摘要：排架的組成是以柱子，兩邊的柱子，有一個(gè)屋架支撐在柱子上，形成了這樣的一排，下面又是一排，在這兩排上面上屋架之間放上一個(gè)板子形成個(gè)空架連續(xù)的房子。本項(xiàng)目中，對(duì)于廠房框排架結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)備荷載進(jìn)行了簡(jiǎn)化，用SATWE進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求，采取適當(dāng)構(gòu)造措施使整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理科學(xué)
關(guān)鍵詞：框排架結(jié)構(gòu)；SATWE；輕鋼結(jié)構(gòu)
1.引言
排架結(jié)構(gòu)：顧名思義，一排一排的。排架由屋架（或屋面梁）、柱和基礎(chǔ)組成，柱與屋架鉸接，與基礎(chǔ)剛接。是單層廠房結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)形式.主要用于單層廠房，由屋架、柱子和基礎(chǔ)構(gòu)成橫向平面排架，是廠房的主要承重體系，再通過屋面板、吊車梁、支撐等縱向構(gòu)件將平面排架聯(lián)結(jié)起來，構(gòu)成整體的空間結(jié)構(gòu)。工業(yè)生產(chǎn)車間主體采用框排架結(jié)構(gòu)，主跨屋面采用輕鋼結(jié)構(gòu)。
2.工程概況
�。�1）某市開發(fā)區(qū)工程項(xiàng)目，廠房車間長(zhǎng)274米，寬68米，主跨柱頂高23米。該車間按照工藝流程分為5個(gè)工段布置，由于結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)需考慮在每個(gè)工段間設(shè)置抗震縫，縫寬150mm。建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為二級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限為50年�？拐鹪O(shè)防烈度為七度（設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組）；建筑場(chǎng)地類別為Ⅳ類。建筑抗震設(shè)防類別為丙類，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)為三級(jí)。（2）工程項(xiàng)目地質(zhì)屬東南沿海的平原地帶，地勢(shì)平坦，場(chǎng)地內(nèi)不存在可液化土層，但地基土屬軟弱土，為于抗震不利地段。造紙車間采用鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)，框架柱軸力大，為保證設(shè)備正常運(yùn)行，有效地克服不均勻沉降的問題，以及考慮安全和經(jīng)濟(jì)因素，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際狀況，基礎(chǔ)形式采用預(yù)應(yīng)力管樁。主樓部分樁的布置根據(jù)荷載分布情況布置，承臺(tái)按樁沖切要求確定厚度，承臺(tái)厚度為1200mm，樁頂標(biāo)高為-2.3m，伸入承臺(tái)100mm。
3.框排架結(jié)構(gòu)體系
排架體系常用于高大空曠的單層建筑物如工業(yè)廠房、飛機(jī)庫(kù)和影劇院的觀眾廳等。其柱頂用大型屋架或桁架連接，再覆以裝配式的屋面板，根據(jù)需要，有的排架建筑屋頂還要設(shè)置大型的天窗、有的則需沿縱向設(shè)置吊車梁。由于排架體系的房屋剛度小，重心高，需承受動(dòng)荷載，因此需要安裝柱間斜支撐和屋蓋部分的水平平斜支撐，還要在兩側(cè)山墻設(shè)置抗風(fēng)柱。
本項(xiàng)目中：（1）生產(chǎn)車間主跨設(shè)2臺(tái)雙梁橋式起重機(jī)，最大起重量70t（35t+70t+35t）/60t（30t+30t+5t），工作級(jí)別A6/A5。主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)形式，主跨38米，兩側(cè)各設(shè)10米+6米偏跨，偏跨均為二層，偏跨屋面采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，主跨屋面采用輕鋼結(jié)構(gòu)。（2）在工藝布置中設(shè)有流水線大型設(shè)備，布置要求較復(fù)雜。復(fù)卷設(shè)備正常工作時(shí)以2200 r/min速度運(yùn)轉(zhuǎn)，之后再通過鏈板機(jī)傳送至成品庫(kù)工段。復(fù)卷設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于設(shè)備會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，對(duì)設(shè)備基礎(chǔ)有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，復(fù)卷設(shè)備剎車停止時(shí)也給基礎(chǔ)很大的慣性力矩。因此在結(jié)構(gòu)處理上，該工段設(shè)備基礎(chǔ)之間要避免共振相互影響，采取從基礎(chǔ)完全脫開形式。為避免復(fù)卷設(shè)備振動(dòng)的影響，減小不均勻沉降，將基礎(chǔ)做成樁筏形基礎(chǔ)，提高整體剛度。（3）根據(jù)工藝要求，吊車軌頂標(biāo)高：19.600m，柱頂標(biāo)高：23.200m，牛腿頂標(biāo)高：18.430m，吊車梁采用鋼結(jié)構(gòu)，配制動(dòng)桁架。（4）屋面以鋼梁、檁條、系桿、支撐等組成的輕鋼結(jié)構(gòu)。廠房橫向由鋼梁承受豎向恒載、活載、風(fēng)載；廠房縱向由排架柱、連系梁組成結(jié)構(gòu)體系，承受縱向水平荷載（吊車縱向水平剎車力、縱向風(fēng)荷載、縱向地震力）。屋面為壓型鋼板；檁條為薄壁卷邊Z型鋼。（5）根據(jù)本工程情況屋面鋼梁與柱鉸接，鋼結(jié)構(gòu)分析及截面驗(yàn)算主要依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》設(shè)計(jì)。
