某廠房網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計與實施要點

文/段海燕 大連港口設(shè)計研究院有限公司 遼寧大連 116000

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是按照某種網(wǎng)格形式由多根桿件通過球節(jié)點連結(jié)而成的一種空間結(jié)構(gòu)，因其具有整體剛度大、空間受力小、結(jié)構(gòu)重量輕、抗震性能好以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)越等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于各種大跨度結(jié)構(gòu)的屋蓋體系。建筑工業(yè)廠房因工藝布置特點，常常采用底部多層混凝土框架結(jié)構(gòu)與上部框排架結(jié)構(gòu)結(jié)合的混合結(jié)構(gòu)體系，屋蓋體系常采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。因主廠房內(nèi)振動設(shè)備較多，設(shè)備的振動波在傳播過程中往往會引起屋面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的振動，影響結(jié)構(gòu)的正常使用，造成安全隱患。

1、工程概況

某火電廠廠房施工場地的地形比較特殊，具有南低北高的特點，地質(zhì)屬于丘陵地貌，施工設(shè)備采用的是順列布置的方式，廠房結(jié)構(gòu)采用的是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計形式。主廠房采用的鋼結(jié)構(gòu)，橫向為框排架+支撐結(jié)構(gòu)的形式，縱向為梁柱鉸接+支撐結(jié)構(gòu)的形式， 在適當(dāng)軸位（尤其在結(jié)構(gòu)底部內(nèi)力較大處），設(shè)橫向垂直支撐，保證結(jié)構(gòu)的橫向剛度和橫向水平力的傳遞，以確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和抵抗側(cè)向力。廠房兩機(jī)組單元之間設(shè)置伸縮縫，兩機(jī)組廠房形成獨立單元結(jié)構(gòu)體系。

2、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計流程與實施要點

2.1 設(shè)計流程

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計是一項重要的工作，設(shè)計人員需要按照國家相關(guān)規(guī)范要求，對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的優(yōu)化，突出網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特點。在對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，可以采用模型分析分方式，對網(wǎng)架進(jìn)行合理的計算，還要對施工圖進(jìn)行調(diào)整。

2.1.1 模型分析。為了保證模型的合理性，施工設(shè)計人員需要對初期網(wǎng)絡(luò)尺寸進(jìn)行合理的劃分，選擇適合的網(wǎng)架厚度，對平面支座進(jìn)行合理的調(diào)整，找到施工的關(guān)鍵點。在網(wǎng)架的邊緣，需要對支座位置進(jìn)行調(diào)整，這一過程需要遵循反復(fù)調(diào)整的原則，還要滿足建筑外形的要求，結(jié)合網(wǎng)架受力的特點，保證模型滿足圖紙的設(shè)計要求。

2.1.2 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的計算。網(wǎng)架計算時，主要是對支座設(shè)置情況、荷載輸入以及工況的組合情況進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，在設(shè)計的過程中，應(yīng)結(jié)合計算結(jié)果，對設(shè)計方案施工流程進(jìn)行調(diào)節(jié)，檢查風(fēng)荷載的輸入是否準(zhǔn)確，對支座構(gòu)件進(jìn)行模擬，判斷工況組合狀態(tài)下，支座構(gòu)件的設(shè)置是否合理，分項系數(shù)的設(shè)置是夠準(zhǔn)確。在對計算結(jié)構(gòu)的撓度進(jìn)行檢查時，應(yīng)保證其規(guī)范性，對不合理的地方進(jìn)行調(diào)整。在對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的幾何可變情況進(jìn)行檢查時，還要檢查連接節(jié)點的螺栓大小是否符合設(shè)計要求。

2.1.3 施工圖的調(diào)整。在對施工圖進(jìn)行調(diào)整時，需要對節(jié)點施工圖進(jìn)行計算，并對加工施工圖進(jìn)行出圖。水平網(wǎng)架是以水平面為基準(zhǔn)面，而弧形網(wǎng)架是以擬合平面為基準(zhǔn)面，在弧線相交的位置，應(yīng)采用其他基準(zhǔn)面進(jìn)行計算。在對網(wǎng)架模型進(jìn)行設(shè)計時，會利用專業(yè)的計算軟件，在平面所在的位置需要移動到基點位置，避免出圖中存在過多的誤差，這會影響網(wǎng)架球的安裝。施工圖的調(diào)整可以保證網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計與施工的質(zhì)量。

