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沈陽(yáng)建筑門(mén)窗有限公司塑鋼門(mén)窗組裝車(chē)間及附屬用房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

作者：晏行寬等    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:10 [收藏]
沈陽(yáng)建筑門(mén)窗有限公司塑鋼門(mén)窗組裝車(chē)間及附屬用房為結(jié)構(gòu)復(fù)雜多層鋼結(jié)構(gòu)建筑，結(jié)構(gòu)體系采用鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)，輕型彩鋼板復(fù)合屋面。本文介紹結(jié)構(gòu)方案、整體分析、梁柱連接節(jié)點(diǎn)等設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題。
    關(guān)健詞：結(jié)構(gòu)體系 鋼結(jié)構(gòu) 輕型彩鋼板復(fù)合屋面

    一.工程概況
    沈陽(yáng)建筑門(mén)窗有限公司塑鋼門(mén)窗組裝車(chē)間及附屬用房為沈陽(yáng)市東陵區(qū)最大鋼結(jié)構(gòu)項(xiàng)目，建筑平面呈不等邊且不規(guī)則多邊形，總建筑面積為78360m2。根據(jù)建筑需要，廠房內(nèi)部不允許設(shè)計(jì)鋼支撐，僅建筑外圍可設(shè)鋼支撐，故整體結(jié)構(gòu)基本采用鋼框架結(jié)構(gòu)，由部分需要設(shè)置鋼支撐；樓蓋采用焊接H型鋼+壓型鋼板組合樓板，屋蓋采用C型鋼+雙層壓型彩板內(nèi)填充200厚離心超細(xì)玻璃絲棉卷氈，外墻采用C型鋼+雙層壓型彩板內(nèi)填充200厚離心超細(xì)玻璃絲棉卷氈。車(chē)間內(nèi)設(shè)三部自動(dòng)扶梯，四部垂直電梯。
    二.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
    （1） 建筑平面呈不等邊且不規(guī)則多邊形，詳見(jiàn)圖一，大頭寬192.5m，小頭寬87.1m，長(zhǎng)度為226.1m，并在長(zhǎng)度方向110m左右設(shè)置一道變形縫，此次重點(diǎn)介紹變形縫以下部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，底層柱網(wǎng)主要采用9m*9m，部分采用13m*9m；頂層由于是輕型屋面，為了更經(jīng)濟(jì)，采取抽柱處理，柱網(wǎng)主要采用18m*9m。
    （2） 根據(jù)建筑需要，屋面高度不在同一面，導(dǎo)致屋面復(fù)雜，也使整個(gè)結(jié)構(gòu)體型復(fù)雜，見(jiàn)附圖二。
    （3） 變形縫以下一層圍護(hù)大面積采用玻璃廚窗，不宜設(shè)置柱間支撐，故結(jié)構(gòu)采用鋼框架結(jié)構(gòu)體系， H型鋼柱，樓面H型鋼梁，屋面H型鋼梁（部分采用變截面H型鋼梁）。
    （4） 樓蓋采用焊接H型鋼+壓型鋼板組合樓板，樓板總厚度為140mm；屋蓋采用C型鋼+雙層壓型彩板內(nèi)填充200厚離心超細(xì)玻璃絲棉卷氈。
    （5） 根據(jù)建筑體系及排水特點(diǎn)，取典型橫向剖面剛架如圖三所示，主要跨度在9m，僅支承二層樓面柱為H300X280X8X14；二層處下層柱為H400X280X10X14，上層柱為H400X250X6X10；三層處下層柱為H400X390X10X18，上層柱為H400X250X6X10；樓面梁為H800X220X8X14，屋面梁分別為H（700~400）X220X6X12、H400X180X5X8、H（400~700）X220X6X12。
    （6） 根據(jù)體系及排水特點(diǎn)，取典型縱向剖面剛架如圖四所示，左邊第一跨為13m，兩邊柱為H500X450X16X25，樓面梁為H1100X250X10X18，屋面梁為H580X180X8X10，其它跨均為9m，下層柱為H400X390X10X18，上層柱為H400X250X6X10；樓面梁二層為H500X180X8X10，三層為H750X220X8X14，屋面梁為H250X180X5X8。


