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沈陽建筑門窗有限公司塑鋼門窗組裝車間及附屬用房鋼結構設計分析

作者：晏行寬等    
時間：2009-12-22 20:26:10 [收藏]
沈陽建筑門窗有限公司塑鋼門窗組裝車間及附屬用房為結構復雜多層鋼結構建筑，結構體系采用鋼框架-支撐結構，輕型彩鋼板復合屋面。本文介紹結構方案、整體分析、梁柱連接節點等設計的相關問題。
    關健詞：結構體系 鋼結構 輕型彩鋼板復合屋面

    一.工程概況
    沈陽建筑門窗有限公司塑鋼門窗組裝車間及附屬用房為沈陽市東陵區最大鋼結構項目，建筑平面呈不等邊且不規則多邊形，總建筑面積為78360m2。根據建筑需要，廠房內部不允許設計鋼支撐，僅建筑外圍可設鋼支撐，故整體結構基本采用鋼框架結構，由部分需要設置鋼支撐；樓蓋采用焊接H型鋼+壓型鋼板組合樓板，屋蓋采用C型鋼+雙層壓型彩板內填充200厚離心超細玻璃絲棉卷氈，外墻采用C型鋼+雙層壓型彩板內填充200厚離心超細玻璃絲棉卷氈。車間內設三部自動扶梯，四部垂直電梯。
    二.結構設計方案
    （1） 建筑平面呈不等邊且不規則多邊形，詳見圖一，大頭寬192.5m，小頭寬87.1m，長度為226.1m，并在長度方向110m左右設置一道變形縫，此次重點介紹變形縫以下部分結構設計，底層柱網主要采用9m*9m，部分采用13m*9m；頂層由于是輕型屋面，為了更經濟，采取抽柱處理，柱網主要采用18m*9m。
    （2） 根據建筑需要，屋面高度不在同一面，導致屋面復雜，也使整個結構體型復雜，見附圖二。
    （3） 變形縫以下一層圍護大面積采用玻璃廚窗，不宜設置柱間支撐，故結構采用鋼框架結構體系， H型鋼柱，樓面H型鋼梁，屋面H型鋼梁（部分采用變截面H型鋼梁）。
    （4） 樓蓋采用焊接H型鋼+壓型鋼板組合樓板，樓板總厚度為140mm；屋蓋采用C型鋼+雙層壓型彩板內填充200厚離心超細玻璃絲棉卷氈。
    （5） 根據建筑體系及排水特點，取典型橫向剖面剛架如圖三所示，主要跨度在9m，僅支承二層樓面柱為H300X280X8X14；二層處下層柱為H400X280X10X14，上層柱為H400X250X6X10；三層處下層柱為H400X390X10X18，上層柱為H400X250X6X10；樓面梁為H800X220X8X14，屋面梁分別為H（700~400）X220X6X12、H400X180X5X8、H（400~700）X220X6X12。
    （6） 根據體系及排水特點，取典型縱向剖面剛架如圖四所示，左邊第一跨為13m，兩邊柱為H500X450X16X25，樓面梁為H1100X250X10X18，屋面梁為H580X180X8X10，其它跨均為9m，下層柱為H400X390X10X18，上層柱為H400X250X6X10；樓面梁二層為H500X180X8X10，三層為H750X220X8X14，屋面梁為H250X180X5X8。


    （7） H型截面柱的布置：由于H型截面強弱軸方向的截面特性差別輕大，所以截面強弱軸方向的布置對截面能否充份發揮起至關重要的作用，決定此結構設計是否經濟合理；根據附圖三可知，H型截面柱強軸應在紙的平面內，根據附圖四可知，左邊第一跨兩個H型截面柱強軸在紙的平面內，結合附圖三其它H型截面柱強軸垂直紙的平面；按上面布置H型截面柱時抗震整體性控制比所有H型截面柱強軸均為同一方向要好。
    （8） 部分鋼柱采用鋼管柱：如附圖五中幾個不同角度梁相交處柱采用鋼管柱時加工及定位會帶來極大方便，比H型柱受力更合理，比箱型柱更經濟，梁柱連接節點設計更方便，結合上述優點與此相同處均采用鋼管柱。
    （9） 材料：
    混凝土強度等級：組合樓板為C30。
    鋼材：
    a.鋼筋：直徑<12mm為HPB235，12mm<=直徑<=18mm為HRB335。
    b.鋼構件材質：所有主梁及柱均為焊接H型鋼，鋼號為Q345B；次梁為焊接H型鋼，鋼號為Q235B；其它次結構Q235。
    c.樓承板：最小屈服強度為300Mpa，肋高51mm，壓型鋼板厚度為1.0mm；由于此樓承板在施工階段不滿足要求，而在跨中設一支撐能滿足要求，故在施工時需在跨中設置臨時支撐。
    三.計算分析
    （1） 結構計算模型和分析程序：
    本工程由于結構體型變化復雜，錯層較多，因此采用了PKPM系列中STS及PMSAP（復雜空間結構分析與設計軟件）進行計算分析，樓板分別采用剛性和彈性假定進行計算，以考慮結構分析的正確性。
    （2） 設計參數

    （3） 彈性分析結果
    結構采用PKPM鋼結構軟件STS（PMSAP）程序，按剛性樓板計算，主要計算結果見表一：

    四.鋼結構連接節點設計
    本工程節點類型主要可歸并為以下兩大類型：
    （一） H型梁與H型柱連接節點；
    （1） 樓面采用栓焊連接節點，采用柱貫通型，梁翼緣與柱采用坡口全熔透焊接連接，梁腹板與柱采用摩擦型高強螺栓連接，并應滿足相關構造規定，如圖a所示。
    （2） 屋面連接節點結合施工方便，采用高強度螺栓端板連接，如圖b所示。
    （二） H型梁與鋼管柱連接節點；
    樓面及屋面采用栓焊連接節點，采用柱貫通型，梁翼緣與柱采用坡口全熔透焊接連接，梁腹板與柱采用摩擦型高強螺栓連接，在柱外梁翼板位置設外加強環板，環板與柱采用坡口全熔透焊縫連接，環板的厚度和寬度通過計算確定，并應滿足相關構造規定，如圖c、d所示。

    五.結構用鋼量
    通過計算，上部結構總設計用鋼量為13935T。單位用鋼量為177.8kg/m2。
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