带夹层门式刚架厂房设计
摘要：带夹层门式刚架是由门式刚架结构和室内框架平台结构衍生而来的一种新结构形式，具有这两者的优点。
在化工工业设计中相对其它单传统结构形式具有相当明显的优势，因而深受设计方和投资方青睐，应用也越来越广泛。
由于现行设计规范中并没有对该类结构设计做出明确归定，不能完全照搬某单结构设计规范，对带夹层门式刚架结构设计方法进行梳理和研究具有定的意义。
本文结合工程实例，对带夹层门式刚架设计方法进行了阐述，对结构计算做出分析，提出部分关键设计参数控制，对结构方案优化给出了建议。
毕业论文网 关键词：带夹层；门式刚架；结构分析；结构优化 中图分类号：TU27 文献标识码：B 文章编号：1008—0422（2014）07—0207—03 1 引言 近20年来，我国钢结构工程技术有了较大的发展。
随着社会工业的不断发展，为满足工艺更具灵活性的功能布置需求，出现了一些由传统钢结构形式衍生出来的新结构形式。
带夹层门式刚架就是其中的一种，它由普通门式刚架厂房和室内框架平台有机组合而成。
2 带夹层门式刚架特点 轻型门式刚架厂房具有自重轻、跨度大、用钢量低、抗震性能好、施工周期短、基础造价低、后期工艺改造扩建方便、综合经济性好等优点。
室内框架平台具有框架结构的布置灵活性，能最大程度地满足工艺布置要求。
带夹层门式刚架是两者的有机结合汲取了两者的长处，夹层部分可以给设备管道密集型厂房腾出更多空间，夹层以上可以拥有大空间布置大跨度吊车，充分利用厂房内净空，为生产操作提供便利，见图1和图2。
3 带夹层门式刚架设计分析 3.1 工程概况 本工程为湖南某化工磷矿选矿工业主厂房，双跨双坡带夹层门式刚架结构，刚架柱脚为刚接；跨度分别为15m和12m；柱距为6m，共6x5=30m；檐口标高为10.700m；刚架材质采用Q235B钢。
见图3。
抗震设防烈度：6度，设计地震分组第一组，设计基本地震加速度0.05g。
基本风压：0.50kN/m2；基本雪压：0.70kN/m2。
轻型屋面、墙面均布恒载：0.3kN/m2。
（其中屋面板、墙面板自重：0.15kN/m2。
轻型屋面均布活载：0.5kN/m2。
厂房内设有两台梁式吊车，额定起重量均为5t； 式吊车最大轮压Pmax=35.0kN，最小轮压Pmin=5.0kN。
3.2 平面布置和方案选择 厂房A～B轴设置磨矿和B～C轴设置浮选操作平台，左侧单层门架为设备维修区无平台，方案一：磨矿、浮选设备基础支架和操作平台与厂房完全脱开，设备基础支架直接落地、厂房按门式刚架、内平台按框架设计，概念清晰明了，结构传力直接，设计工作量小。
方案二：仅设备基础支架脱开，平台与厂房刚架柱以及抗风柱铰接或刚接，平台与厂房两者结合。
由于设备和管线较多又受厂房规模、征地面积等因素限制，若按方案一布置夹层以下空间将相当拥挤；若减少一排柱子可以充分利用厂房内净空给生产操作带来较大便利，最终选择方案二。
3.3 模型建立 建模、节点设计以及结构整体计算分析采用中国建筑科学研究院编制的钢结构CAD设计软件—STS。
经多次计算分析调整优化得到最终模型见图5。
3.4 刚架和夹层设计 有观点认为局部带夹层门式钢架厂房应将夹层段和非夹层段完全脱开，以便各自按照相应规范进行设计，现实当中由于工艺布置的需求这种问题很难规避。
也有观点认为宜通过空间建模采取加强控制措施完全按钢框架设计直至达到《钢规》和《抗规》诸多相关参数指标方可，而实际工程当中即使将构件截面做到很大也还是很难满足，“以刚克刚”并不是最优解决办法。
本文认为应根据实际情况分析问题，门式刚架横向由刚架自身刚度抵抗侧移，纵向各榀刚架通过两端铰接刚性系杆传力，由柱间支撑吸收水平力将其传至基础。
夹层段和非夹层段存在较大结构差异，但夹层段与非夹层段通过两端铰接刚性系杆连接属于柔性连接，一般情况下应允许其比钢筋混凝土结构以及钢框架结构等具有更宽松的变形差异。
