楊媛媛

(北京鋼研新冶工程設(shè)計(jì)有限公司，北京 100081)

淺析某車間內(nèi)活套鋼結(jié)構(gòu)平臺的設(shè)計(jì)

楊媛媛

(北京鋼研新冶工程設(shè)計(jì)有限公司，北京 100081)

通過工程實(shí)例對同一活套鋼結(jié)構(gòu)平臺的不同結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行對比，分析出既滿足安全性又能提高經(jīng)濟(jì)性的結(jié)構(gòu)方案，從而為工業(yè)建筑的設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

鋼結(jié)構(gòu)； 平臺； 鋼柱； 壓桿； 強(qiáng)度； 穩(wěn)定性

1 工程概況

某車間內(nèi)需建一活套鋼結(jié)構(gòu)平臺，平臺長15.2m，寬3.45m，高27.4m。該工業(yè)平臺只有頂層需要安裝設(shè)備，且設(shè)備位于平臺中部，通過鋼絲繩連接拉動活套動梁(圖1、圖2)，平臺兩側(cè)需要安裝軌道便于活套動梁上下移動，平臺無維護(hù)結(jié)構(gòu)。

圖1 平面

圖2 剖面

2 結(jié)構(gòu)方案的初定

根據(jù)工藝布置要求，該工業(yè)平臺可以設(shè)置6根鋼柱，考慮到該平臺只有頂層需要安裝設(shè)備及上人，因而僅在頂層鋪設(shè)花紋鋼板，其余各層梁的布置均依據(jù)軌道安裝的位置來確定，并使每層同時(shí)布置橫向和縱向框架梁，形成圈梁，為保證整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及該工業(yè)平臺的使用功能，在各相應(yīng)位置均設(shè)置支撐，由于活套設(shè)備需上下移動，故除頂層外該平臺跨中的鋼柱間不能設(shè)置有梁。

方案一：平臺設(shè)置6根鋼柱，柱腳均為鉸接，4根鋼柱位于角部，2根鋼柱位于跨中部，4根角部鋼柱截面暫定為HW400×400×13×21，2根跨中部鋼柱截面暫定為HM588×300×12×20。根據(jù)軌道安裝位置及安裝件的尺寸，平臺分為7層，底層設(shè)置扶臂梁與坑壁相連，除頂層外長方向梁截面暫定為HN350×175×7×11，短方向梁截面暫定為HW250×250×9×14，頂層長方向梁截面暫定為HN700×300×13×24，頂層短方向梁截面暫定為HN400×200×8×13。長短兩個(gè)方向的布置支撐，支撐均采用φ180×5的圓管(圖3、圖4)。

圖3 方案一立面

圖4 方案一側(cè)面

方案二：平臺設(shè)置4根鋼柱，柱腳均為鉸接，鋼柱位于角部，跨中設(shè)置壓桿(圖5、圖6)，鋼柱截面暫定為HW400×400×13×21，壓桿截面暫定為HW300×300×10×15，其余長短兩個(gè)方向梁的截面型號、兩個(gè)方向支撐的布置方式及截面型號均與方案一相同。

圖5 方案二立面

圖6 方案二側(cè)面

3 結(jié)構(gòu)方案的對比

從兩個(gè)方案對比來看，平臺結(jié)構(gòu)的長寬高、所承擔(dān)荷載的大小和受力位置以及層數(shù)的布置均是一致的，主要的區(qū)別在于長方向跨度中間方案一按照鋼柱進(jìn)行設(shè)計(jì)；方案二中，將跨中的鋼柱取消，從±0.000開始至頂層梁底設(shè)置壓桿，壓桿位于兩層梁之間。采用通用結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件PKPM建模，對兩種不同的方案進(jìn)行計(jì)算。

