带夹层门式刚架结构设计分析

图 3 地震作用下的结构剪力图
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作者简介: 荣杰 ( 1966- ), 男, 山西 太谷 人, 工程 师, 1991年 7月毕业于 太原工业大学工民建专业, 从事施工管理工作。
收稿日期: 2011- 02- 20 (编辑 盛晋生 )
R esearch & A pp lication of Bu ild ingM aterials
计算荷载取值均依据 CECS102: 2002 门式刚
建材技术与应用 4 /2011
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图 1 结构空间有限元模型
架轻型房屋钢结构技术规程 [ 3 ] 及 G B 50009 2001 ( 2006年版 ) 建筑 结构荷载规范 [ 4] , 屋面恒载为 0. 3 kN /m2(不包括刚架自重 ); 屋面活载为 0. 3 kN /m2; 夹层 部 分 恒 载 为 5. 0 kN /m2; 夹 层 部 分 活 载 为 2. 5 kN /m2; 风荷载基本风压为 0. 55 kN /m2, 地面粗 糙度 B类。
2 工程实例
2. 1 工程概况 某工程为一汽车展厅, 其结构形式为轻型门式
刚架, 长度 60 m, 柱距 6 m, 门式刚架跨度 26 m, 屋 面坡度 1 10。在展 厅内部局 部设有夹 层办 公结 构, 夹层部分布置在展厅长度方向的两侧, 为非对称 布置形式。结构抗震设防烈度为 7度, 设计基本地 震加速度值为 0. 10g; 设计地震分组为第一 组。场 地类别取为 类场地, 场地特征周期 0. 65 s。结构 承重构件材质选用 Q 345B 钢; 支撑、隅撑、系杆、拉 条材质为 Q 235B 钢; 檩条、墙梁采用 Q 235冷弯薄 壁型钢; 屋面、墙面材料采用压型钢板。结构空间有 限元模型如图 1所示。 2. 2 结构荷载与设计方法
局部夹层平台和满布夹层平台。 与单层工业厂房或多层民用轻钢结构相比, 这
种带夹层门式刚架轻型钢结构体系具有以下特点: ( 1)由于夹层结构往往荷载及自重较大, 不能
忽视夹层结构对整体结构的影响。这种结构形式一 般由地震作用组合控制, 设计时必须计算地震作用。
( 2)如果刚架纵、横两个方向 的总刚度和总水 平力的合力中心不重合, 质量和刚度分布明显不对 称, 则按抗震设计规范属于平面不规则结构建筑, 在 结构抗震分析时应计入双向水平地震作用下的扭转 影响。
3 地震作用反应谱响应分析结果
地震作用下弯矩和剪力的最大值见表 1, 弯矩 图和剪力图见图 2 和图 3, 地震作用下整体结构最 大侧移为 27. 46 mm。
表 1 地震作用下弯矩和剪力的最大值
项目
主体结构 门刚柱 门刚梁
夹层部分 夹层柱 夹层梁
弯矩最大值 / ( kN m ) 56. 64 33. 42 151. 10 115. 68
目前在结构设计规范中尚无明确的条文规定来规范带夹层门式刚架钢结构体系的设计问题2设计时必须根据结构的具体形式进?分析并在设计参数构件选用支撑布置及节点处?等方面采取具体措施以保证结构设计安全可靠性及经济性
文章编号: 1009- 9441( 2011) 04- 0023- 02
建筑设计
带夹层门式刚架结构设计分析
荣 杰 ( 山西八建集团有限公司, 山西 太原 030027)
摘 要: 对带夹层门式刚架钢结构体系的特性进行了总 结归
纳, 使用有限元分析软件 Sap 2000对某带夹层门式刚架汽车
展厅结构进行了实例研究, 得出对工程实际有意义的结论。
关键词: 轻型钢结构; 门式刚架, 夹层结构, 结构性能, 结构分析
1 带夹层门式刚架钢结构体系及特点
带夹层门式刚架轻型钢结构体系的夹层一般采 用组合楼板, 常 用于办公室、设备机房、活动区等。 相对于轻钢屋面来讲, 夹层的自重一般比较大, 使用 荷载也大。一般由柱、柱间支撑、主次梁及楼板、楼 梯、栏杆组成。按使用功能要求可分为办公用夹层 平台和设备操作用夹层平台。按照与主体连接关系 的不同, 平台结构还可分成与主体厂房完全分开的 独立夹层平台, 一侧与主体厂房连接、另一侧设独立 柱的夹层平台, 后一种夹层平台又可以根据与主体 厂房连接方式的不同, 分为刚接连接平台和铰接连 接平台两种。按夹层平台的布置范围划分, 可分为
