淜頭水電站主廠房排架設(shè)計(jì)方案比較

王瑞平

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 山西太原 030024）

0 引言

鋼筋混凝土廠房常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式有排架結(jié)構(gòu)和剛架結(jié)構(gòu)形式兩種，排架結(jié)構(gòu)是我國(guó)目前單層廠房結(jié)構(gòu)的基本形式。當(dāng)廠房跨度較大，不小于12 m時(shí)，常用排架結(jié)構(gòu)。

排架結(jié)構(gòu)為空間結(jié)構(gòu)，其受力情況較為復(fù)雜。排架結(jié)構(gòu)由屋架（屋面梁）、柱和基礎(chǔ)組成，柱與屋架鉸接，與基礎(chǔ)剛接。

排架結(jié)構(gòu)按屋面施工方法分類，分為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)和預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)兩種。

其承重體系主要是由縱向平面排架和橫向平面排架組成。

縱向平面排架是由基礎(chǔ)、縱向柱列、吊車梁、連系梁和柱間支撐等組成，其作用是承受通過(guò)屋蓋結(jié)構(gòu)傳來(lái)的作用在山墻和天窗端壁的吊車縱向水平荷載、縱向水平地震作用、縱向風(fēng)荷載及溫度應(yīng)力，并保證廠房結(jié)構(gòu)的縱向剛性和穩(wěn)定性。

橫向平面排架是廠房的基本承重結(jié)構(gòu)，由橫梁（屋架或屋面梁）和橫向柱列（包括基礎(chǔ)）組成。作用是承受廠房結(jié)構(gòu)的橫向水平荷載，如吊車橫向水平荷載、風(fēng)荷載、橫向水平地震作用及豎向荷載，如結(jié)構(gòu)自重、屋面活荷載和吊車豎向荷載，并通過(guò)橫向平面排架傳至基礎(chǔ)和地基。

為了簡(jiǎn)化計(jì)算，進(jìn)行排架設(shè)計(jì)時(shí)，選取單榀排架計(jì)算，并根據(jù)構(gòu)造和實(shí)際情況，作如下假定:

1）在荷載作用下橫梁的剛度為無(wú)限大，EA=∞，忽略不計(jì)屋面梁或屋架沿跨度方向的變形；

2）柱上端與橫梁（屋面梁或屋架）為鉸接狀態(tài)，只承受水平和豎向的支座力，不承受彎矩；

3）柱下端與基礎(chǔ)剛接，但不考慮基礎(chǔ)位移和轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)排架內(nèi)力和變形的影響；

4）各榀排架之間互不聯(lián)系，相互獨(dú)立工作，即不考慮排架之間的空間作用。

1 工程概況

淜頭水電站工程位于平順縣。電站主廠房長(zhǎng)30m，柱距6 m，跨度為12 m，設(shè)計(jì)中確定上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)體系。矩形排架柱總高5.1 m，主廠房?jī)?nèi)設(shè)一臺(tái)電動(dòng)橋式起重機(jī)，額定起重量10 t，最大輪壓10 kN，A5級(jí)工作制，設(shè)置吊車梁。

工程所在地區(qū)平順縣地震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10 g，地震設(shè)計(jì)分組為第二組。

《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定:地震時(shí)使用功能不能中斷或需盡快恢復(fù)的建筑屬于乙類建筑，計(jì)算時(shí)地震作用應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求；通常，當(dāng)抗震設(shè)防烈度為6～8度時(shí)，抗震構(gòu)造措施應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求；當(dāng)抗震設(shè)防烈度為9度時(shí)，抗震構(gòu)造措施應(yīng)符合比9度抗震設(shè)防更高的要求。

本工程抗震設(shè)防類別根據(jù)使用功能重要性劃分為乙類建筑，排架結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為二級(jí)，抗震構(gòu)造措施按設(shè)防烈度8度執(zhí)行。地基基礎(chǔ)的抗震措施，應(yīng)符合《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求。

2 設(shè)計(jì)方案

電站廠房上部先后出了兩個(gè)設(shè)計(jì)方案，現(xiàn)澆混凝土排架結(jié)構(gòu)和預(yù)制裝配式排架結(jié)構(gòu)。

2.1 現(xiàn)澆排架結(jié)構(gòu)