另外设计可以通过对夹层段加以干预，增设柱间支撑、斜撑甚至楼面水平支撑未控制夹层段的变形量，达到变形协调。
夹层段与非夹层段连接处围护结构设计宜考虑一定的伸缩变形或允许在一定烈度地震作用下有轻微变形损坏。
设计方法：建立空间整体模型；夹层部分包括平台梁、柱以及位于夹层的刚架柱部分，夹层部分按钢框架设计，构件可按照《钢规》控制；其它则类似外壳具有较明显的门式刚架受力特性属于门式刚架部分，可按原空间整体模型计算，再辅以单榀刚架计算复核，构件按《门规》控制；夹层部分还应按《抗规》控制，满足相关参数指标，夹层段宜按《抗规》控制，宜满足相关参数指标，非夹层段和夹层段组成的结构整体可适当放宽，尽量做到整体变形协调。
对于非夹层段以及门式刚架受力特性比较明显的部分，当由抗震控制结构设计时，尚应采取抗震构造措施。
另外配筋计算信息显示构件超筋时只要满足相应规范限值则可认为构件验算满足。
刚架也可以直接按传统二维建模设计但是需添加夹层梁传递的竖向力和水平力。
水平力一般较小，纵向水平力可通过就近的柱间支撑吸收，门式刚架柱所在夹层部分宜布置柱间支撑，就近吸收框架平台纵向水平力将其传至基础。
夹层内部框架平台可通过设置柱间支撑或者角撑来增加侧移刚度达到控制侧移变形。
3.5 抗风柱设计 抗风柱通常宜将下端设置成与基础铰接，柱上端设计成不承受上部刚架传递的竖向荷载，只承受风荷载和压型钢板山墙重力荷载。
一般情况后者荷载很小基本可以忽略，因而抗风柱实际与梁的受力特性相似，属压弯构件或纯弯构件，可按相关梁的控制参数设计，宜满足受压构件长细比限值。
这样抗风柱截面可以做到很经济。
因为剪力和竖向力较小又无弯矩，抗风柱基础也可以做的比较轻巧。
夹层段设置在端部时，平台梁与抗风柱宜铰接，夹层荷载较大时抗风柱与基础宜设置成刚接，横向宜设置抗风柱间支撑。
3.6 优化设计 对于结构整体而言，土建专业宜早参与方案设计，和工艺专业沟通好一起确定合理科学的建筑结构布置方案。
在工艺允许的前提下，尽量采用受力简单明确平立面规整、抗震性能好的结构方案。
大型生产设备基础或支架宜布置在一楼地面，设备基础与平台以及厂房宜脱开，尽量避免大型设备上楼面，如不能避开也可以考虑大型设备平台与厂房脱开，以利于厂房的轻型化设计。
对于结构构件而言，从安全、经济、优化设计的角度讲，刚架、抗风柱以及夹层的设计在整个厂房设计当中起决定性作用。
按以下控制参数调整构件截面可至最优化。
各控制参数见表1。
3.7 结构计算分析 电算结果钢构件验算简图中门刚柱特别是夹层以上大多显示F3超限以及长细比超限，诸 如Rx=95.1；Ry=245.7；Rmd=245.68>Rmdmax=；150.00。
这里F1表示钢构件的正截面强度验算应力，F2表示钢构件的平面内稳定验算应力，F3表示钢构件的平面外稳定验算应力。
分析得出只有平面外稳定应力以及平外长细比超限，一般情况刚性系杆对刚架柱有一定平面外支撑作用，其平面外长细比以及稳定可由设置的刚性系杆来保证，设计可结合《钢规》附录D和实际刚性系干设置情况定义平面外计算长度，再验算则较容易满足通过。
相同的道理，刚架梁以及平台框架梁也可以根据实际情况定义平面外计算长度，验算平面外稳定应力。
平台柱平面外稳定应力以及平外长细比超限时，可通过增大柱平面外刚度、增大平面外与其相连平台梁刚度、增设层间梁和柱间支撑或者考虑将柱强轴调整布置在原平面外方向以及增大柱截面等方法进行调整。
设计也可以分别抽取各榀刚架单独验算分析，读取风荷载，吊车荷载等再进行复核计算，对基础承载力、刚架梁柱的强度稳定应力比、梁挠度和柱位移等计算结果做出分析。
得出结果和空间建模分析结果基本一致。
4 结语 带夹层门式刚架结构在化工工业设计中相对其它单一结构形式具有较明显的优势，由于现行设计规范中并没有对该类结构设计做出明确归定，不能完全照搬某单一结构设计规范。
设计应结合带夹层门式刚架自身的特点，分析结构各部分受力机理，并综合考虑各部分相互作用进行整体分析，参照相关结构设计规范科学合理设计。