根据 GB 50009 2001 ( 2006 年版 ) 建筑结构 荷载规范 [ 4 ] , 风荷载不与地震荷载同时考虑, 地震 荷载控制组合取为 1. 2( 恒载 + 0. 5活载 ) + 1. 3地 震荷载。所有结构单元均采用三维空间杆系单元, 结构模型为三维空间模型, 且不考虑压型钢板的蒙 皮效应。
O n Structure D esign of Portal - R igid Fram es w ith Interlayer
RONG Jie ( Shanx i E ighth Construction Group Co. , L td, T aiyuan, Shanx,i 030027, Ch ina) A bstract: Th is thesis first summ arizes the characters o f the sing le- story porta l fram e structure w ith interlayer, and w ith FEM softw are Sap 2000, it analyzes the structure of autom obile exh ib it ion hal,l wh ich is seen as a case. F inally it draw s usefu l conclusions for eng ineering. K ey w ords: light w eight steel structure; portal- rig id fram e; sandw ich structure; structure perform ance; structure analys56 46. 14
图 2 地震作用下的结构弯矩图
由图 2和图 3可以看出, 夹层部分是结构内力 较大、较复杂的区域, 并明显表现出钢框架结构内力 分布的特征。在该结构的实际设计过程中, 对夹层 部分安装钢框架进行结构设计, 夹层以上按轻钢门 式刚架进行设计, 符合设计规范标准, 满足工程的实 际要求。
4 结语
随着工业厂房使用功能的日趋多样化, 带夹层 门式刚架结构会越来越多地出现, 但在目前的结构 规范中, 对这种结构形式尚无明确的条文规定可循, 有待于补充完善。本文对某汽车展厅典型的夹层门 式刚架结构进行了地震反应分析, 但该体系仍需进 行更深入的研究, 尤其是结构空间效应的情况。此 外, 对同时存在吊车结构的门式刚架厂房结构, 夹层 对主体结构的影响也需要进一步研究。
( 3)对于带有较大洞口的夹层结构, 由于夹层 楼盖水平刚度存在变化, 在建立力学模型时, 需考虑 楼板的实际刚性, 按弹性板壳单元考虑。
( 4)若高度已达到多层建筑的限制值, 在设计 中不应忽视风荷载对结构的影响, 并且按照不同的 规范条文要求来进行结构设计。
( 5)为保证结构在安装和使用过程中的纵向稳 定性和安全, 传递并承受房屋纵向水平荷载, 应为刚 架提供平面外可靠支撑, 以减小刚架平面外计算长度。
参考文献:
[ 1] 李一凡, 刘福 胜, 孙勇 . 刚架 轻型 结构 房屋 的 发展 现状 [ J]. 钢结构. 2006, 21( 2): 1- 4.
[ 2] 张其林. 轻 型门 式刚 架 [ M ] . 济南: 山 东科 学 技术 出版 社, 2004.
[ 3] CECS 102: 2002, 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 [ S]. [ 4] GB 50009 2001( 2006年版 ), 建筑结 构荷载规范 [ S].
中图分类号: TU 328
文献标识码: A
引言
目前, 门式刚架轻型钢结构体系已经得到了广 泛应用。随着厂房向大型化、多功能化发展, 为了充 分利用厂房内净空, 常需要设置操作架台或者局部 设置办公夹层。当局 部夹层与主体 门式刚架连接 时, 就衍生出一种新的结构形式 带夹层门式刚 架钢结构体系 [ 1 ] 。这种结构形式既 不同于多层钢 结构, 也不同于一般的单层门式刚架工业厂房结构。 目前, 在结构设计规范中尚无明确的条文规定来规 范带夹层门式刚架钢结构体系的设计问题 [ 2] , 设计 时必须根据结构的具体形式进行分析, 并在设计参 数、构件选用、支撑布置及节点处理等方面采取具体 措施, 以保证结构设计安全、可靠性及经济性。本文 分析了带夹层门式刚架的结构特性, 结合某带夹层 门式刚架汽车展厅结构实例, 使用有限元分析软件 Sap 2000 进行地震作用反应谱响应分析, 得出了对 工程实际有意义的结论。