方案一：在進(jìn)行建模時(shí)，4根邊柱的強(qiáng)軸朝X方向，2根中柱的強(qiáng)軸朝Y方向。經(jīng)過計(jì)算，可以發(fā)現(xiàn)由于荷載集中在平臺的跨中，跨中柱HM588×300×12×20強(qiáng)度盡管滿足要求，但中柱X方向穩(wěn)定應(yīng)力與抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的比值在首層就達(dá)到了3.36，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了規(guī)范的要求，到頂層時(shí)，中柱X方向穩(wěn)定應(yīng)力與抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的比值的最大值已經(jīng)到了6.94，Y方向穩(wěn)定應(yīng)力與抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的比值也達(dá)到了0.92，可見中柱的截面必須加大。經(jīng)過多次的調(diào)整，常規(guī)的熱軋H型鋼已經(jīng)無法滿足要求，因此中柱采用焊接H型鋼，截面型號為焊接H750×750×25×36，即使將中柱調(diào)整到如此大的截面，滿足了強(qiáng)度和X、Y方向的穩(wěn)定要求，但是仍舊無法滿足對中柱長細(xì)比的要求。

方案二：在進(jìn)行建模時(shí)，4根鋼柱的布置和方案一相同仍舊是強(qiáng)軸朝X方向，跨中壓桿布置的方向則與柱子不同，強(qiáng)軸朝Y方向。經(jīng)過第一次計(jì)算，最上面兩層跨中部位的壓桿強(qiáng)度盡管沒有超過限值，應(yīng)力比最大達(dá)到0.90，但是X方向、Y方向的穩(wěn)定應(yīng)力與抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的比值均超過了1.00，顯然該壓桿的截面尺寸需要加大，其余各層壓桿的強(qiáng)度與穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求，4根鋼柱在強(qiáng)度與穩(wěn)定性上也均滿足規(guī)范要求，考慮到荷載基本都在頂層，于是最上面兩層的豎向壓桿更換為截面為HW350×350×12×19的H型鋼。進(jìn)行第二次計(jì)算，由于壓桿截面尺寸的變化，最上面兩層跨中部位壓桿的應(yīng)力比有所下降，最大應(yīng)力比為0.83，X方向的穩(wěn)定應(yīng)力與抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的最大比值降到了0.,74，Y方向的穩(wěn)定應(yīng)力與抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的最大比值也降到了0.79。

4 結(jié)構(gòu)方案的確定

將方案一和方案二進(jìn)行對比，由于荷載比較集中且位于跨中，不難看出方案一中中柱承擔(dān)了大部分荷載，因而盡管采用了焊接H750×750×25×36如此大的截面，長細(xì)比還是不能滿足要求，如果再繼續(xù)增大截面尺寸，對中柱的長細(xì)比盡管能有一定的改善，但是對于整個(gè)結(jié)構(gòu)來說顯然是不合理的。

方案二中，同樣是相同的荷載，將方案一中的中柱變化成壓桿來進(jìn)行計(jì)算，大部分荷載通過框架梁分配到4根角部鋼柱上，由4根角部鋼柱來共同承擔(dān)，鋼柱截面僅采用HW400×400×13×21的H型鋼，其他梁、支撐的截面尺寸也沒有變化，而壓桿最大的也僅采用HW350×350×12×19的H型鋼就能滿足整個(gè)結(jié)構(gòu)對強(qiáng)度和剛度的要求，由此可見該方案相對于方案一是更為合理的。

5 結(jié)束語

通過對該活套鋼結(jié)構(gòu)平臺不同模型的計(jì)算，由于該結(jié)構(gòu)荷載靠近中部，將中部鋼柱改設(shè)為壓桿，合理分配受力，不僅保證了整個(gè)活套鋼結(jié)構(gòu)平臺的安全性，同時(shí)也充分利用了梁柱的性能，提高了整個(gè)結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。綜上所述，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，荷載的大小、位置影響著整個(gè)結(jié)構(gòu)梁、柱的布置，對結(jié)構(gòu)形式的合理性更是起著至關(guān)重要的作用，同時(shí)結(jié)構(gòu)形式的合理性將直接影響結(jié)構(gòu)的安全性及經(jīng)濟(jì)性。

楊媛媛(1980～)，女，研士研究生，工程師。

TU392.1

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[定稿日期]2016-09-18