蒙古包的钢结构设计

蒙古包的钢结构设计
2019-07-30
摘要：某⽯灰⽯公司储存⽯灰⽯的钢结构蒙古包设计，采⽤了类似拱的门式刚架空间体系，运⽤3D3S软件计算。

模型受⼒明确、施⼯简单、施⼯周期⼤⼤缩短。

关键词：蒙古包；荷载；类门架；节点设计；⽀撑系统；空间体系
中图分类号： TU973+.257 ⽂献标识码： A
1. ⼯程概况
2009年，我院承担了某⽯灰⽯公司年产50万吨⽯灰⽯⽣产线的设计任务。

这个项⽬主要是⽯灰⽯的破碎、输送及储存。

⽯灰⽯经过⼀次破碎后，通过⽪带机输送⾄直径50⽶、⾼20⽶的蒙古包储存库中，通过帐篷库下的地沟输送⾄⼆次破碎、筛分车间、⼆次破碎完成后，再经⽪带输送⾄钢仓进⾏不同粒径分类储存。

蒙古包顶部有⽪带下料装置，下部是2.5⽶⾼的混凝⼟挡料墙。

2. 荷载分析
2.1 荷载取值
恒载：0.50KN/m2 ；
活载：0.50KN/m2 ；考虑活载的不利布置。

雪载：0.30KN/m2 ；活载取值为雪载标准值和活荷载的较⼤值；
风载：基本风压0.45KN/m2 ，地⾯粗糙度为B类。

地震作⽤：抗震设防烈度6度（0.05g），设计地震分组为第⼀组，建筑场地类别为Ⅱ类，场地特征周期为0.40S.
施⼯阶段与使⽤阶段的温差：±30ºC温度作⽤。

2.2 参数分析与取值
2.2.1 风荷载体型系数
体型系数0.4（迎风⾯），-0.5（背风⾯）。

2.2.2 ⾼度系数取值：1.25
2.2.3 荷载组合，门市刚架结构内⼒计算主要考虑9种荷载组合：
1）、荷载基本组合
a.1.0恒载+1.4x0.7活载;
b.1.2恒载+1.4活载;
c.1.2恒载+1.4风载.
d.1.2恒载+1.4活载+0.6x1.4风载;
e.1.2恒载+0.5x1.4活载+1.3地震荷载。

2)、荷载标准组合：
a.恒载+活载
b.恒载+风载;
c.恒载+风载+0.7活载。

d.恒载+活载+地震荷载
3.空间建模
在设计前期阶段深⼊调查研究、充分掌握第⼀性资料的基础上，对帐篷库的设计⽅案进⾏了反复⽐较，究竟采⽤什么样的模型呢？通过同事间不断讨论、反复论证，最终选择了类似拱的门式刚架与⽀撑构成的空间体系。

这个帐篷库由12个类似拱的门架通过⽀撑组成。

4.结构分析
4.1 计算软件
结构分析采⽤同济⼤学3D3S 10.1空间任意结构模块。

按照上述荷载及⼯况组合，对结构进⾏整体分析。

4.2 结构杆件参数
1）结构杆件计算长度
根据GB 50017-2003《钢结构设计规范》，横梁平⾯内计算长度系数取1.0，平⾯外计算长度取3m；柱平⾯内计算长度系数取0.7,平⾯外计算长度均取2.6m。

2）杆件长细⽐：受压构件的长细⽐不宜⼤于130（235/fy）1/2.且钢结构构件的长细⽐不宜⼤于180.
3）应⼒⽐控制：杆件应⼒⽐控制在0.85，最后结果取全刚接节点结果的包络。

