门式刚架轻型房屋钢结构设计方法及其应用.pdf

第 4 1卷 第 1 2期 2 0 1 2年 1 2月 当 代 化 工 C O n t e mp 0 r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V o 1 ． 41．N O ． 12 D e c e m b e r ， 2 0 1 2 门式刚架轻型房屋钢结构设计方法及其应用 潘新莹，伊 震，闫素美，涂 蕊 中国寰球工程公司 辽宁分公司， 辽宁 抚顺 1 1 3 0 0 6 1 摘 要结合规范总结了门式刚架轻型房屋钢结构设计中应注意的问题 ，并以实际工程为例，探讨了这种 结构类型的设计方法和应用。 关键词门式刚架；轻型房屋钢结构；注意事项 ；设计方法；应用 中图分类号T U 3 9 1 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 21 2 1 3 6 1 0 3 Di s c us s i o n o n t he De s i g n M e t ho d o f S t e e l S t r uc t ur e o f Li g h t W e i g ht Bui l di ng W i t h Ga bl e d Fr a m e a nd I t s Appl i c a t i o n P AN Xi n - yi n g， Y IZhe n， AN S u me i ， TU Ru i H QC E C L i a o n i n g C o mp a n y , L i a o n i n g F u s h u n 1 1 3 0 0 6 ，C h i n a Ab s t r a c t Co mb i n e d wi t h d e s i g n c o d e ，s o me p r o b l e ms d u r i n g t h e d e s i g n o f s t e e l s t r u c t u r e o f i g h t we i g h t b u i l d i n g s wi t h g a b l e d fl a me w e r e s u mma r i z e d ． An d t a k i n g a p r a c t i c a l p r o j e c t a s e x a mp l e ， d i f f e r e n t d e s i g n me t h o d s o f t h i s t y p e of s t r uc t u r e we r e d i s c us s e d a s we l l a s t he i r a p pl i c a t i o n． Ke y wo r d s Ri g i d f r a me s ； S t e e l s t r u c t u r e o f l i g h t we i g h t b u i l d i n g s ； P o i n t s f o r a t t e n t i o n ； De s i g n me t h o d ； Ap p l i c a t i o n 轻型门式刚架结构是石油化工生产装置建构筑 物广泛采用的一种形式 ，尤其是用于需要考虑泄爆 设计 的压缩机厂房。这种结构形式具有用钢量省 ， 自重轻 ，施工方便快速 ，造型朴素大方的特点。笔 者结合 自己的设计经验 ，总结 了这类结构设计时需 要特别注意的问题。 l 门式刚架适用的结构 主刚架适于具有轻型屋盖和轻型外墙 、无桥式 吊车或有起重量不大于 2 0 t 的 A1 ～A 5工作级别桥 式吊车或 3 t 悬挂式起重机的单层房屋钢结构。 