浅析某车间内活套钢结构平台的设计

杨媛媛

(北京钢研新冶工程设计有限公司，北京 100081)

浅析某车间内活套钢结构平台的设计

杨媛媛

(北京钢研新冶工程设计有限公司，北京 100081)

通过工程实例对同一活套钢结构平台的不同结构形式进行对比，分析出既满足安全性又能提高经济性的结构方案，从而为工业建筑的设计提供参考依据。

钢结构； 平台； 钢柱； 压杆； 强度； 稳定性

1 工程概况

某车间内需建一活套钢结构平台，平台长15.2m，宽3.45m，高27.4m。该工业平台只有顶层需要安装设备，且设备位于平台中部，通过钢丝绳连接拉动活套动梁(图1、图2)，平台两侧需要安装轨道便于活套动梁上下移动，平台无维护结构。

图1 平面

图2 剖面

2 结构方案的初定

根据工艺布置要求，该工业平台可以设置6根钢柱，考虑到该平台只有顶层需要安装设备及上人，因而仅在顶层铺设花纹钢板，其余各层梁的布置均依据轨道安装的位置来确定，并使每层同时布置横向和纵向框架梁，形成圈梁，为保证整个结构的稳定性及该工业平台的使用功能，在各相应位置均设置支撑，由于活套设备需上下移动，故除顶层外该平台跨中的钢柱间不能设置有梁。

方案一：平台设置6根钢柱，柱脚均为铰接，4根钢柱位于角部，2根钢柱位于跨中部，4根角部钢柱截面暂定为HW400×400×13×21，2根跨中部钢柱截面暂定为HM588×300×12×20。根据轨道安装位置及安装件的尺寸，平台分为7层，底层设置扶臂梁与坑壁相连，除顶层外长方向梁截面暂定为HN350×175×7×11，短方向梁截面暂定为HW250×250×9×14，顶层长方向梁截面暂定为HN700×300×13×24，顶层短方向梁截面暂定为HN400×200×8×13。长短两个方向的布置支撑，支撑均采用φ180×5的圆管(图3、图4)。

图3 方案一立面

图4 方案一侧面

方案二：平台设置4根钢柱，柱脚均为铰接，钢柱位于角部，跨中设置压杆(图5、图6)，钢柱截面暂定为HW400×400×13×21，压杆截面暂定为HW300×300×10×15，其余长短两个方向梁的截面型号、两个方向支撑的布置方式及截面型号均与方案一相同。

图5 方案二立面

图6 方案二侧面

3 结构方案的对比

从两个方案对比来看，平台结构的长宽高、所承担荷载的大小和受力位置以及层数的布置均是一致的，主要的区别在于长方向跨度中间方案一按照钢柱进行设计；方案二中，将跨中的钢柱取消，从±0.000开始至顶层梁底设置压杆，压杆位于两层梁之间。采用通用结构计算软件PKPM建模，对两种不同的方案进行计算。

方案一：在进行建模时，4根边柱的强轴朝X方向，2根中柱的强轴朝Y方向。经过计算，可以发现由于荷载集中在平台的跨中，跨中柱HM588×300×12×20强度尽管满足要求，但中柱X方向稳定应力与抗拉、抗压强度设计值的比值在首层就达到了3.36，远远超出了规范的要求，到顶层时，中柱X方向稳定应力与抗拉、抗压强度设计值的比值的最大值已经到了6.94，Y方向稳定应力与抗拉、抗压强度设计值的比值也达到了0.92，可见中柱的截面必须加大。经过多次的调整，常规的热轧H型钢已经无法满足要求，因此中柱采用焊接H型钢，截面型号为焊接H750×750×25×36，即使将中柱调整到如此大的截面，满足了强度和X、Y方向的稳定要求，但是仍旧无法满足对中柱长细比的要求。

方案二：在进行建模时，4根钢柱的布置和方案一相同仍旧是强轴朝X方向，跨中压杆布置的方向则与柱子不同，强轴朝Y方向。经过第一次计算，最上面两层跨中部位的压杆强度尽管没有超过限值，应力比最大达到0.90，但是X方向、Y方向的稳定应力与抗拉、抗压强度设计值的比值均超过了1.00，显然该压杆的截面尺寸需要加大，其余各层压杆的强度与稳定性均满足规范要求，4根钢柱在强度与稳定性上也均满足规范要求，考虑到荷载基本都在顶层，于是最上面两层的竖向压杆更换为截面为HW350×350×12×19的H型钢。进行第二次计算，由于压杆截面尺寸的变化，最上面两层跨中部位压杆的应力比有所下降，最大应力比为0.83，X方向的稳定应力与抗拉、抗压强度设计值的最大比值降到了0.,74，Y方向的稳定应力与抗拉、抗压强度设计值的最大比值也降到了0.79。

4 结构方案的确定

将方案一和方案二进行对比，由于荷载比较集中且位于跨中，不难看出方案一中中柱承担了大部分荷载，因而尽管采用了焊接H750×750×25×36如此大的截面，长细比还是不能满足要求，如果再继续增大截面尺寸，对中柱的长细比尽管能有一定的改善，但是对于整个结构来说显然是不合理的。

方案二中，同样是相同的荷载，将方案一中的中柱变化成压杆来进行计算，大部分荷载通过框架梁分配到4根角部钢柱上，由4根角部钢柱来共同承担，钢柱截面仅采用HW400×400×13×21的H型钢，其他梁、支撑的截面尺寸也没有变化，而压杆最大的也仅采用HW350×350×12×19的H型钢就能满足整个结构对强度和刚度的要求，由此可见该方案相对于方案一是更为合理的。

5 结束语

通过对该活套钢结构平台不同模型的计算，由于该结构荷载靠近中部，将中部钢柱改设为压杆，合理分配受力，不仅保证了整个活套钢结构平台的安全性，同时也充分利用了梁柱的性能，提高了整个结构的经济性。综上所述，在进行结构设计时，荷载的大小、位置影响着整个结构梁、柱的布置，对结构形式的合理性更是起着至关重要的作用，同时结构形式的合理性将直接影响结构的安全性及经济性。

杨媛媛(1980～)，女，研士研究生，工程师。

TU392.1

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[定稿日期]2016-09-18