4）挠度控制：梁的挠度不⼤于L/240(L为杆件长度)，结构最⼤跨度为26.5⽶；柱顶位移不⼤于柱⾼的1/240。

5）腹板⾼厚⽐不⼤于250（235/fy）1/2；
翼缘⾼厚⽐不⼤于15（235/fy）1/2；翼缘厚度⽐腹板厚度⾄少⼤2mm。

5．强度、稳定性分析
由强度、稳定性分析结果可以看出：该结构的稳定性及极限承载能⼒均满⾜要求。

6. 节点及⽀座设计
由3D3S软件进⾏结构计算后，得出基础计算⽂件，根据⽂件的⽀座反⼒，计算出基础⼤⼩。

由于帐篷库下⾯是2.5⽶⾼的圆形混凝⼟挡料墙，门式刚架的柱脚正好固定于此。

因为柱脚作⽤着较⼤的⽔平推⼒，宜将柱脚设计成刚接，其⽬的就是为了增加⼚房的整体刚度，使位移不超过允许值。

7.⽀撑系统
在类门架的钢结构房屋中，⽀撑系统是⾄关重要的。

它之间关系到整个体系的安全。

斜柱的⽀撑系统主要包括横向⽀撑、纵向⽀撑、系杆。

⽀撑系统和主体结构组成了稳定的结构体系，保证了结构的空间⼯作，提⾼整体刚度，承担和传递⽔平风荷载、地震作⽤等，将⽔平荷载传给基础。

并为钢架柱在平⾯外提供了可靠的⽀撑。

⽀撑与构件的夹⾓在30º~60º之间，最好接近45º.柱间⽀撑的形式多种多样，多为交叉形的⽀撑。

可由各种型钢制成，例如圆钢、⾓钢、H型钢、⼯字型钢及圆钢管等等。

为了便于施⼯，本图选⽤圆钢管，因为圆钢管⽀撑⽆论从受⼒性能、抗腐蚀能⼒、连接是否⽅便等⽅⾯都明显的优于其它型钢⽀撑。

⽽且从价格上来说，焊接钢管价格低廉，与普通⾓钢价格相差⽆⼏，在同等重量的前提下，圆钢管⽐⾓钢组成的⽀撑要优越的多。

8.施⼯中应该注意的问题
不论是铰接柱脚还是刚接柱脚，刚架在⽔平荷载和竖向荷载作⽤下在柱脚都产⽣⽔平反⼒，柱脚采⽤锚栓与基础连接在⼀起。

根据GB 50017-2003《钢结构设计规范》规定：”柱脚锚栓不宜⽤以承受柱脚底部的⽔平反⼒，此⽔平反⼒由底板与混凝⼟基础间的摩擦⼒（摩擦系数可取0.4）或设置抗剪键承受”。

刚架柱脚底板⽔平度差，锚栓不易铅直。

必须在刚架和⽀撑等配件安装就位，通过下部调整螺母调平，并经检测和校正尺⼨确认⽆误后，对柱脚底板和基础顶⾯之间的空隙采⽤⼆次灌浆料填实。

⼆次灌浆料通常采⽤⽐基础混凝⼟基础的强度等级提⾼⼀级的⽆收缩细⽯混凝⼟或者灌浆料。

⼆次灌浆的预留空间，对刚性柱脚⼀般为50~100mm。

9.结语
由上述分析可得，对于钢结构帐篷库，设计中应注意以下问题：
1)、确定计算模型⾮常重要，它是整个结构计算的关键。

类似拱的门式刚架空间体系，不仅为帐篷库的设计提供了⼀种新的设计思路，⽽且施⼯简单⽅便，施⼯周期⼤⼤缩短。

2）、对于空间体系来说，⽀撑系统⾮常重要。

它关系到整个体系的安全。

3）、对于库顶有上部结构的帐篷库：上部结构⼒求结构简单、受⼒明确。

传递荷载时，能够直接作⽤于下部主体受⼒结构，
做到传⼒明确。

4）、梁柱连接节点、柱与基础的连接设计要与计算模型相符，同时满⾜构造上的要求。

参考⽂献：
［1］沈世钊.⼤跨空间结构理论研究和⼯程实践. 中国⼯程科学,2001,3(3);34-41.
［2］《特种钢结构设计与施⼯》.张荣⼭著.中国建筑⼯业出版社,2004.
［3］中国⼯程建设标准化协会标准.门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（CECS 102：2002）.［4］国家标准.建筑结构荷载规范（GB 50009-2001,2006年版）
［5］国家标准.钢结构设计规范（GB 50017-2003）
［6］《钢结构设计⼿册》编辑委员会.钢结构设计⼿册（上册）.中国建筑⼯业出版社，2003。

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