4. 排架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)
這里是對(duì)工藝設(shè)備荷載進(jìn)行簡(jiǎn)化，用SATWE進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求，采取適當(dāng)構(gòu)造措施使整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。
4.1主要荷載
�。�1）樓面活荷載：電纜夾層4.0kN/m2；配電室10.0kN/m2；部分工段7.5m高主樓層樓面荷載25.0kN/m2； （2）基本風(fēng)壓0.55kN/m2 ，地面粗糙度為B類； （3）基本雪壓：0.2kN/m2；（4）混凝土屋面活荷載：上人屋面（考慮設(shè)備安裝荷載）15.0kN/m2，不上人屋面0.5 kN/m2；（5）輕型鋼結(jié)構(gòu)屋面活荷載：屋面板及檁條0.5 kN/m2， 屋面鋼梁及剛架0.3 kN/m2，并按集中荷載考慮屋面通風(fēng)設(shè)備基礎(chǔ)。
4.2混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算
結(jié)構(gòu)整體計(jì)算采用SATWE軟件，需要注意的幾點(diǎn)：（1）在PMCAD中建模時(shí)需注意樓面設(shè)備基礎(chǔ)下應(yīng)設(shè)置主、次梁承托，當(dāng)設(shè)備基礎(chǔ)平面尺寸較大時(shí)，可設(shè)置多道；模型中輸入的缺口梁高度為缺口部位的凈尺寸。（2）在SATWE中輸入設(shè)計(jì)參數(shù)，需要注意的是勾選按單偏壓計(jì)算，以及“考慮雙向地震”，計(jì)算振型個(gè)數(shù)根據(jù)工況調(diào)整等。（3）在“特殊構(gòu)件補(bǔ)充定義”中點(diǎn)取角柱，對(duì)一些特殊梁進(jìn)行鉸接處理。（4）SATWE計(jì)算分析結(jié)果，當(dāng)“周期 振型 地震力”中有地震作用最大的方向結(jié)果≥±15度時(shí)，需調(diào)整“總信息”中的“水平力與整體坐標(biāo)夾角”重新計(jì)算。
框排架柱的下部框架的結(jié)構(gòu)位移計(jì)算中，僅在計(jì)算位移、周期等控制參數(shù)時(shí)，選擇“剛性樓板假定”計(jì)算，以滿足規(guī)范要求的計(jì)算條件；但應(yīng)以彈性樓板假定進(jìn)行配筋及其他分析。多遇地震作用下二層X、Y方向最大值層間位移角應(yīng)滿足《抗震規(guī)范》5.5.1條≤1/550的要求，罕遇地震作用下一層X、Y方向最大值層間位移角應(yīng)滿足《抗震規(guī)范》5.5.5條≤1/50的要求。
由于工藝設(shè)備的分布特點(diǎn)，造成結(jié)構(gòu)的剛度和荷載分布不均勻。為了減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響，需進(jìn)行調(diào)整使結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件的布局均勻?qū)ΨQ，同時(shí)增加結(jié)構(gòu)周邊的剛度，如增大周邊梁的高度、樓板的厚度等。
4.3屋面鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算
屋面水平支撐在每個(gè)溫度區(qū)段或分期建設(shè)的區(qū)段中，應(yīng)分別設(shè)置能獨(dú)立構(gòu)成空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的支撐體系。屋面橫向支撐設(shè)在端部的第一跨和最后一跨，為保證屋面鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定，在剛架的轉(zhuǎn)折處如邊柱柱頂、屋脊，沿房屋全長(zhǎng)設(shè)置剛性系桿。計(jì)算時(shí)應(yīng)同時(shí)計(jì)算剛性系桿的穩(wěn)定和長(zhǎng)細(xì)比。
屋面剛梁的計(jì)算采用PKPM系列軟件中的STS程序，需要注意的幾點(diǎn)：（1）選取一榀鋼梁輸入計(jì)算數(shù)據(jù)及相關(guān)參數(shù)。應(yīng)根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》輸入設(shè)計(jì)控制參數(shù)：a.受壓構(gòu)件的容許長(zhǎng)細(xì)比：200；b.受拉構(gòu)件的容許長(zhǎng)細(xì)比：400；c.鋼梁的撓度允許值：l/400，考慮以鋼梁恒載作用下的變形值起拱。（2）選擇桿件截面類型。由于屋面坡度要求1/15，考慮運(yùn)輸、吊裝、經(jīng)濟(jì)等因素一般要求斜梁構(gòu)件長(zhǎng)度在9m～12m之間，斜梁應(yīng)分段采用摩擦型高強(qiáng)螺栓拼接，拼接點(diǎn)盡量設(shè)在彎矩較小處，并避開頂部檁條及腹部支撐位置。梁端設(shè)置為鉸接。（3）檢驗(yàn)計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行截面優(yōu)化，直至構(gòu)件的強(qiáng)度、平面內(nèi)穩(wěn)定性、平面外穩(wěn)定性、長(zhǎng)細(xì)比、寬厚比均滿足，且各段應(yīng)力比較接近為宜。
5.結(jié)語
排架由屋架（或屋面梁）、柱和基礎(chǔ)組成，柱與屋架鉸接，與基礎(chǔ)剛接。工業(yè)生產(chǎn)車間是比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，在設(shè)計(jì)和施工中存在諸多難點(diǎn)。通過專業(yè)之間協(xié)作配合，解決由生產(chǎn)功能分區(qū)造成的剛度不均勻、振動(dòng)等問題；結(jié)構(gòu)在頻遇地震下處于彈性狀態(tài)，具有良好的抗震性能。局部頂層結(jié)構(gòu)與夾層結(jié)構(gòu)剛度比較小，采用適當(dāng)構(gòu)造措施加強(qiáng)處理，對(duì)樓面上設(shè)備基礎(chǔ)采取輕量化設(shè)計(jì)，減輕自重，提高整體抗震性能。
