摘要：本文闡述了鋼結構廠房結構設計中的框排架結構，底下是框架結構、上層是排架結構的設計過程。結合實例設計過程，采用通過PKPM中的STAWE整體分析和STS二維排架設計二者結合設計，模型接近事實，整體結構要滿足《建筑抗震設計規(guī)范》中多層鋼結構的要求，同時上層的排架結構也要滿足排架要求。
關鍵字：鋼結構廠房框排架；STAWE；結構設計
中圖分類號：TU391文獻標識碼： A 文章編號：
前言
在工業(yè)廠房設計過程中，很多情況下因為使用空間和節(jié)約材料的要求，廠房要求被設計成下面是框架結構上面是排架結構或者左邊是框架結構右邊是排架結構的框排架結構。這樣的結構在設計過程中，既要滿足框架結構的要求，排架部分同時也要滿足排架結構的要求。
工程實例
2.1工程概況
某工程位于鄭州市二七區(qū)，為二層結構，底層層高15米，有15T橋式吊車，位于11米標高處，樓面活荷載5.0KN/M2,二層層高8.1米，距樓面6.0米處設置5T單梁吊車，屋面采用輕鋼屋面。跨度21米，兩跨，開間7米，共17個開間。廠房長X寬為42米X119米。除此之外，屋面從第2個開間至第16個開間還設置天窗架采光。根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2012008版）（項目為2009年設計）鄭州市二七區(qū)抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10g。房屋抗震設防類別為丙類。根據(jù)《抗震規(guī)范》第8.1.3條，房屋高度<=50m,抗震等級為四級。墻體材料+1.000米以下采用200mm厚混凝土砌塊，+1.000米以上采用壓型鋼板。
2.2結構選型
該工程二樓樓面荷載比較大，故采用組合樓板，由此底層采用框架結構，屋面是輕鋼屋面，故二樓無需采用框架結構，采用排架結構即可，所以我們的廠房結構形式采用下部框架上部排架的結構形式。兩個方向的跨度差別較大，所以剛度差別也會比較大，因此框架采用框架-支撐結構�！督ㄖ拐鹪O計規(guī)范》8.1.6條規(guī)定抗震等級四級且高度不大于50m的鋼結構宜采用中心支撐，中心支撐框架宜采用交叉支撐，支撐的軸線宜交匯于梁柱構件軸線的交點。房屋總長119米，總長大于60米且小于120米，底層框架設置兩道支撐。支撐均勻布置，布置于第5個開間和第13個開間，采用H型鋼支撐。二層排架結構，根據(jù)《抗震規(guī)范》第H.2.3條，多層鋼結構廠房的支撐布置應符合，支撐布置在同一柱間上下貫通。所以在二層排架同樣在第5開間和第13開間設置支撐，支撐順著底層布置部位設置。支撐采用L型角鋼。同時由于天窗架的設置，為了傳遞天窗架的荷載在第1開間和第17開間同樣設置屋面水平支撐和豎向支撐。
2.3柱截面選型
結構跨度21米，跨度較大，開間7米，底層層高15米，荷載又比較大，若采用焊接“工”字型鋼，很難滿足長細比要求，現(xiàn)采用焊接“十”字鋼柱。二層層高8.1米，屋面采用輕鋼屋面，荷載比較小，而且受力方面為一個方向，故采用焊接“工”字鋼。
2.4模型計算
框排架結構既要滿足框架結構的計算結果，排架結構部分同時還要滿足排架的計算結果，因此該建筑的結構模型首先在PKPM鋼結構模塊的框架三維模型與荷載輸入中建立整體模型，屋面板按照實際的剛度折減成相應的屋面厚度輸入模型中，然后用結構模塊中的STAWE整體計算。在SATWE前處理的特殊構件補充定義中，設置二層的樓面為彈性膜，這樣的模型設置更接近于事實。參數(shù)都定義好后，進行計算，整體結構要滿足《抗震規(guī)范》及《鋼結構設計規(guī)范》中的多、高層結構設計要求。二層的排架結構既要滿足框架的整體位移角要求，同時也要滿足排架的長細比，應力比等要求。所以，要另外選取不同的每一品排架用鋼結構模塊中的框排架PK交互輸入與優(yōu)化計算進行排架計算。在二維排架計算模型中，底層的梁柱采用規(guī)范是《鋼結構設計規(guī)范》，二層的梁柱采用《門式鋼架設計規(guī)范》計算。得出的結果底層的焊接“十”字型鋼柱和焊接“工”字型鋼梁按鋼框架要求，二層的焊接“工”字鋼柱和鋼梁按鋼排架要求。根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》第5.5.1多、高層鋼結構彈性層間位移角限制1/250，彈塑性層間位移角限值1/50。該項目用PKPM中的SATWE計算，最大位移角：X方向地震力作用下的樓層最大位移1/404；X雙向地震作用下的樓層最大位移1/403；Y方向地震力作用下的樓層最大位移1/392；Y雙向地震力作用下的樓層最大位移1/392。
彈塑性層間位移角在SATWE中不能直接計算出來，多遇地震影響系數(shù)最大值為0.08，罕遇地震影響系數(shù)最大值為0.5，即得罕遇地震與多遇地震的影響系數(shù)比值為6.25（0.5/0.08），根據(jù)上表能簡化得出最大的彈塑性層間位移角：X方向的樓層彈塑性最大位移1/65；Y方向的樓層彈塑性最大位移1/63。
2.5節(jié)點設計
框架部分經過STAWE整體計算后，連接STS接口，進行全樓節(jié)點連接設計。工字形梁與十字形柱剛接連接采用連接類型為：懸臂梁段與鋼柱剛性連接。梁懸臂段與柱應采用全焊接連接，梁的現(xiàn)場拼接采用翼緣焊接腹板螺栓連接。梁的拼接節(jié)點STS節(jié)點設計中會考慮設計。為了材料的節(jié)約，柱截面相對于跨度較大的框架梁來說，截面翼緣相對取得較薄，使得懸臂梁與鋼柱焊接連接的計算結果通常會不滿足結果。如：按抗震規(guī)范8.2.8條進行梁柱連接的極限承載力驗算： Mu=487.664 >1.3Mp=473.311 滿足，加強需要的蓋板厚度Tgb=6，（蓋板厚+梁翼緣厚）>柱翼緣厚！滿足設計要求！
3 結束語
框排架結構是工業(yè)廠房建筑中越來越常見的結構形式，無論是框架與排架側向連接組成的側向框排架結構廠房，還是下部為框架上部頂成為排架的豎向框排架結構廠房。框排架結構需要進行整體結構計算。同時排架也需要進行排架結構計算。整體計算框排架的所有構件都要滿足框架結構的抗震要求，側向或者頂層的排架部分要滿足排架結構的抗震要求。
參考文獻：
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