悬挂 吊车不宜大于 3 t ， 因为轻型房屋的刚度相 对差 ，悬挂吊车吨位大，可能导致刚架挠度难于满 足要求或设计效果不经济。 适 于起重量不大于 2 0 t ， 工作级别为 中、 轻级 ， 即工作级别 A1 ～A 5桥式 吊车 ，否则 吨位大 、刹车 力大 、荷载大 ，造成厂房不经济。 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 C E C S 1 0 2 2 0 0 2 ，以下简称门规 适用于具有轻型屋盖 和轻型外墙的房屋 ，主刚架跨度不大于 3 6 m，檐 口 高度不大于 1 5 m，当桥式 吊车起重量不大于 1 0 t 、 没有较大的吊挂荷载 以及基本风压不大于 0 ． 6 k P a 且抗震设 防烈度不大于 7度时，檐 口高度可放宽至 l 8 ml4 l。附录 A采用的风荷载系数适用于屋面坡度 不大于 l 0度 ，屋面平均高度不大于 1 8 m，房屋高 宽比不大于 1 、檐 口高度不大于房屋的最小水平尺 寸的门式刚架轻型房屋 。在设计实践 中经常会遇 到超出上述限制的钢结构厂房 ，我们仍然可以采用 门式刚架钢结构 ，但此时门规已经不再适用 ，应按 钢结构设计规范 G B 5 0 0 1 7 2 0 0 3 规定的柱顶 位移限值 、挠度限值 、构件变形和支座位移允许值 等规定执行 。结构体系布置时屋盖宜设置纵向水平 支撑和横向水平支撑，一起构成封闭的支撑体系， 增强房屋整体刚度。刚架柱和斜梁必须采用刚性系 杆来保证其侧向稳定 ；支撑不宜采用圆钢 ，宜采用 型钢 ；中柱不宜采用摇摆柱 ；柱脚宜采用刚接 ，柱 子宜采用阶梯形 。 2 设计 中应引起重视的问题 1 基本风压应乘以 1 ． 0 5的调整系数⋯ 。 2 抗震验算时结构的阻尼 比可取 0 ． 0 5 ，钢 结构在多遇地震下的阻尼 比， 不超过 1 2层 的可采用 0． 0 3 5 TM ,超过 1 2层的可采用 0 ． 0 2 。单层厂房钢结构 在多遇地震下的阻尼 比宜取 0 ． 0 5 。 3柱脚宜设计成铰接节点 ，当用于工业厂 房且有 5 t以上桥式 吊车时 ，柱脚宜设计成刚接 。 收稿 日期 2 0 1 2 - l 1 1 4 作 者简介 潘新 莹 1 9 6 0 - ，女，辽宁抚顺人 ，工程师 ，1 9 8 4 年毕业于辽 宁建工 学院工 民建专业， 目前从事结构设计工作。E - m a i l p a n x i n yi n g I h q c e c ． t o m 。 化 工 2 0 1 2 年 l 2月 抗震设防烈度为 8 、 9 度时 ， 柱脚应采用插入式或埋 入式柱脚。 4 在设有驾驶室且起重量大于 1 5 t 桥式 吊车 的跨间，应在屋盖边缘设置纵向支撑桁架。 5当设有起重量不小于 5 t 的桥式 吊车时 ， 柱问宜采用型钢支撑 。在 8 度及以上地震区或地震 作用效应组合起控制作用时 ，门式刚架房屋的屋面 横向水平支撑和柱间支撑亦应采用型钢支撑 。 6屋面横 向水平支撑与柱间支撑应布置在 同一跨间内。布置在同一跨间内的屋面横向水平支 撑和柱间支撑 同门式刚架一道构成稳定的空间结构 体系， 既可承受和传递房屋纵 向的各种荷载和作用 ， 又方便于 门式刚架结构 的施工安装 。根据 门规第 4 ． 5 ． 1 条第 2 款和第 4 ． 5 ．2 条第 1 款的规定，宜将屋 面横 向水平支撑和柱间支撑 同时布置在房屋温度 区 段端部第一开 问或第二开间。当端部支撑设在第二 开间时 ，在第一开间的相应位置设置刚性系杆。在 布置柱问支撑 的开间 ，宜 同时布置屋面横 向水平支 撑。 7 屋面横 向水平支撑的节点应设置在抗风 柱顶节点处。屋面横向水平支撑桁架的节点布置在 抗风柱处 ，可以使抗风柱柱顶的反力直接传递 ，避 免刚架斜梁受扭。 