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        大跨度雙層吊車鋼結(jié)構(gòu)廠房的柱間支撐設(shè)計

        2019-10-12 09:18:38洪承禹安徽省施工圖審查有限公司安徽合肥230000
        安徽建筑 2019年9期
        關(guān)鍵詞:柱間槽鋼吊車

        洪承禹 (安徽省施工圖審查有限公司,安徽 合肥 230000)

        隨著國家工業(yè)化戰(zhàn)略的穩(wěn)步推進以及裝備制造業(yè)的迅猛發(fā)展,鋼結(jié)構(gòu)廠房不僅吊車噸位越來越大,而且某一跨中多臺雙層大噸位吊車并存的情況也屢見不鮮。柱間支撐作為主要受力構(gòu)件不僅保證了廠房的縱向穩(wěn)定和剛度,而且在廠房承受縱向作用力時,起著非常重要的作用。本文以某大型模鍛車間的大跨度雙層吊車鋼結(jié)構(gòu)柱間支撐為例,對柱間支撐進行了布置,并通過相應(yīng)的受力計算,分析了風(fēng)荷載、吊車荷載以及地震力對柱間支撐內(nèi)力的影響,論證了柱間支撐對廠房縱向穩(wěn)定、剛度及承受縱向作用力發(fā)揮的作用。

        1 工程概況

        某大型模鍛車間,廠房長度324m(中部設(shè)伸縮縫),寬度171m,共6跨,柱距12m,局部24m,平面圖(右)見圖1。每跨均布置吊車梁,其中第4跨共設(shè)四臺大噸位吊車:兩臺220T+50T的A7級吊車,軸頂標(biāo)高30.5m;兩臺300T+20T的A6級吊車,軸頂標(biāo)高19.0m;上、中、下柱截面見圖2。

        圖1 16-29軸柱及柱間支撐平面布置圖

        圖2 E軸柱截面示意圖

        2 柱間支撐的設(shè)計

        為了保證廠房的正常工作,沿廠房縱向布置了柱間支撐,根據(jù)該工程的實際情況,柱間支撐的布置遵循了以下原則[1][2]:

        ①滿足生產(chǎn)凈空及跨間通行的要求;

        ②明確合理的傳遞縱向荷載,縮短地震力及溫度應(yīng)力的傳遞路線,本工程中,為了避免溫度應(yīng)力過大,下柱支撐盡量設(shè)置在廠房單元中間區(qū)段內(nèi),不設(shè)置在廠房單元的兩端,僅在廠房兩端設(shè)置上柱支撐,用來傳遞作用于山墻上的風(fēng)荷載,另外,柱間支撐適當(dāng)均勻拉開設(shè)置有利于縮短地震作用的傳遞路線。具體布置見圖3;

        ③每個溫度區(qū)段的每一列柱均布置柱間支撐;

        ④柱間支撐的位置與屋蓋支撐位置協(xié)同考慮,使結(jié)構(gòu)形成上下共同作用的整體;

        ⑤柱的高度較大時,應(yīng)分層設(shè)置支撐。本工程由于設(shè)置了雙層吊車,第4跨均為三階柱,故設(shè)置三層柱間支撐。

        圖3 E軸線柱間支撐立面圖

        2.2 設(shè)計算例

        2.2.1 風(fēng)荷載+吊車縱向水平荷載計算:

        ①風(fēng)荷載

        基本風(fēng)壓0.45kN/m2,地面粗糙度B類。

        風(fēng)壓高度變化系數(shù):

        ±0.000~15.000,μz=1.05;

        15.000~23.000,μz=1.2;

        23.000~34.000,μz=1.38;

        34.000~42.000,μz=1.55;

        山墻墻迎風(fēng)面體型系μs=0.8;背風(fēng)面μs=-0.5。

        0m~15m:Q1=1.4×1.05×0.45=0.662kN/m2

        15m~23m:Q2=1.4×1.2×0.45=0.756kN/m2

        23m~34m:Q3=1.4×1.38×0.45=0.869kN/m2

        34m~42m:Q4=1.4×1.55×0.45=0.977kN/m2

        W1=0.8×(15+16.5)×[(42.3-34)×0.977+(34-31.53)×0.869]=258kN

        W2=0.8×315.5×[(31.53-23)×0.869+(23-22.14)×0.756]=202kN

        W3=0.8×31.5×[(22.14-15)×0.756+(15-16.14/2)×0.662]=252kN

        ②吊車縱向水平荷載(單肢計算)

        T2=2×1.4×0.1×4×610=683kN

        T3=2×1.4×0.1×4×600=672kN

        ③風(fēng)荷載+吊車縱向水平荷載

        上柱:作用于一道支撐單肢的水平內(nèi)力

        H1=258/8=3.3kN

        中柱:作用于一道支撐單肢的水平內(nèi)力

        H2=33+202/4+683/2=425kN

        下柱:作用于一道支撐單肢的水平內(nèi)力:

