超宽门式刚架结构温度作用分析

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1、第七屑全国现代结构_亡程学术研讨会超宽门式刚架结构温度作用分析郑奉川张勇陈爱国北京空通大学土木建筑工程学院t北京1000“)摘要：通过对一冶金用超宽门式剐架在较大温差作用下的受力性能、变形特征的详细分析，总结了不设温度缝“抵抗”和设置温度缝“释放”两种处理温度作用方式各自的优缺点及其对建筑使用性能、工程造价的影响，提出的若干设计建议对其它类似工程的设计具有一定参考价值。关键词：温度作用，门式刚架，温度缝一、引言门式刚架结构是目前工业建筑中最常采用的结构形式。按照《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(简称《门规》)设计的门式刚架属于轻钢范畴，而按照《钢结构设计规范》(简称

2、《钢规》)和《建筑抗震设计规范》(简称《抗规》)设计的门式刚架属于普钢范畴，被有些人称为重钢结构。轻钢、重钢是对设计结果的用钢量方面的判断，除此之外，二者在设计方法、结构布置等方面更有显著区别。就与温度有关的设计规定而言，按照现行规范，门式刚架轻型房屋钢结构纵向温度区段可达300m，横向温度区段可达150m。而普墒房屋钢结构的纵向温度区段对于热车间和采暖地区的非采暖房屋不超过180Ⅲ，横向温度区段不超过100m。当温度区段划分不超过上述限值时，结构设计可不考虑温度作用。首钢搬迁项目曹妃甸热轧钢板厂库房纵向长度360m，横向长度168m，用于堆放红热状态下的热轧钢卷．自

3、然冷却到常温。按照业主单位提供的资料，设计要考虑室内85度升温。该厂房不仅两方向尺寸均超限，而且温差较大，温度作用对于这类厂房的设计结果有何影响，温度缝该如何设置，相关文献很少见到。本文通过对该厂房不同方案的抗温度作用效应分析，明确了温度作用对结构使用性能及工程造价的影响，总结出一些有用的结论。二、工程概况曹妃甸热轧钢板厂库房是首钢搬迁工程中在曹妃甸投建的第～个厂房。厂房纵向长360m，按柱距18m设20个柱间，横向长168Ⅲ按设42m四连跨。厂房每跨均设三台A7级50吨软钩吊车，轨顶标高105Ⅲ，粱端标高19m。作为热轧钢板自然冷却库房，要求考虑85度升温对结构设计

4、的影响。从上述参数看，无论是结构跨度、结构高度，还是吊车吨位、吊车工作制级别均超出了《门规》的适用范围，因此需按《钢规》和《抗规》设计。考虑到厂房温差较大，纵向设了两道温度缝，这样纵向温度区段长度不大于120Ⅲ，同时适当加大设缝处吊车梁间隙，留够吊车粱在升温作用下的变形量。横向采用门式刚架结构，由于柱距大、吊车吨位也大，刚架的下柱采用双肢钢管混凝土格构柱，上柱则为焊接工形截面柱，刚架梁则为变高度焊接工形截面粱。刚架大样如图l所示。：：；：!一—．．．．昌五——k———一r’、～‘—、—'—～萨广1Ⅷ№^～ⅫJk。㈣』．一一旱。km¨～曼J“lI。l

5、“ll“I工业建筑

6、2007增刊图1刚架大样1195第七届全围现代结构工程学术研讨会刚架宽度远超普通钢结构厂房100In的限值。对此通常的处理方法是在中柱顶设温度缝，为保持结构的对称性，【}J拄项上的左、右两个粱端均设计成滑动铰接支降。设缝后，横向温度区段长度满足构造要求，刚架设计一般不丹考虑温度作用。设缝做法可有效释放温度应力，减小刚架柱的温度变形，但却破坏了结构的整体性．使刚絮承受恒载、活载等常规荷载作用的性能趋于不利。设缝处结构面外还需增设支撑，不仅增加用钢量，而且影响室内美观。为此还宵一种做法是不设温度缝，设计时考虑温度作用工况，通过调整构件截面抵抗温度怍用。不设缝做法在一些大型

7、体育场馆中常为采用，但对于带吊车的工业厂房，除了抵抗温度内力，还要限制温度变形，温度内力和温度变形本身是一对矛盾，变形小势必内力大，。故此对于本工程如此超宽、如此超大温差建筑“抵抗”做法是否可行还需专门分析。本文首先采用PKPM软件完成常规荷载下刚架结构设汁，常规荷载设计要考虑后来分析得到的温度内力大小，留出相当的安全裕度。由于该软件没有计算温度作用的功能，故此结构温度作用分析采用的是通用有限元软件ANsYs。本文根据分析结果，分别从性能和经济角度比较了设缝和不设缝两种方案的优缺点，为确定实施方案提供依据。三、横向不设缝方案温度作用分析图2不设缝方案变形图图2是85度

8、升温作用下刚架的变形图，由于温度场是均匀分布，所以刚架变形表现为两个方面，一是柱子受热伸蚝使得整个结构“长高”，另一是梁受热伸长外推柱子使得结构“长胖”。图3为A轴和B轴上柱侧移随标高的变化情’乩。综合两图可以看出，由于结构对称，梁的伸长只能向结构的两侧拓展，引起柱顶向外侧产生位移，培大位移发生在边柱柱顶，为7．9lem。B轴柱顶埽大侧移仅3．91cm，而中柱无侧移。吊车粱对柱子变形有严格要求，但规范对温度作用下的变形限值并无明确规定，若套用常规荷载下的变形限值．轨项处的水平位移为柱高的l／1200。本工程则为2．4cm。而A轴柱相应位置的侧移为3．