8 柱脚锚栓的直径不宜小于 2 4 mm， 且应设 置双螺帽。柱脚锚栓直径除按计算确定外 ，考虑到 实际工程中可能会承受部分水平剪力等不利因素 ， 其直径不宜过小 。一般情况下 ，刚架跨度不大于 1 8 m时， 采用 2个 M 2 4的锚栓 ；刚架跨度不大于 2 7 m 时， 采用 4个 M2 4的锚栓 ； 刚架跨度不大于 3 0 m时， 采用4 个 M3 0的锚栓。 柱脚锚栓采用 Q 2 3 5 钢或 Q 3 4 5 钢制作 ，柱脚锚栓均应设双螺帽，以防螺帽松动 ， 影响柱脚安全可靠的工作。 9当门式刚架跨度大于 4 0 m小于 6 0 m， 或 高度大于 1 3 m小于 1 8 m时 ，宜采取下列措施 屋 盖宜增设纵 向水平支撑和横向水平支撑 ，一起构成 封闭的支撑体系，增强房屋的整体刚度；支撑设计 计算 时，宜考虑 由端部柱间支撑及屋面横 向水平支 撑负担山墙面的风力。刚架柱和斜梁必须采用刚性 系杆来保证其侧向稳定，不宜依靠隅撑保证侧向稳 定。 檩条不宜兼作系杆， 系杆必须用型钢另外设置。 支撑不宜采用 圆钢 ， 宜 采用型钢。 1 0当厂房布置有防火墙 ，且防火墙顶部与 刚架梁有构造连接时 ，应计人其地震作用 。 1 1 吊车梁兼做厂房刚性 系杆时 ，应设置双 侧隅撑与刚架柱外翼缘相连 。 1 2 各节点设计 定要认真考虑腐蚀因素。 3 设计案例分析 下面是笔者最近设计的一个工程。该工程抗震 设防烈度 8 度 0 ． 2 0 g ，吊车吨位 3 2 t ，檐 口高度 1 6 m，跨度 2 1 m，因工艺需要 ，在标高 4 ． 8 m处布 置二层钢结构平台，厂房一侧布置有管架 一侧厂 房柱兼做管架柱 。考虑到吊车吨位超过 2 0 t ， 进行 构件设计时采用钢规 ，钢柱的长细比控制为 1 2 0 。 采用 P K S T S进行计算 ，结果图 1 所示 。 图 1 配筋包络和钢结构应力 比图 F i g ． 1 Re i n f o r c e m e n t e n v e l o p e a n d s t r e s s r a t i o o f s t e e l s t r uc t ur e 结果显示左侧钢柱局部长细比达到 了 1 4 9 ，超 过 了允许值 。笔者没有采取继续加大截面的做法 ， 而是对结构进行了细致分析 。长细 比取决于计算长 度系数，钢规对于阶形柱的计算长度系数有专门规 定 ，其计算不同于_ 二 一 般钢框架按梁柱线刚度 比的计 算模式 ，阶形柱计算长度不仅与上下柱截面有关 ， 还与上下柱轴力 比值有关 ，这就解释了为什么同样 的截面，厂房左 、右柱计算长度却不同。程序对于 和梁刚性连接的柱 ， 强制采用线刚度 比的计算方法 ， 此 时只需要把与厂房柱相连的梁改为铰接 ，再进行 计算 ，就可以得到规范算法的结果了，如图 2 、3 所示 为了作 比较 ，厂房右柱未作改动 。 图 2 配筋包络和钢结构应力 比图 F i g ． 2 Re i n f o r c e me n t e n v e l o p e a n d s t r e s s r a ti o o f s t e e l s t r u c t u r e 下转第 1 3 6 5页 蔓 ㈨ m ⋯ m 曲∞ ； { 蚋 ∞ ㈣ ㈤ ㈣ ㈣ ㈦ ㈤ 心 ∞ 凹 第 4 1卷第 1 2期 鲁亚秋塔池底分隔工艺运行应用 1 3 6 5 垢沉积，确保水处理剂缓蚀阻垢和杀菌效率，为水 质达标工作创造条件。 北循环水场从 2 0 0 9年 1 0月开始投入运行 ，至 今已 3 年时间，中间未经过停工检修。但是塔池清 淤工作 已进行了 3 0次 ， 每个月进行 1 次塔池清淤作 业 ，池底基本不积存污泥 ，减少了池底污泥对水处 理药剂 的吸附消耗和底泥内微生物滋生 ，为北循环 水场水质达标工作创造了较好 的运行环境。 