。 图4为对应的剖面图。 图3为抽柱后的边柱单元，主要用于计算抽柱后边柱的受 力，即2－A，2-B，2-C，2-F/2-30轴的排架柱的受力情况。 图5 为对应的剖面图。 3.2 受力分析 （1）标准单元排架计算，计算内容如下：所有柱承受柱距 为18m的吊车荷载，屋面荷载，风荷载等；计算吊车荷载时，每 跨间考虑4台吊车同时作用， 用影响线 来计算吊车荷载。 （2）抽柱后边柱计算单元 抽柱排架计算采用 “虚拟柱” 法， “虚拟柱” 法在平面排架抽柱处用一根 两端铰接的摇摆柱替代屋架与托架的 作用，“虚拟柱”长度取排架柱上柱高度 以方便施加吊车荷载。 “虚拟柱”只用来模拟屋架与托架 变形协调，因此，确定“虚拟柱”截面是 依据 “虚拟柱”在屋面轴力作用下的轴 向变形等于托架在跨中竖向力作用下 的绕度。 其本身的计算指标 （强度、稳 定、长细比）无意义。 （3）抽柱后中柱计算单元 计算内容与标准跨的不同如下：对于2－D，2-E轴柱，所承 受的吊车荷载为36m跨吊车梁传递到柱牛腿上的恒载及活载， 柱顶承受36m托架传递的屋面荷载； 对于其余柱， 包括2－A， 2－D，2－C， 2-F承受的屋面荷载及吊车荷载均同标准单元，即 柱距为18m所承受的荷载。 3.3 计算结果对比 （1）内力对比 （2）位移对比 3 第9卷 总第77期 36000 3600036000 36000 18000 1800018000180001800012000 84000 27 50 0 24 50 0 27 50 0 27 50 0 43 00 0 36 00 0 1800018000180001800012000 84000 36000 3600036000 36000 27 50 0 24 50 0 27 50 0 27 50 0 43 00 0 36 00 0 图4 1-1结构剖面图 18.556 ±0.000 20.390 1 15 22.790 15 20.957 19.123 17.490 4-II Q=32/5t 4-I Q=32/5t 共4台 3-V Q=15t 共3台 3-IV Q=15t 共3台 3-I Q=20t 共1台 3-II Q=15t 共1台3-III Q=32/5t 共1台4-III Q=15t 11.000 11.00011.000 11.00011.000 27500 2750036000 27500 24500 热处理二跨 热处理一跨 精整三跨 精整一跨精整二跨 143000 27500 2750036000 27500 24500 热处理二跨 热处理一跨 精整三跨 精整一跨精整二跨 143000 18.556 ±0.000 20.390 1 15 22.790 15 20.957 19.123 17.490 4-II Q=32/5t 4-I Q=32/5t 共4台 3-V Q=15t 共3台3-IV Q=15t 共3台 3-I Q=20t 共1台 3-II Q=15t 共1台3-III Q=32/5t 共1台4-III Q=15t 11.000 11.00011.000 11.00011.000 33建筑结构单层抽柱钢结构厂房的结构分析 重庆建筑 Chongqing Architecture 计算项目 2－A 轴 2－B 轴 2－C 轴 2－D 轴 2－E 轴 2－F 轴 抽柱后边 柱计算单 元 18.2/ (1/1050) 18.1/ (1/1158) 18.2/ (1/1285) 18.4/ (1/1169) 18.5/ (1/1069) 18.4/ (1/983) 抽柱后中 柱计算单 元 12.2 (1/1565) 12.1 (1/1737) 12.1 (1/1934) 12.1 (1/1775) 12.2 (1/1618) 12.3 (1/1470) 标准单元 （四台行 车） 12.2 (1/1565) 12.1 (1/1737) 12.1 (1/1934) 12.1 (1/1775) 12.2 (1/1618) 12.3 (1/1470) 表4 风荷载柱顶位移（mm）比较 计算项目 2－A 轴 2－B 轴 2－C 轴 2－D 轴 2－E 轴 2－F 轴 抽柱后边 柱计算单 元 10.1 (1/1896) 10.1 (1/2073) 10.2 (1/2073) 10.2 (1/2115) 10.2 (1/1936) 10.2 (1/1782) 抽柱后中 柱计算单 元 8.9 (1/2159) 8.9 (1/2365) 8.9 (1/2635) 8.9 (1/2433) 8.9 (1/2233) 8.9 (1/2056) 标准单元 （四台行 车） 8.4 (1/2274) 8.4 (1/2490) 8.4 (1/2775) 8.4 (1/2563) 8.4 (1/2352) 8.4 (1/2165) 表5 地震荷载柱顶位移（mm）比较 计算项目 2－A 轴 2－B 轴 2－C 轴 2－D 轴 2－E 轴 2－F 轴 抽柱后边 柱计算单 元 1.7 (1/5712) 2.9 (1/3370) 2.2 (1/4601) 1.4 (1/7179) 抽柱后中 柱计算单 元 1.6 (1/6193) 2.8 (1/3556) 2.1 (1/4771) 2.5 (1/3958) 2.4 (1/4138) 1.3 (1/7919) 标准单元 （四台行 车） 1.6 (1/6193) 2.8 (1/3556) 2.1 (1/4771) 2.0 (1/4934) 1.9 (1/5146) 1.7 (1/7919) 表6 吊车梁荷载轨顶位移（mm）比较 计算项目 