文档介绍：谈钢结构工业厂房设计
谈钢结构工业厂房设计
摘要:本文结合某厂房钢结构的设计实例,对其结构体系进行分析,对结构整体计算和构件设计做出了比较优化的设计。
关键词:钢结构、工业厂房、设计
中图分类号: TU391 文献标识码: A
一、前言
目前,国内普遍采用的钢筋混凝土剪力墙体系或钢结构中心支撑体系,其在强震下的抗震性能及经济性均不及钢结构偏心支撑体系。钢结构偏心支撑体系是介于纯钢框架体系和中心支撑钢框架体系之间的一种结构体系。一方面纯钢框架体系设计中不设置柱间支撑,利于平面灵活布置,且结构具有良好的延性和耗能能力,但纯框架结构较柔,弹性刚度差,在弹性阶段为控制水平侧移,其梁、柱截面往往是不经济的;另一方面,中心支撑框架体系在弹性阶段刚度大,但其延性和耗能能力较小,且在强震条件下其地震作用较大。对于偏心支撑框架体系因其设置了相应的耗能梁段,因此兼有纯框架和中心支撑框架体系的特点,在弹性阶段刚度较大,水平侧移小,而在强震中耗能梁段屈服,具有良好的延性和耗能能力,可以有效减小结构整体所受的地震作用,利于达到安全和经济的结构设计。
二、工程概况
某工业厂房位于西南某省,属于9度高烈度地震区,该钢结构主厂房采用了钢结构偏心支撑体系进行设计。厂房由主厂房和附厂房组成,跨度分别为33m,9m;柱距8m,总长48m。;,、、下弦水平支撑以及附厂房的钢筋混凝土楼板的共同作用下,整个厂房形成一个空间受力体系。主厂房采用STAAD-III空间计算软件进行计算,结构建模和输人荷载的过程与普通钢结构厂房的计算过程相同。但要注意的是,在此过程中需要初步确定偏心支撑的形式和消能梁段的长度。本工程中偏心支撑采用人字撑,消能梁段位于框架中部不与框架柱相连,这种偏心支撑形式比较适合大跨度的重型结构。
三、消能梁段的设计
消能梁段在强震中会发生屈服,从而形成塑性铰,并通过其塑性变形能力来消耗地震能量。在地震水平力作用下,消能梁段中主要内力为杆端的弯矩和剪力,因此消能梁段主要可能发生弯曲屈服和剪切屈服。消能梁段的长度对于整个结构的特性具有重要的影响,主要包括两个方面,一是对整体刚度的影响,消能梁段越长,结构越趋于纯框架,结构相对柔一些;消能梁段越短,结构越趋于中心支撑框架,结构相对刚劲一些;二是,通过实验证明,当消能梁段较长时,消能梁段在水平地震作用下将首先发生弯曲屈服,而当消能梁段较短时,消能梁段在水平地震作用下将发生剪切屈服,,消能梁段长度的取值对整个结构设计具有关键意义。由于消能梁段剪切屈服时其消能效果要优于弯曲屈服时,因此一般限制消能梁段的长度使其处于剪切屈服范围内。这时消能梁段的长度a应满足:
(1)
其中: 为消能梁段全塑性受弯承载力,为屈服剪力。
,其中为屈服强度,为梁段的塑性截面模量。
,其中为腹板截面面积。
公式(1) 给出了消能梁段的长度上限。但消能梁段也不是越短越好,因消能梁段太短相应结构的延性就比较差,其变形能力不足以起到在强震中吸收地震能量的作用,消能梁段对结构体系的有利作用就不能充分发挥。另