2 单塔切除进行水体置换操作 ，节约新鲜水。 循环水场为控制水质 ，需对水场进行不定期排 污置换 ，此项操作需消耗大量新鲜水。原来排污方 式为打开排污阀，边排边补 ，置换速度较慢 ，且浪 费大量新鲜水。北循环水场新 的塔池结构开创了水 场水体置换 的新思路 ，本文采用单间塔切除后排空 池 内污水 ，再补入新鲜水循环人系统后 ，再切 除另 一 间塔排污 ，如此循环。此种方式每次置换可节约 新鲜水 5 0 0 0 t ， 2 0 0 8 年以来共计节约新鲜水 5 0万 t 。 3 各 生产装 置循 环 回水 回至水 场 时分塔分 池 ，便于观察和分析循环 回水是否存在物料泄漏并 可及时判断物料泄漏来源 ，为及时查找和切除泄漏 源提供了方向。 2 0 1 2 年 2月 ， 发现在一单元 回水塔池 中出现了 细小的黄色的蜡粒 ，而在二单元的回水塔池中却没 有 ，初步判断是一单元的用水装置出现了水冷器泄 漏 ，并根据泄漏蜡粒的状态将泄漏源锁定至常减压 装置的减三水冷器 ，并在 4 h内查到了漏点。 4 单问塔随时可以从系统中分离 出来 ，为冷 却塔的修理和维护工作提供了方便条件 。 4 结束语 2年来 的实践证明 ，在大型集中循环水场的运 行管理 中，塔池分隔独立运行工艺优于原有一体式 塔池运行工艺 ，不仅使循环水场实现了不停工状态 下的塔维修 、塔池底清淤作业 ，大大提高了循环水 场在泄漏状态下的水质处理的工作效率 ，为水质达 标工作创造了良好的运行环境 ，且带来了明显的节 水效果。 参考文献 [ 1 ] 严熙世， 范瑾初． 给水工程[ M] ． 北京中国建筑工业出版社， 2 0 0 4 ． [ 2]周本省．工业水处理技术『 M1 ．北京化学工业出版社，2 0 0 3 ． 上接 第 1 3 6 2页 图 3平 面内计算 长度 系数 Fi g． 3 I n - pl an e c a l c ul at e d l e ng t h c oe ffi c i e nt o f c o l umns 实际上梁柱是刚接的 ，因此设计人员应记录下 按 阶形柱计算模式得到的计算长度系数 ，然后再把 梁柱节点改为刚接 ，同时人工指定计算长度系数 ， 把记录下来的数据填入再进行计算 即可。 4 结 语 只要理解规范的实质 ，合理设计 ，门式刚架轻 型房屋钢结构可以在很多场合发挥其优势。北京西 郊机库和大连南关岭粮库等都达到单跨 7 2 m ； 我公 司设计 的石油一厂新区石蜡成型装置库房和成型机 厂房单跨跨度也已经达到 6 0 m ；檐 口高度 2 7 m甚 至 3 2 m，吊车吨位 2 4 0 t 、3 5 0 t 的轻钢厂房也已经 付诸实际工程。在遵循相关规范的基础上 ，不断探 索新的设计理念 和结构构造 ，提高门式刚架轻型房 屋结构设计水平 ，为我国有中国特色社会主义现代 化建设奉献才智 ，是我们每一名技术人员应尽的职 责和使命。 参考文献 [ 1 ] G B 5 0 0 0 9 2 0 1 2 ，建筑结构荷载规范[ s 】 ． [ 2] G B 5 001 1 - 2 0 1 0 ， 建筑抗震设计规范[ s ] ． [ 3] G B 5 0 0 1 7 2 0 0 3 ， 钢结构设计规范[ s 】 ． [ 4] C E C S 1 0 2 2 0 0 2 ， 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[ s 】 ． [ 5]陈友泉，等门 式刚架轻型房屋钢结构设计与施工疑难问题释疑[ M ] ． 北京 中国建筑工业出版社，2 0 0 9 ． [ 6]张运 田门 式刚架常见问题及其改进措施[ M ] ． 北京 中国建筑标准设 计研 究 院 ．2 00 2 ．