某厂房排架柱平面内计算分析

姜 浩 丁高龙

(中冶华天工程技术有限公司,江苏 南京 210000)

某厂房排架柱平面内计算分析

姜 浩 丁高龙

(中冶华天工程技术有限公司,江苏 南京 210000)

分别使用PKPM和SAP2000软件，对某重钢厂房排架柱结构进行了计算分析，并对比了两种软件的计算结果，指出排架柱结构设计满足规范要求，证明了该重钢厂房柱结构的安全性。

厂房，排架柱，荷载，稳定性

0 引言

单层工业厂房能提供一个大的室内空间，且厂房中一般配有水平和垂直运输工具，因此在工业建筑中得到广泛的应用。例如，重工业生产中的炼钢、铸造、装配、机修、金工，轻工业生产中的纺织等。

钢结构厂房与混凝土结构相比，具有以下优点：钢材内部组织比较均匀，接近各项同性，具有良好的弹塑性和韧性，具有较大的变形能力，使钢结构在地震时能吸收较大的地震能量，有良好的抗震性能。此外，钢结构成品尺寸准确、质量可靠，构件采用螺栓或焊接连接，施工简便，工期短[1]。

排架结构厂房由排架、屋盖系统、山墙等组成一个结构体系[2]。在静荷载或者动荷载作用下，各个排架抵抗外力时相互影响相互制约。但是由于缺乏既合理又简便的计算方法，所以一般都不考虑厂房排架的空间作用，而是取一榀排架计算[3]。不考虑排架空间作用的计算结果是偏于保守的，所以在设计中可以采用单榀排架进行计算。

1 工程概况

本厂房项目为某钢铁股份公司中小H型钢工程，本文涉及其排架的柱系统计算设计。排架分三跨分别是成排跨、精整跨和成品跨，跨度分别是24 m，27 m和30 m，总跨度81 m。排架间距12 m，室内地坪标高，柱顶标高分别是16.900 m，18.500 m，20.300 m和18.300 m。

结构设计使用年限50年，建筑安全等级为二级，建筑抗震重要性类别是丙类，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g。基本风压0.4 kN/m2，基本雪压为0.4 kN/m2，屋面活荷载0.5 kN/m2，吊车安全过道及其他过道平台活荷载2.0 kN/m2，吊车检修平台活荷载3 kN/m2。厂房钢柱钢材采用Q345-B钢，其他采用Q235-B钢。

排架柱采用单阶柱形式，上柱为H型钢，下柱采用格构柱。格构柱为双H型钢加角钢檩条形式。柱肩梁采用单臂式肩梁。柱脚采用插入式柱脚，采用CGM-1灌浆料填充密实。

2 建模计算

采用PKPM框排架模块PK交互输入与优化计算。中柱下段柱采用格构对称双组合工形600×300×12×20，截面高H=2 000，横缀条截面：L100×8，斜缀条截面：L160×100×10，缀条间距2 000。中柱上段柱采用焊接组合H形截面：1 000×500×500×14×18×18。边柱采用格构对称双组合工形500×300×11×18，截面高H=1 450，横缀条截面：L90×8，斜缀条截面：L125×80×8，缀条间距1 500。边柱上段采用焊接组合H形截面：900×400×400×12×16×16。在计算柱系统的模型中，桁架梁简化建模，采用刚性杆截面代替，并不做验算。梁与柱节点使用铰接点。

恒荷载包括平台恒荷载，吊车梁恒荷载，屋面恒荷载。恒荷载考虑了构件自重以及面层，保护层，找平层，吊顶，粉刷等重量，同时考虑了设备重量。活荷载包括吊车活荷载和屋面活荷载。根据《建筑结构荷载规范》，压型钢板屋面活荷载取0.5 kN/m2，不考虑屋面灰荷载。此外还考虑风荷载和地震荷载。