    （7） H型截面柱的布置：由于H型截面強(qiáng)弱軸方向的截面特性差別輕大，所以截面強(qiáng)弱軸方向的布置對(duì)截面能否充份發(fā)揮起至關(guān)重要的作用，決定此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否經(jīng)濟(jì)合理；根據(jù)附圖三可知，H型截面柱強(qiáng)軸應(yīng)在紙的平面內(nèi)，根據(jù)附圖四可知，左邊第一跨兩個(gè)H型截面柱強(qiáng)軸在紙的平面內(nèi)，結(jié)合附圖三其它H型截面柱強(qiáng)軸垂直紙的平面；按上面布置H型截面柱時(shí)抗震整體性控制比所有H型截面柱強(qiáng)軸均為同一方向要好。
    （8） 部分鋼柱采用鋼管柱：如附圖五中幾個(gè)不同角度梁相交處柱采用鋼管柱時(shí)加工及定位會(huì)帶來(lái)極大方便，比H型柱受力更合理，比箱型柱更經(jīng)濟(jì)，梁柱連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)更方便，結(jié)合上述優(yōu)點(diǎn)與此相同處均采用鋼管柱。
    （9） 材料：
    混凝土強(qiáng)度等級(jí)：組合樓板為C30。
    鋼材：
    a.鋼筋：直徑<12mm為HPB235，12mm<=直徑<=18mm為HRB335。
    b.鋼構(gòu)件材質(zhì)：所有主梁及柱均為焊接H型鋼，鋼號(hào)為Q345B；次梁為焊接H型鋼，鋼號(hào)為Q235B；其它次結(jié)構(gòu)Q235。
    c.樓承板：最小屈服強(qiáng)度為300Mpa，肋高51mm，壓型鋼板厚度為1.0mm；由于此樓承板在施工階段不滿(mǎn)足要求，而在跨中設(shè)一支撐能滿(mǎn)足要求，故在施工時(shí)需在跨中設(shè)置臨時(shí)支撐。
    三.計(jì)算分析
    （1） 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型和分析程序：
    本工程由于結(jié)構(gòu)體型變化復(fù)雜，錯(cuò)層較多，因此采用了PKPM系列中STS及PMSAP（復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)軟件）進(jìn)行計(jì)算分析，樓板分別采用剛性和彈性假定進(jìn)行計(jì)算，以考慮結(jié)構(gòu)分析的正確性。
    （2） 設(shè)計(jì)參數(shù)

    （3） 彈性分析結(jié)果
    結(jié)構(gòu)采用PKPM鋼結(jié)構(gòu)軟件STS（PMSAP）程序，按剛性樓板計(jì)算，主要計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表一：

    四.鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
    本工程節(jié)點(diǎn)類(lèi)型主要可歸并為以下兩大類(lèi)型：
    （一） H型梁與H型柱連接節(jié)點(diǎn)；
    （1） 樓面采用栓焊連接節(jié)點(diǎn)，采用柱貫通型，梁翼緣與柱采用坡口全熔透焊接連接，梁腹板與柱采用摩擦型高強(qiáng)螺栓連接，并應(yīng)滿(mǎn)足相關(guān)構(gòu)造規(guī)定，如圖a所示。
    （2） 屋面連接節(jié)點(diǎn)結(jié)合施工方便，采用高強(qiáng)度螺栓端板連接，如圖b所示。
    （二） H型梁與鋼管柱連接節(jié)點(diǎn)；
    樓面及屋面采用栓焊連接節(jié)點(diǎn)，采用柱貫通型，梁翼緣與柱采用坡口全熔透焊接連接，梁腹板與柱采用摩擦型高強(qiáng)螺栓連接，在柱外梁翼板位置設(shè)外加強(qiáng)環(huán)板，環(huán)板與柱采用坡口全熔透焊縫連接，環(huán)板的厚度和寬度通過(guò)計(jì)算確定，并應(yīng)滿(mǎn)足相關(guān)構(gòu)造規(guī)定，如圖c、d所示。

    五.結(jié)構(gòu)用鋼量
    通過(guò)計(jì)算，上部結(jié)構(gòu)總設(shè)計(jì)用鋼量為13935T。單位用鋼量為177.8kg/m2。
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