門(mén)式鋼架工業(yè)廠房靜力分析

許林曉

（聊城大學(xué)東昌學(xué)院，山東 聊城252000）

1 概述

門(mén)式鋼架的主要承重骨架由輕型H 型鋼、冷彎薄壁型鋼、熱軋H 型鋼等構(gòu)成，由于其自重輕、承載能力高、抗震性能好、施工周期短、經(jīng)濟(jì)環(huán)保，目前大量應(yīng)用于各種工業(yè)建筑。特別是大跨度單層工業(yè)廠房，門(mén)式鋼架是設(shè)計(jì)時(shí)的首選結(jié)構(gòu)形式。本文結(jié)合某工程設(shè)計(jì)實(shí)例，對(duì)門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析。

2 結(jié)構(gòu)參數(shù)

本項(xiàng)目采用PKPM鋼結(jié)構(gòu)二維設(shè)計(jì)模塊中的門(mén)式鋼架部分建模，本文選取中間跨進(jìn)行分析，其二維模型如圖1 所示，鋼架內(nèi)側(cè)數(shù)字分別為梁、柱構(gòu)件編號(hào)。結(jié)構(gòu)形式為單跨雙坡，跨度25.5m，坡度為0.1，柱距8.7m，柱高19.25m，牛腿高度19.99m，屋面與墻面均采用輕型鋁鎂錳板。主體鋼架選用Q345B 鋼材，屈服應(yīng)力fy=345Mpa。橫梁與柱剛接，由于設(shè)有10t 橋式吊車(chē)一臺(tái)，故柱腳與基礎(chǔ)剛接。中間跨鋼梁采用H 形變截面，梁高400-600mm，上下翼緣寬250mm，腹板厚10mm，翼緣厚14mm，鋼柱截面為700×300×16×18。

圖1 門(mén)式鋼架二維模型

3 荷載情況

門(mén)式鋼架輕型鋼結(jié)構(gòu)承受的荷載類(lèi)型主要有：永久荷載、屋面活荷載、風(fēng)荷載、吊車(chē)荷載、地震作用等。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況并依據(jù)業(yè)主提供的基礎(chǔ)資料合理加載。

3.1 永久荷載

永久荷載包括鋼架、屋面板、檁條等構(gòu)件的自重。構(gòu)件自重的標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)構(gòu)件的尺寸與材料單位體積的自重計(jì)算確定[1]。本工程屋面采用輕型鋁鎂錳板，并設(shè)有檁條，經(jīng)計(jì)算，屋面恒載取為0.3kN/m2。

表1 柱內(nèi)力

3.2 屋面活荷載

采用輕型屋面時(shí)，屋面按水平投影面積計(jì)算豎向活荷載，標(biāo)準(zhǔn)值取0.5kN/m2。

3.3 風(fēng)荷載

門(mén)式鋼架風(fēng)荷載作用面積取垂直于風(fēng)向的最大投影面積[2]。本工程為封閉式鋼架，風(fēng)壓調(diào)整系數(shù)取1.1，地面粗糙度為B類(lèi)，本地區(qū)50 年一遇的基本風(fēng)壓值為0.45kN/m2，受荷寬度8.7m。

3.4 吊車(chē)荷載

本工程設(shè)有LD 型電動(dòng)單梁吊車(chē)一臺(tái)，起重量10t，吊車(chē)跨度24m，最大輪壓7.29t，最小輪壓2.06t，小車(chē)重1.3t，車(chē)寬4m，輪距3.5m，豎向荷載與橫向水平荷載由程序自動(dòng)導(dǎo)算。

3.5 地震作用

本工程建筑抗震設(shè)防烈度為7 度，設(shè)計(jì)基本加速度為0.15g，所在場(chǎng)地設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅲ類(lèi)。

表2 梁內(nèi)力

表3 鋼柱驗(yàn)算結(jié)果

4 內(nèi)力分析

本文選取5 種工況對(duì)各桿件受力情況進(jìn)行分析，分別為恒荷載、左風(fēng)1、左風(fēng)2、右風(fēng)1、右風(fēng)2。

4.1 柱內(nèi)力

各單工況作用下的柱內(nèi)力見(jiàn)表1。由計(jì)算結(jié)果可知，在恒荷載作用下，由于單元1 與單元2 對(duì)稱，故其各端內(nèi)力值大小相等，單元3 與單元4 同理。左風(fēng)工況下，單元1 與單元3 為迎風(fēng)桿件，單元2 與單元4 為背風(fēng)桿件，且單元1 各桿件內(nèi)力值均大于單元2，單元3 各桿件內(nèi)力值均大于單元4，說(shuō)明風(fēng)荷載對(duì)迎風(fēng)側(cè)桿件影響較大。

4.2 梁內(nèi)力

各單工況作用下的梁內(nèi)力見(jiàn)表2。由計(jì)算結(jié)果可知，恒載作用下，梁所受軸力遠(yuǎn)小于柱，說(shuō)明對(duì)于鋼架整體，軸力主要由柱子承擔(dān)。在梁構(gòu)件中，由于單元2 與單元3 對(duì)稱，故單元1 的I端與單元3 的II 端內(nèi)力值大小相等，單元2 與單元4 同理。風(fēng)荷載作用下，各桿件軸力大小相同。左風(fēng)工況下，剪力與彎矩最大值均出現(xiàn)在單元1 的I 端（左側(cè)）。右風(fēng)工況下，剪力與彎矩最大值均出現(xiàn)在單元3 的II 端（右側(cè)）。

5 構(gòu)件驗(yàn)算結(jié)果分析

5.1 鋼柱驗(yàn)算結(jié)果分析

鋼柱驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表3。各構(gòu)件應(yīng)力比、穩(wěn)定性、高厚比、寬厚比、長(zhǎng)細(xì)比等參數(shù)均滿足規(guī)范要求。由驗(yàn)算結(jié)果可知，平面外穩(wěn)定起控制作用，規(guī)范要求平面外穩(wěn)定最大應(yīng)力比小于1，柱1 與柱2 的平面外穩(wěn)定最大應(yīng)力比為0.96，滿足驗(yàn)算要求。其余參數(shù)富余較大。

5.2 鋼梁驗(yàn)算結(jié)果分析

鋼梁驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表4。由驗(yàn)算結(jié)果可知，強(qiáng)度及平面內(nèi)穩(wěn)定起控制作用，梁1 與梁3 的強(qiáng)度應(yīng)力比為0.84<1，平面內(nèi)穩(wěn)定最大應(yīng)力比為0.75<1，滿足規(guī)范要求。其余參數(shù)均有富余。

表4 鋼梁驗(yàn)算結(jié)果

結(jié)束語(yǔ)

門(mén)式鋼架單層工業(yè)廠房設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在全面了解業(yè)主需求及設(shè)計(jì)要點(diǎn)的基礎(chǔ)上綜合分析，選取合理的結(jié)構(gòu)形式，充分考慮結(jié)構(gòu)所承受的荷載作用，保證結(jié)構(gòu)具有較好的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性。