厂房排架

厂房排架（共6篇）

厂房排架 篇1

0 引言

单层排架结构的厂房是二十世纪我国工厂主要采用的结构之一，由于使用年代久远，这种厂房在使用的过程中结构性能逐渐退化，安全性问题不断显现。

近年来业内对此类结构的安全性与抗震性能进行了检测鉴定，其方法各有异同，本文结合某单层排架厂房结构检测鉴定的实例，介绍了该类工程检测鉴定的方法。

1 工程概况

某单层钢筋混凝土排架结构厂房，排架柱网轴线尺寸为6 m，柱间跨度为15 m，建筑面积1 029.1 m2。该厂房建于20世纪80年代，使用至今已有20余年，建成初期，其围护砖墙出现多条斜裂缝并不断发展，针对此情况业主曾对其地基进行了加固，并采用型钢加固了开裂墙体，墙体裂缝得到了一定的控制，但近年厂房工人反映时常可听到厂房屋面出现异常响动，并怀疑厂房主体结构已经出现变形，现场观测发现该结构墙体裂缝至今仍有发展的迹象。

厂房柱网平面布置见图1。

2 现场检测内容及结果

2.1 场地及地基基础情况调查

该工房建于沟底，建设场地为Ⅰ级非自重湿陷性黄土，地基处理采用3∶7灰土处理，条基处理深度为500 mm，每边宽处基础底300 mm，杯形基础处理深度1 000 mm，每边宽处基础400 mm，要求灰土干容重大于1.6 g/cm3。柱基础采用钢筋混凝土杯形基础，混凝土强度等级为150号，垫层用75号素混凝土。1993年曾对该厂房北侧室外散水及路面进行修整，当时中部吊车附近室外路面层出现约70 m2的凹陷，凹陷深度为30 cm。目前室外硬化地面可见通长地面开裂。

2.2 结构变形现状检测

2.2.1 排架柱变形现状检测

采用全站仪对排架柱垂直度进行检测，柱平面外倾斜量的限值H/750=10.33 mm(H=7 750 mm为柱高)，大部分柱的倾斜量已超过该限值，该部分柱子按混凝土构件评级应评为C级构件，其中16个柱子柱平面外倾斜量超过H/500=15.5 mm的限值，该部分柱子按混凝土构件变形应评为D级。整体看来，工房排架结构呈扭曲状，且柱倾斜值较大，已经对排架结构受力产生较大不利影响。

2.2.2 屋面梁构件变形现状观测

采用全站仪对该厂房内屋面梁的梁两端高差、竖向挠度进行了观测，其中每个梁构件布置3个测点。根据观测结果，该工房混凝土屋架梁的最大挠度值为1/500均未超过表中允许挠度变形限值1/450，目前屋架下挠情况不影响其正常使用。从总体观测，目前厂房屋架南端梁底标高普遍高于北端梁底标高，表现出一定的整体规律性。

2.2.3 围护墙体整体侧移观测

采用全站仪对该工房围护墙体整体侧向倾斜进行了观测。经计算，发现该结构墙体顶点最大侧移值为66.2 mm，见图2。该结构墙体倾斜量已经超过D级限值60 mm。

2.2.4 围护墙体沉降观测

采用全站仪对该工房围护墙体沉降进行了观测。观测过程以窗户过梁底面(即该结构圈梁底面)为测试水平线，由观测结果知，该结构北边墙体沉降差值较大，最大差值达到105 mm，同时相邻测点最大沉降差达到39 mm，局部沉降差值过大，见图3。

2.3 材料强度检测

2.3.1 混凝土材料强度检测

现场对排架柱结构混凝土实际强度进行检测，依据设计图纸，排架柱混凝土设计强度等级为250号。采用满足现场客观条件的回弹法检测排架结构混凝土实际强度。由检测结果知混凝土强度试验值最大为33.1 MPa，最小为26.6 MPa，回弹法测抗压强度试验结果较为均匀。由于构件碳化深度大，为使排架结构承载力校核计算结果更加安全可靠，故以本次鉴定在计算时将排架柱混凝土强度等级按C20取值。

2.3.2 围护墙砌筑砂浆强度

采用贯入法检测、评定该工房围护墙砌筑砂浆的实际抗压强度。现场在该工房内部随机共抽取6个测区，依据检测结果，该工房围护墙体砌筑砂浆的实际检测强度可评定为0.75 MPa，砂浆强度较低，砌筑质量差，部分砂浆呈粉末状。

3 结构安全性及结构抗震鉴定

依据GB 50144-2008工业建筑可靠性鉴定标准、GB 50223-2008建筑工程抗震设防分类标准、GB 50023-2009建筑抗震鉴定标准等的有关规范条文对该厂房现有结构进行鉴定。

3.1 场地、地基和基础

按地基变形观测资料或上部结构反映的检查结果对地基安全性进行评级。根据上部结构现状结果，该结构围护墙体出现与地基基础不均匀沉降有关的整体侧移，该结构地基基础安全性等级为Cu级。该结构属于8度设防时的乙类建筑，根据上部结构整体垂直度、沉降现状及墙体裂缝现状的检测结果，可判断该建筑地基基础现状无严重静载缺陷。