        H3=425×3/4+252/4+672/2=720kN

        2.2.2 地震力計算

        柱頂頂重力荷載代表G=恒荷載+0.5×活荷載=0.4+0.5×0.5=0.65kN/m2

        F=0.65×167×(15+16.5)=3419kN

        吊車空載引起的水平力:

        各質(zhì)點水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值:F1=(G1H1/GjHj)FEK

        F1=(168100/618791)×768=209kN

        F2=(272910/618791)×768=339kN

        F3=(177781/618791)×768=221kN

        小車:3×290kN,大車:3×610kN

        31m:小車:910kN,1550kN,350kN,80kN

        大車:1710kN,2430kN,700kN,320kN

        P1-910+1550+350+80-(1710+2430+700+320)/2-5470kN。

        19m:小車:1420×2kN,160kN

        大車:1760×2kN,460kN

        P2=1420×2+160+(1760×2+460)/2=4990kN。

        柱自重:上柱GS=37×15=555kN

        中柱GZ=78×15=1170kN

        下柱GX=198×15=2970kN。

        吊車梁自重:31m:D1=14×1.3×(84+51)=2457kN

        19m:D2=14×1.3×85=1547kN。

        結(jié)構(gòu)總水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值:

        Geq=0.85×(3419+5470+4990+555+1170+2970+2457+1547)=1919kN。

        FEK=α1Geq=0.04×19191=768kN

        上柱:作用于一道支撐單肢的水平內(nèi)力

        H1=1.3×209/8=34kN

        中柱:作用于一道支撐單肢的水平內(nèi)力

        H2=1.3×(34+339/4)=154kN

        下柱:作用于一道支撐單肢的水平內(nèi)力

        H3=1.3×(154×5/4+221/4)=322kN

        2.2.3 12m跨支撐截面選擇與計算

        ①ZCE-1上柱十字形支撐,平面內(nèi)計算長度l1=8000mm,cosα2=0.72;

        受拉桿件控制長細比350

        上柱:作用于一道支撐單肢的水平內(nèi)力

        H1=1.3×209/8=34kN;N=H1/cosα2=34/0.72=47kN

        采用單槽鋼組成的雙片支撐,選用[12.6a,A=15.69cm2,ix=4.98cm

        長細比=l1/ix=8000/49.8=160<350

        47000/1569=30N/mm2<215N/mm2

        ②ZCE-2中柱十字形支撐斜長l2=16000mm,cosα2=0.8;

        一個中柱支撐單肢支撐內(nèi)力

        H2=33+202/4+683/2=425kN

        N-H1/cosα2-425/0.8-532kN

        采用單槽鋼組成的雙片支撐,選用[22a,A=31.84cm2,ix=8.67cm

        532000/3184=167N/mm2<215N/mm2;

        長細比=l1/ix=16000/2/86.7=92<200。

        ③中柱斜綴條計算:V=3184×2×215/85=16107N,N=13107/(2×0.65)=12390N

        選用O76×3.0,A=6.88cm2,i=2.58cm;b類截面,穩(wěn)定系數(shù)0.333;

        12390/688/0.333=54N/mm2<215N/mm2,長細比=l1/ix=3700/25.8/=143<200

        ④ZCE-3下柱十字形支撐斜長l3=21000mm,cosα2=0.58。

        一個下柱支撐單肢支撐內(nèi)力:

        H3=425×3/4+252/4+672/2=720kN

        N=H1/cosα2=720/0.58=1241kN

        采用單槽鋼組成的雙片支撐,選用2[22a,A=31.84×2=63.68mm2,ix=8.67cm

        1241000/6368=195N/mm2<215N/mm2

        長細比=l1/ix=21000/2/86.7=121<200。

        ⑤下柱綴條計算:V=6368×2×215/85=32214N,N=32214/(2×0.65)=24780N。

        選用O76×3.0,A=6.88cm2,i=2.58cm;b類截面,穩(wěn)定系數(shù)0.333。

        24780/688/0.333=108N/mm2<215N/mm2,長細比=l1/ix=4700/25.8=1182<200。

        3 結(jié)語

        通過以上對柱間支撐的分析和計算可以得出,風(fēng)荷載、吊車荷載以及地震力對柱間支撐內(nèi)力的影響均不可忽視。在低烈度地區(qū),風(fēng)荷載與吊車荷載的組合對柱間支撐的設(shè)計起到控制作用[3]。

        大跨度大噸位吊車廠房,柱間支撐采用單槽鋼及雙槽鋼組成的雙片支撐,在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下,既滿足了使用空間上柱間支撐須設(shè)置在柱肢翼緣內(nèi)側(cè)的要求,同時用鋼量較少,經(jīng)濟型較好。本工程竣工投產(chǎn)至今,歷經(jīng)多次極端惡劣天氣,但均未影響正常生產(chǎn),吊車行走時,剛架穩(wěn)定,未出現(xiàn)任何晃動,取得了較好的成效。

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