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沈阳建筑门窗有限公司塑钢门窗组装车间及附属用房钢结构设计分析

作者：晏行宽等    
时间：2009-12-22 20:26:10 [收藏]
沈阳建筑门窗有限公司塑钢门窗组装车间及附属用房为结构复杂多层钢结构建筑，结构体系采用钢框架-支撑结构，轻型彩钢板复合屋面。本文介绍结构方案、整体分析、梁柱连接节点等设计的相关问题。
    关健词：结构体系 钢结构 轻型彩钢板复合屋面

    一.工程概况
    沈阳建筑门窗有限公司塑钢门窗组装车间及附属用房为沈阳市东陵区最大钢结构项目，建筑平面呈不等边且不规则多边形，总建筑面积为78360m2。根据建筑需要，厂房内部不允许设计钢支撑，仅建筑外围可设钢支撑，故整体结构基本采用钢框架结构，由部分需要设置钢支撑；楼盖采用焊接H型钢+压型钢板组合楼板，屋盖采用C型钢+双层压型彩板内填充200厚离心超细玻璃丝棉卷毡，外墙采用C型钢+双层压型彩板内填充200厚离心超细玻璃丝棉卷毡。车间内设三部自动扶梯，四部垂直电梯。
    二.结构设计方案
    （1） 建筑平面呈不等边且不规则多边形，详见图一，大头宽192.5m，小头宽87.1m，长度为226.1m，并在长度方向110m左右设置一道变形缝，此次重点介绍变形缝以下部分结构设计，底层柱网主要采用9m*9m，部分采用13m*9m；顶层由于是轻型屋面，为了更经济，采取抽柱处理，柱网主要采用18m*9m。
    （2） 根据建筑需要，屋面高度不在同一面，导致屋面复杂，也使整个结构体型复杂，见附图二。
    （3） 变形缝以下一层围护大面积采用玻璃厨窗，不宜设置柱间支撑，故结构采用钢框架结构体系， H型钢柱，楼面H型钢梁，屋面H型钢梁（部分采用变截面H型钢梁）。
    （4） 楼盖采用焊接H型钢+压型钢板组合楼板，楼板总厚度为140mm；屋盖采用C型钢+双层压型彩板内填充200厚离心超细玻璃丝棉卷毡。
    （5） 根据建筑体系及排水特点，取典型横向剖面刚架如图三所示，主要跨度在9m，仅支承二层楼面柱为H300X280X8X14；二层处下层柱为H400X280X10X14，上层柱为H400X250X6X10；三层处下层柱为H400X390X10X18，上层柱为H400X250X6X10；楼面梁为H800X220X8X14，屋面梁分别为H（700~400）X220X6X12、H400X180X5X8、H（400~700）X220X6X12。
    （6） 根据体系及排水特点，取典型纵向剖面刚架如图四所示，左边第一跨为13m，两边柱为H500X450X16X25，楼面梁为H1100X250X10X18，屋面梁为H580X180X8X10，其它跨均为9m，下层柱为H400X390X10X18，上层柱为H400X250X6X10；楼面梁二层为H500X180X8X10，三层为H750X220X8X14，屋面梁为H250X180X5X8。


    （7） H型截面柱的布置：由于H型截面强弱轴方向的截面特性差别轻大，所以截面强弱轴方向的布置对截面能否充份发挥起至关重要的作用，决定此结构设计是否经济合理；根据附图三可知，H型截面柱强轴应在纸的平面内，根据附图四可知，左边第一跨两个H型截面柱强轴在纸的平面内，结合附图三其它H型截面柱强轴垂直纸的平面；按上面布置H型截面柱时抗震整体性控制比所有H型截面柱强轴均为同一方向要好。
    （8） 部分钢柱采用钢管柱：如附图五中几个不同角度梁相交处柱采用钢管柱时加工及定位会带来极大方便，比H型柱受力更合理，比箱型柱更经济，梁柱连接节点设计更方便，结合上述优点与此相同处均采用钢管柱。
    （9） 材料：
    混凝土强度等级：组合楼板为C30。
    钢材：
    a.钢筋：直径<12mm为HPB235，12mm<=直径<=18mm为HRB335。
    b.钢构件材质：所有主梁及柱均为焊接H型钢，钢号为Q345B；次梁为焊接H型钢，钢号为Q235B；其它次结构Q235。
    c.楼承板：最小屈服强度为300Mpa，肋高51mm，压型钢板厚度为1.0mm；由于此楼承板在施工阶段不满足要求，而在跨中设一支撑能满足要求，故在施工时需在跨中设置临时支撑。
    三.计算分析
    （1） 结构计算模型和分析程序：
    本工程由于结构体型变化复杂，错层较多，因此采用了PKPM系列中STS及PMSAP（复杂空间结构分析与设计软件）进行计算分析，楼板分别采用刚性和弹性假定进行计算，以考虑结构分析的正确性。
    （2） 设计参数

    （3） 弹性分析结果
    结构采用PKPM钢结构软件STS（PMSAP）程序，按刚性楼板计算，主要计算结果见表一：

    四.钢结构连接节点设计
    本工程节点类型主要可归并为以下两大类型：
    （一） H型梁与H型柱连接节点；
    （1） 楼面采用栓焊连接节点，采用柱贯通型，梁翼缘与柱采用坡口全熔透焊接连接，梁腹板与柱采用摩擦型高强螺栓连接，并应满足相关构造规定，如图a所示。
    （2） 屋面连接节点结合施工方便，采用高强度螺栓端板连接，如图b所示。
    （二） H型梁与钢管柱连接节点；
    楼面及屋面采用栓焊连接节点，采用柱贯通型，梁翼缘与柱采用坡口全熔透焊接连接，梁腹板与柱采用摩擦型高强螺栓连接，在柱外梁翼板位置设外加强环板，环板与柱采用坡口全熔透焊缝连接，环板的厚度和宽度通过计算确定，并应满足相关构造规定，如图c、d所示。

    五.结构用钢量
    通过计算，上部结构总设计用钢量为13935T。单位用钢量为177.8kg/m2。
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