本設(shè)計(jì)所有柱、梁、板均需在現(xiàn)場(chǎng)整體澆筑完成，計(jì)算軟件采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPM系列軟件。梁、柱布置如圖1所示，圖中XL1為屋面主梁，簡(jiǎn)支在廠房柱（XZ）柱頂；XL2為五跨連續(xù)次梁，XL1為其支座。

為保證結(jié)構(gòu)受力合理性，計(jì)算、建模過(guò)程中注意以下原則:

圖1 梁柱位置圖

1）XL1跨度為12 m，矩形截面，截面取值:依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)造手冊(cè)》，截面高度h取梁跨度的1/10～1/12，此處取值h=1 100 mm；截面寬度b取高度1/2～1/3.5，此處取值350 mm，經(jīng)計(jì)算，XL1截面滿足鋼筋最小間距及現(xiàn)澆梁最小撓度要求；

2）單榀排架建模時(shí)，因?yàn)槭乾F(xiàn)澆排架，柱上端與橫梁并非鉸接，而是半鉸接狀態(tài)，PKPM系列軟件在計(jì)算時(shí)根據(jù)屋面梁和排架柱的上柱剛度自動(dòng)進(jìn)行彎矩分配。XL1上部主筋按鉸接彎起長(zhǎng)度15 d，梁柱節(jié)點(diǎn)如圖2所示；

3）XZ建模計(jì)算時(shí)，柱頂鋼筋錨固選“梁筋入柱”，而不選“柱筋入梁”，柱鋼筋錨固如圖2所示。

圖2 梁柱節(jié)點(diǎn)圖

2.2 預(yù)制裝配式排架結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)時(shí)廠房排架柱、抗風(fēng)柱現(xiàn)澆，屋面板、屋面梁可現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制，也可訂制成品，運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝。屋面梁、板、排架柱布置如圖3所示，圖中WL代表屋面梁，WB代表屋面板。排架柱的計(jì)算用PKPM系列軟件，建模時(shí)，梁的剛度輸入值“∞”，梁截面輸入值“0”，梁端支座輸入“鉸接”。屋面梁、屋面板跨度及其上荷載設(shè)計(jì)值，分別從標(biāo)準(zhǔn)圖集《預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板》、《鋼筋混凝土屋面梁》選取。

圖3 梁柱位置圖

為保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的吊裝連接要求較嚴(yán)格。

屋面板之間、屋面板與屋面梁、屋面梁與柱的連接依據(jù)抗震烈度，嚴(yán)格按照現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求選用。

屋面板吊裝時(shí)注意使吊點(diǎn)受力均勻，安裝時(shí)待板的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)值的100%后進(jìn)行；所有板縫間均用C20細(xì)石混凝土填密實(shí)。

屋面梁當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的100%時(shí)，始可移動(dòng)、吊裝。扶直、平移和吊裝必須平穩(wěn)，防止急牽、沖擊、受扭或歪曲。扶直后的梁應(yīng)擱置在兩端支撐點(diǎn)上，不許在跨中增設(shè)支點(diǎn)。梁兩側(cè)應(yīng)布置斜撐以防傾倒。起吊就位必須正確。吊裝時(shí)應(yīng)采取措施，防止梁平面外失穩(wěn)。屋面梁與柱的連接，需等到柱混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)值的100%方可進(jìn)行。

3 方案比較

針對(duì)本次設(shè)計(jì)，總結(jié)得出兩種排架結(jié)構(gòu)形式在設(shè)計(jì)、施工、性能及經(jīng)濟(jì)性方面的不同處，如表1所示:

表1 兩種排架方案的性能比較

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述比較，兩種排架結(jié)構(gòu)形式各有優(yōu)點(diǎn)，目前我省水利工程中預(yù)制裝配式排架結(jié)構(gòu)采用較多。

淜頭水電站工程初次設(shè)計(jì)時(shí)考慮到施工現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)離市區(qū)，采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件運(yùn)輸成本高，采用現(xiàn)澆排架結(jié)構(gòu)。后因?yàn)槭┕さ搅硕?，考慮到混凝土冬季施工受限，改為采用預(yù)制裝配式排架結(jié)構(gòu)。從而縮短了工期，使廠房盡早投入了使用。