2.2 實施要點

2.2.1 抗震設(shè)計。按照我國規(guī)范確立的“三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)，兩階段設(shè)計步驟”的抗震設(shè)計思想，在具體設(shè)計中，第一階段設(shè)計是通過多遇地震作用下的構(gòu)件承載力驗算，以及層間彈性變形驗算，來滿足第一水準(zhǔn)的要求；并通過概念設(shè)計和相應(yīng)的抗震措施來滿足第二水準(zhǔn)和第三水準(zhǔn)地震的設(shè)計要求。第二階段的設(shè)計是對廠房結(jié)構(gòu)薄弱部位的彈塑性層間變形驗算并采取相應(yīng)的抗震措施，實現(xiàn)第三水準(zhǔn)的設(shè)防要求。

2.2.2 結(jié)構(gòu)計算。結(jié)構(gòu)分析計算的傳統(tǒng)方法為平面桿系計算，不考慮鋼結(jié)構(gòu)廠房的空間協(xié)調(diào)作用。本工程采用 STAADPRO、SAP2000 等空間有限元分析程序進(jìn)行計算分析，并互為校核，確保計算的準(zhǔn)確性、正確性。將縱橫向框、排架和各層樓、屋面聯(lián)合組成的空間結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)計算，在滿足生產(chǎn)工藝要求的前提下，充分考慮了構(gòu)件之間的協(xié)調(diào)作用，與傳統(tǒng)的平面模型相比更進(jìn)一步接近結(jié)構(gòu)、荷載和受力的實際情況，可以精確考慮廠房的空間協(xié)調(diào)因素，使計算模型最大限度的反映結(jié)構(gòu)的實際受力狀態(tài)，使構(gòu)件斷面選擇更趨于合理。

3、鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)主廠房的優(yōu)點

3.1 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的一般性能優(yōu)勢

3.1.1 安裝簡便、施工周期短、布置靈活多樣，廠房的有效利用面積大。

3.1.2 構(gòu)件斷面小，結(jié)構(gòu)自重輕，減小地震作用的影響，同時減少基礎(chǔ)的建設(shè)費用，具有較高的性價比。

3.1.3 鋼結(jié)構(gòu)自重輕、強(qiáng)度高、延性好，對抗震有很好的適應(yīng)性和優(yōu)越性，特別在高地震設(shè)防烈度區(qū)，就抗震性能而言鋼結(jié)構(gòu)體系具有明顯的優(yōu)越性，可大大降低地基處理費用。

3.1.4 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的制造可在車間內(nèi)進(jìn)行，有利于保證加工質(zhì)量，可以不受自然條件影響，生產(chǎn)及安裝的機(jī)械化程度高，宜于施工文明。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)體系抗震性能方面的優(yōu)勢

3.2.1 由于鋼材本身是一種延性很好的材料，只要結(jié)構(gòu)布置合理，抗震構(gòu)造措施得當(dāng)，其抗震性能遠(yuǎn)比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)好，在震后也比較容易修復(fù)。

3.2.2 根據(jù)《火力發(fā)電廠主廠房結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計技術(shù)》項目課題研究成果，對國內(nèi)傳統(tǒng)的主廠房三列式布置形式即汽機(jī)房、除氧間和煤倉間結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震性能試驗，對此類典型布置的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計提出了建議：因結(jié)構(gòu)中存在錯層、短柱等不利結(jié)構(gòu)性缺陷，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)適用 7 度及以下地區(qū)主廠房結(jié)構(gòu)體系，當(dāng)抗震設(shè)防烈度為 8 度時宜采用鋼結(jié)構(gòu)。

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在廠房建筑工程中應(yīng)用比較多，其是一種大跨度的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式，有著良好的發(fā)展前景，是建筑行業(yè)不斷發(fā)展的產(chǎn)物。當(dāng)前社會，廠房建筑的美觀性越來越強(qiáng)，采用的設(shè)計體系越來越先進(jìn)。在對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的建筑進(jìn)行設(shè)計時，需要合理應(yīng)用施工技術(shù)，還要選擇性能優(yōu)良的施工材料，對施工方案進(jìn)行不斷的完善，保證網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的最佳性。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的建筑有著較多的優(yōu)點，施工的周期比較短，而且施工工藝進(jìn)行簡單，可以保證建筑工程順利完工。

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