某复杂钢结构厂房的设计.pdf

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1、某复杂钢结构厂房的设计戴永常无锡市建筑设计研究院有限责任公司,江苏无锡214000[摘要]日新电机（无锡）厂房为机械加工车间，内有15m跨的楼面梁，楼面上有2t/m2的活荷载，同时还有50t吊车，有的刚架还要抽柱,平面布置比较复杂。用PKPM进行了主刚架的设计，对于受力复杂的钢牛腿节点，用SAP2000进行应力分析。文章分别进行了多种结构方案的比较，计算结果表明文章提供的梁柱搁置节点以及整板牛腿节点是比较经济且安全可行的方法，值得推广。搁置节点；整板牛腿节点TU391；TU273.4A1005-6270(2015)03

2、-0021-03DesignforaComplexSteelStructuralFactoryDAIYong-chang2015-01-29[作者简介]戴永常，男(1974-)，无锡市建筑设计研究院有限责任公司，工学硕士，一级注册结构工程师。图3刚架立面图2楼面梁的设计众所周知，钢材的抗拉强度高，抗压强度低，而混凝土抗压强度高，抗拉强度低，在方案设计阶段，以梁与柱做铰接搁置节点．梁采用组合梁．可以充分发挥这2种材料的优势．但这种结构与钢梁和钢柱固结的情况相比，梁不能与钢柱形成框架，从而减小钢柱平面内计算长度，增大刚架的

3、水平抗侧移刚度，且钢梁支座处的强度不能充分发挥，也有一定的缺陷。另外钢梁与钢柱铰接，用螺栓连接的话。由于荷载较大．势必造成螺栓排列困难。并且这种螺栓连接实际上会有弯矩的存在，对钢柱的受力不利．为此必须进行2种方案的综合比较与分析。从而确定应该选择哪种方案。对于铰接情况，需要设计新的节点，以减少上面受力不利的影响。第一种情况．采用梁柱固结。取梁的断面为H400mmx1100mmxl8mmxl8mm．其它的梁柱断面与简支都一样，其梁柱应力比如图4。LEL一；·’-——一——_蹦。攥潲．．黼¨5惜¨D1。嚣艄孳；嚣伸理蚜⋯∞

4、．猢。篇_雷罐图4楼面梁与柱固结刚架应力比第二种情况，其梁采用搁置在钢柱的方案，钢梁采用组合梁，单独计算(另详)，在刚架模型里，用l根刚性杆来代替，刚性杆与钢柱铰接。其应力比如图5。u-}≯7美鬻s∞々‘1蠢豫，蓦‘誊掣图5楼面梁与柱铰接刚架应力比从这2种计算结果可知．采用固结方案，钢柱的受力非常不利，好多应力比超限，说明固结时，钢梁端部的弯矩较大。导致钢柱产生大偏压。钢梁的应力比也超限。而采用铰接时，钢柱的应力比均小于1．0．而比这断面小的组合梁的应力却满足设计要求．因此采用组合梁搁置方案来代替固结方案是可行且经济安

5、全的方法。本楼面梁跨度为15m．楼面活荷载为20kN／m2．荷载较照完全抗剪连接设计．用PKPM—STS的工具箱进行组合梁的计算，经过多次试算，如图6所示的组合梁满足强度和挠度以及局部稳定要求。图6组合梁断面和局部立面图3搁置节点设计由于钢梁采用搁置节点，直接搁置在钢柱上。这就要求钢梁下翼缘有支撑点．上翼缘能够固定在钢柱的翼缘上且能沿着钢梁长度方向有相对位移，以保证钢梁能够转动。符合铰接的计算简图。设计时，通过把上柱的断面高度减小，多出的空间来支撑钢梁，下柱断面取900mm高．上柱取400mm。在支撑点，钢梁设置加劲肋

6、。钢梁通过设置方形铁条支撑钢柱上盖板，在盖板的下面设置加劲肋．来支撑该铁条。钢梁上翼缘通过角钢与钢柱的翼缘相连，在角钢翼缘上开长圆形孔．以保证钢梁在受荷后可以自由充分的转动同时又能固定钢梁上翼缘以防止其侧向转动。对于下翼缘。除了靠细长形方铁块来支撑钢梁外．为了阻止下翼缘的侧向位移．又能保证钢梁的下翼缘在沿着钢梁长度方向能自由移动，从而达到梁柱节点铰接．参照了钢吊车梁的连接节点，设计了2块连接钢板，详见CB一2与’rB一2。搁置节点具体做法如图7。r]：早一1『—_弘1产霭≥j斋卜糕埘卜一融≤孓i蔓懑oL—j—k厘幽幽塑

7、黜熊曼燮堂妇i高帮图7搁置节点详图(左图用于边柱节点。中间为中柱节点)4牛腿设计由于本工程的牛腿要支撑2层的楼面组合梁．同时本工程为50t吊车，起吊吨位较大，受力比较复杂．加上由于吊车具有动荷载，且具有多次往复的周期性质．必须要考虑疲劳应力的影响。对于传统的钢牛腿都是用工字型钢焊接在钢柱翼缘上，但这种节点由于焊接热量的存在．导致牛腿周边的钢材变脆，晶体变质，塑性急剧下降，极大的恶化了图8钢牛腿详图将牛腿腹板与该处的钢柱腹板以整块板来代替．可以大大的改善钢牛腿的受力性能．免去焊缝热量带来的不利影响，大大的提高牛腿抗疲劳的

8、性能。由于该钢牛腿受力比较复杂。既要承担吊车的荷载。又要承担楼面梁传来的集中荷载．对于这种受力复杂部分的节点．我们用SAP2000进行了详细的应力分析．以观察其在复杂荷载和支撑情况下的应力分布．在SAP2000模型中。我们用壳单元模拟钢柱的翼缘和腹板以及加劲肋。荷载以节点力的形式输人。模型及应力分布结果如图9。图9钢牛腿节点模型及