2－A 轴 2－B 轴 2－C 轴 2－D 轴 2－E 轴 2－F 轴 抽柱后边 柱计算单 元 1951/478 4246/574 4108/676 1627/480 抽柱后中 柱计算单 元 1951/479 4246/574 4108/674 4527/ 1186 4448/ 1172 1612/467 标准单元 （四台行 车） 1951/479 4246/574 4108/674 3269/542 3189/528 1612/467 表2 轴力包络（kN）对比 计算项目 2－A 轴 2－B 轴 2－C 轴 2－D 轴 2－E 轴 2－F 轴 抽柱后边 柱计算单 元 176.8 (-128.8) 53.3 (-51.9) 54 (-56.4) 120.9/ -163.5 抽柱后中 柱计算单 元 165.2/ -121.7 48.0/ -26.0 40.6/ -56.1 58.1/ -70.7 70.3/ -59.5 105.6/ -154.5 标准单元 （四台行 车） 165.2/ -120.9 47.9/ -53.5 40.5/ -56.2 34.9/ -54.1 46.6/ -33.5 122.9/ -153.4 表3 剪力包络（kN）对比 4 计算结果分析 4.1 内力比较 通过抽柱单元的计算结果与标准单元的计算结果对比， 可以得出以下结论（“抽柱后边柱计算单元”简称“边柱”，“抽 柱后中柱计算单元”简称“中柱”）： （1）“边柱”与“标准单元”对比，所有柱脚的弯矩均增大约 12％～24％，剪力增大约6％～33％。 轴力基本不变。 （2）“中柱”与“标准单元”对比，仅在2－D，2－E抽柱位置， 弯矩力增大约22％，其余柱弯矩与标准单元基本接近。 同样， 剪力也是在2－D，2－E抽柱位置增大，增幅约50%～78％，轴力 在2－D，2-E抽柱位置增大约39％。 其余柱与“标准单元对比” 34 2010.N0. 责任编辑：余咏梅 内力无明显变化。 4.2 厂房位移比较 通过抽柱单元的计算结果与标准单元的计算结果对比， 可以得出以下结论（“抽柱后边柱计算单元”简称“边柱”，“抽 柱后中柱计算单元”简称“中柱”）： （1）在地震烈度为6度地区，当厂房较高时，风荷载在水平 荷载中起主要控制作用。 （2）“边柱”与“标准单元”对比，在风荷载作用下，柱顶位 移由1/1470增大到1/983。 满足规范规定的1/400水平位移允 许值。 但位移的绝对差达到6.1mm。 (3)”中柱”与”标准单元”对比，各位移基本相同。 5 结论 通过对内力以及位移的计算，我们可以得出以下几点结 论： （1）计算结果符合实际的受力状况，因此，用“虚拟柱”法 来计算抽柱排架 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 是可行的。 （2）抽柱以后，“中柱”内力增大，而位移不变。“边柱”内力 增大，同时位移也增大。 在进行构件设计中，要对内力增大的 构件进行验算，必要时需要增大柱截面。 而位移增大，说明在 “边柱”处形成了薄弱层，就需要通过结构体系的调整，通过增 强该区域的屋面支撑，来增大屋面刚度，使各排架柱能够变形 协调。 参考文献： [1] 张志强，张柯，等. 钢筋混凝土抽柱排架结构计算分析 [J].工业建筑，2008，38(12). [2] GB 50009-2001[S]. 建筑结构荷载规范（2006年版） [S]. 1、 来稿务必论点明确，文字精炼，数据可靠，每篇论 文(含图表）一般在3000字左右，必须包括（按顺序）：题 目（中文一般不超过20个汉字，英译）、作者姓名（英译）、 作者单位（英译）及邮政编码、中文摘要（100字~300字， 英译）、关键词（4个~8个，英译）、正文、参考文献。 2、 来稿请用计算机打印一份，同时将电子版发送到 本刊邮箱(或附光盘），每篇收取100元审稿费。 量和单位 符号等必须符合国家标准规定。 稿中外文字母、符号必 须分清大、小写，正、斜体，黑、白体，上、下角标的字母、 符号，其位置高低应有明显区别；容易混淆的外文字母、 符号，请在第一次出现时用铅笔注明。 3、 文中图、表，随文出现，图一般不超过6幅。插图切 勿过大，宽度不超过7cm(半栏）或14cm（通栏）。 请用计 算机绘图。 图中文字符号应与正文一致，字体大小为六 号宋体。 照片要清晰、层次分明。 文字表格一律采用“三 线表”。 4、 文中章节编号采用三级顶格排序：一级标题形如 1、2、3、……排序，二级标题形如1.1、1.2、1.3……排序， 三级标题形如1.1.1、2.2.2、3.3.3……排序。 5、 参考文献一般不少于4篇， 必须是公开发表且在 文中确实引用的专著、期刊文章、学位论文、技术标准等， 按文中引用的先后顺序编号。 参考文献著录格式如下： 专著 主要责任者， 文献题名 (版本第一版不著录） [M]，出版地、出版者、出版年。 期刊 主要责任者，文献题名[J ]，刊名、出版年(期）、 起止页码。 论文集 文献主要责任者、文献题名[A]，论文集编者 名，论文集[C]，出版地、出版者、出版年。 技术标准 标准名称(标准编号）[S]，出版地、出版者、 出版年。 6、 来稿请提供作者简介， 注明姓名、 出生年月、性 别、藉贯、民族(汉族可以不注）、学位（或在读学历），技术 职称，联系电话及通讯地址、邮编。 7、 来稿为科研课题项目的请予以注明，获奖的请提 供复印件一份，发表后该项目获奖的，请函寄获奖证书复 印件一份给本刊。 本刊编辑部 投稿须知投稿须知 3 第9卷 总第77期 35建筑结构单层抽柱钢结构厂房的结构分析