计算荷载组合包括[4]：

1)由可变荷载效应控制的组合：

S=1.2SGK+1.4SW。

S=1.2SGK+0.9×1.4[SW+(SS或SL)+SC+SD]。

2)由永久荷载效应控制的组合：

S=1.35SGK+1.4[0.6SW+0.7(SS或SL)+ψCSC+ψDSD]。

3)与地震作用组合：

S=1.2[SGK+(SS或SL)+SC+SD]+1.3γRESEhk。

式中：S——结构构件内力组合的设计值，包括组合的弯矩、轴向力和剪力设计值；

SGK——按永久荷载标准值计算的荷载效应值；

SW——按风荷载标准值计算的荷载效应值；

SS——按雪荷载标准值计算的荷载效应值；

SL——按屋面活荷载标准值计算的荷载效应值；

SC——按吊车荷载标准值计算的荷载效应值；

SD——按屋面灰荷载标准值计算的荷载效应值；

ψC——吊车荷载组合系数，本工程吊车为工作级别A1～A7的软钩吊车，所以取0.7；

ψD——积灰荷载组合系数，取0.9；

SEhk——按水平地震作用标准值计算的地震作用效应值；

γRE——承载力抗震调整系数，对于本文的排架柱计算，取0.75。

荷载分项系数取值，横载：1.2，活载：1.4，风荷载：1.4，地震：1.3，吊车：1.4。荷载组合系数取值，活载：0.7，风荷载：0.6，吊车：0.7。地震作用组合时活荷载组合系数取1.0[5]。

在验算柱截面时考虑了以下组合中的不利组合：

1)最大正弯矩+Mmax和相应的轴向力N、剪力V；

2)最大负弯矩-Mmax和相应的轴向力N、剪力V；

3)最大轴向力Nmax和相应的正弯矩+M、剪力V；

4)最大轴向力Nmax和相应的负弯矩-M、剪力V。

计算柱脚螺栓的最不利组合为：

最小轴向力Nmin和相应的最大正弯矩+Mmax(或最大负弯矩-Mmax)。

3 计算结果

排架柱计算验算结果见表1，以边柱上段为例。

表1 排架柱PKPM模型计算结果

压杆,平面内长细比λ=46.0≤[λ]=150;压杆,平面外长细比λ=48.0≤[λ]=150。

经验算，强度计算最大应力、平面内稳定计算最大应力、平面外稳定计算最大应力、腹板高厚比均满足规范要求。

4 SAP建模对比

采用SAP2000建立二维排架模型，结构构件和荷载条件与PKPM模型相同。排架柱计算结果见表2，以边柱上段为例。

表2 排架柱SAP2000模型计算结果

验算结果，强度计算最大应力、平面内稳定计算最大应力、平面外稳定计算最大应力、腹板高厚比均满足规范要求。

5 结语

1)通过PKPM模型和SAP2000模型计算，本结构设计符合规范要求，结构安全可靠。

2)PKPM模型和SAP模型计算结果相差不大。

3)对于排架柱计算，PKPM从模型建立到结果呈现都比SAP 2000更加简便易用，例如，PKPM可以自动创建格构柱，但SAP 2000要手动创建格构柱。

[1] 吴 涛.大吨位吊车重型钢结构厂房的设计与计算[D].天津：天津大学，2009(7):4-5.

[2] 古国纪，傅平均，裘宗濂,等.单层厂房整体空间作用的研究[J].清华大学学报，1973(1):1-36.

[3] 王光远.考虑空间作用时单层厂房动力及静力的计算理论[J].土木工程学报，1963(1):3-17.

[4] 汪一骏.钢结构设计手册(上册)[M].第3版.北京：中国建筑工业出版社，2004：87-88.

[5] GB 50009—2012，建筑结构荷载规范[S].

In-plane calculation and analysis of bent frame column for an industrial plant

Jiang Hao Ding Gaolong

(HuatianEngineering&TechnologyCorporation,MCC,Nanjing210000,China)

Using PKPM and SAP2000, the bent column structure of a steel plant is analyzed, and the calculation results are compared, it is pointed out that the design of bent columns can meet the requirements of specification, the security of the bent column structure is proved.

plant, bent column, load, stability

1009-6825(2017)05-0071-02

2016-12-09

姜 浩(1989- )，男，助理工程师； 丁高龙(1978- )，男，高级工程师

TU311.4

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