范曉斌

(上海電氣集團國控環(huán)球工程有限公司，山西 太原 030000)

1 概述

廠房結(jié)構(gòu)中柱間支撐的主要作用是提供側(cè)向剛度和傳遞水平力，且當柱間支撐剛度遠遠大于廠房柱時認為水平荷載完全由柱間支撐傳遞，而且傳統(tǒng)設(shè)計中也是按照柱間支撐承受全部水平荷載來進行設(shè)計，但隨著新工藝，新技術(shù)的誕生，常常為了滿足工藝設(shè)備的大空間需求而無法設(shè)置結(jié)構(gòu)柱，這樣就會使結(jié)構(gòu)柱截面較大或者做成格構(gòu)柱，當柱的平面外剛度增大到與支撐剛度相差不大時，不考慮支撐柱分擔荷載，不僅廠房柱設(shè)計存在安全隱患，同時也會造成支撐設(shè)計的浪費，縱向溫度效應(yīng)作用明顯，而且現(xiàn)行《鋼準》[1]中溫度區(qū)段的劃分是基于支撐剛度遠大于單獨柱提出的，不能簡單套用[2]，本文以廠房縱向結(jié)構(gòu)為研究對象，對結(jié)構(gòu)在水平荷載和溫度作用下的受力性能研究分析，并通過改變柱距，構(gòu)件尺寸及支撐層數(shù)主要因素來得到支撐布置規(guī)律，尋找一些合理的支撐布置原則和方式。

2 廠房縱向結(jié)構(gòu)靜力性能分析

2.1 支撐體系柱與側(cè)向支撐剛度比確定

根據(jù)上式可以看出，柱截面不變情況下，增大支撐截面，剛度比顯著減?。槐３种谓孛娌蛔?，柱截面由小增大時，剛度比相差已不存在數(shù)量級關(guān)系；增大柱距，剛度比減?。粰M截面尺寸對剛度比影響不大，可忽略其在柱與支撐剛度比中的影響，從中可以看出，柱子、支撐截面尺寸以及柱距對柱與支撐剛度比有著直接的影響，可作為進一步研究結(jié)構(gòu)受力性能的影響因素。

2.2 基本模型建立

在實際工程中，柱子通常比較高需要設(shè)置多層支撐，同時又要考慮柱距、構(gòu)件尺寸及支撐層數(shù)等多因素分析，每種因素都要考慮各種水平不便于理論推導，為提高效率，本文利用大型有限元分析軟件Midas Gen[3]建立三層單跨模型，通過逐一改變每一因素來分析該因素對結(jié)構(gòu)性能的影響，分析數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 柱、支撐及橫桿參數(shù)化分析

從表1中分析，無支撐時，柱底彎矩和柱子剪力遠遠大于有支撐時；柱子截面增大時，柱底彎矩和柱子剪力均有所增大，增大柱間支撐截面時，水平荷載下柱底彎矩減小，而溫度荷載下內(nèi)力變化不大；柱距增大時，溫度應(yīng)力增大較多，水平荷載作用下內(nèi)力變化不大；橫桿截面改變對結(jié)構(gòu)受力性能影響不大可以忽略其影響。

2.3 柱間支撐布置對結(jié)構(gòu)靜力性能分析

2.3.1柱間支撐對稱布置

結(jié)合上述分析得到的影響因素，建立10種6列柱計算模型，其中柱間支撐布置在中間和兩端各5種，通過全面分析柱間支撐位置改變對結(jié)構(gòu)靜力性能的影響，為了更直觀觀察結(jié)構(gòu)，將柱按照從左到右依次編號，水平荷載作用下分析結(jié)果見圖2，圖3。溫度荷載作用下分析結(jié)果見圖4，圖5。

支撐布置在兩端時，水平荷載作用下柱底彎矩兩端大于中部，而溫度荷載作用下也為兩端較大；支撐設(shè)置在中間時，水平荷載作用下柱底彎矩中部較大，而溫度荷載作用下柱底彎矩兩端較大；綜合分析可知，當支撐布置在中間時，5種模型下結(jié)構(gòu)內(nèi)力、柱頂側(cè)移均大于支撐布置在兩端。

2.3.2柱間支撐不對稱布置

工程實踐中經(jīng)常遇到支撐不能對稱布置的情況，為了進一步分析柱間支撐不對稱時對結(jié)構(gòu)靜力性能的影響，再建立5個模型進行分析，結(jié)果如圖6，圖7所示。

支撐不對稱布置時，內(nèi)力分布情況與支撐對稱布置時相同，但結(jié)構(gòu)內(nèi)力、柱頂側(cè)移均大于支撐對稱布置。

3 結(jié)語

1)當結(jié)構(gòu)為滿足工藝大空間需求時，結(jié)構(gòu)柱剛度與支撐剛度相比不能簡單地忽略其作用應(yīng)充分考慮分擔水平荷載。2)支撐對稱布置時，當建筑處于高烈度設(shè)防地區(qū)或設(shè)有大噸位吊車且溫度作用效應(yīng)不大情況下建議柱間支撐布置在兩端，可以使柱子承擔的內(nèi)分布較為均勻，整體上可以減小截面達到經(jīng)濟適用的設(shè)計要求；當溫差較大而水平荷載不大時，如我國北方地區(qū)，建議柱間支撐布置在中部，同時可通過減小兩端柱截面避免端部溫度效應(yīng)過大，達到設(shè)計上受力合理的設(shè)計要求。3)支撐不對稱布置時，內(nèi)力、柱頂側(cè)移均大于支撐對稱布置，從設(shè)計角度應(yīng)在總平面布置時綜合考慮建筑平面尺寸盡量避免不合理結(jié)構(gòu)。