依据GB 50023-2009:地基主要受力层范围内不存在软弱土、饱和沙土和饱和粉土或严重不均匀土层的乙类、丙类建筑，可不进行地基基础的抗震鉴定。

3.2 上部结构鉴定

上部承重结构子单元的安全性鉴定评级，应按结构整体性和承载功能两个项目进行评定，并取其中较低的评定等级作为上部承重结构子单元的安全性等级。对乙类建筑应按设防烈度9度对结构抗震措施进行核查。

1)结构整体性的评定应根据结构布置和构造、支撑系统两个项目中的较低等级作为结构整体性的评价等级。

根据上述结构布置和构造、支撑系统两方面级评级结果，依据GB 50144-2008，上部承重结构子单元的安全性等级按构件的整体性等级评为Bu级。

2)按结构承载功能的等级进行评级。

根据现场检测结果，采用PKPM对该工房现有结构分别进行建模计算，依据《工业建筑可靠性鉴定标准》，将上部结构分为12榀框架平面计算单元，考虑到排架结构的相同性，故只选择其中的一榀框架进行计算。

对轴线(3)上的排架柱配筋进行计算，计算简图和配筋包络图分别见图4，图5;计算结果见表1，显示排架柱各个控制截面中的实际配筋面积均大于计算所得钢筋面积，即现结构排架柱可满足承载力需求。

通过PKPM输出的结果可知各节点位移，见表2。

可知结构顶点位移最大值为15.7 mm满足《工业建筑可靠性鉴定标准》规定的C级限值大于H/750。

经计算可知，一榀框架中重要构件符合承载力要求，依据《工业建筑可靠性鉴定标准》可知每榀框架的安全性等级为Bu级。但顶点侧移过大，应将上部承重结构的承载功能评级定为Cu级。

mm2

mm

3)上部结构抗震鉴定。

厂房跨度为15 m，柱距为6 m，场地类别为Ⅲ类，屋盖采用钢筋混凝土屋面梁，不符合GB 50023-2009第8.3.1条3规定的按9度设防时屋架宜为钢屋架的要求。厂房屋盖采用15 m跨度薄腹梁无檩屋盖，未在厂房单元两端设置竖向支撑，不符合GB 50023-2009第8.3.3条2规定的“8度～9度时跨度不大于15 m的薄腹梁无檩屋盖，屋架支撑系统布置和构造可仅在厂房单元两端各有竖向支撑一道”要求。

9度时屋面梁与柱子连接宜用螺栓;屋面梁端部支承垫板的厚度不宜小于16 mm,9度时柱顶预埋件的锚筋416(As=803.8 mm2)，有柱间支撑的柱子，柱顶预埋件还应有抗剪钢板;柱间支撑与柱连接点预埋件的锚件，9度宜采用角钢加端板。而该厂房屋面梁与柱子采用2根20螺栓连接，支承垫板厚度仅为8 mm，锚筋为612(As=678.2 mm2)。不符合GB 50023-2009的相关要求。

柱间支撑的有关连接部位柱顶预埋件有抗剪钢板，抗剪钢板采用螺栓连接，但螺栓锚固不紧，故厂房结构构件现有连接不符合规范要求，需采取相应的加强措施。

依据图纸可知，粘土砖围护墙(纵墙及山墙)沿柱高每隔625 mm设置26钢筋与柱拉结，不符合GB 50023-2009第8.3.7条1规定的拉筋间距不应大于500 mm的要求。

综上所述，该厂房在排架的构造与配筋、厂房结构现有的连接构件、围护结构的连接构造等方面不满足GB 50023-2009建筑抗震鉴定标准相关抗震鉴定要求，应评为结构综合抗震性能不满足抗震鉴定要求。

4 结构鉴定结论及建议

4.1 不考虑抗震设防时的结构静力安全性鉴定结论

该厂房现有结构安全性等级均评为三级，在不考虑抗震设防时的结构静力状态下，该工房不满足日常安全使用要求，需做必要的加固处理。

4.2 考虑抗震设防时的结构抗震鉴定结论

该厂房现有结构的综合抗震性能不满足抗震鉴定要求，达不到该地区设防烈度(8度0.20g)的抗震设防要求，不具备充分抵御地震灾害的功能。建议对厂房现有结构采取抗震加固措施，以提高结构抗震防灾能力，避免严重震害对生命财产造成损失。

参考文献

[1]GB50144-2008,工业建筑可靠性鉴定标准[S].

[2]GB50223-2008,建筑工程抗震设防分类标准[S].

[3]GB50023-2009,建筑抗震鉴定标准[S].

[4]GB/T50344-2004,建筑结构检测技术标准[S].

[5]JGJ8-2007,建筑变形测量规程[S].

竖向框排架厂房柱间支撑设计 篇2

新疆玛纳斯地区某石油气化工厂建设离心式空气压缩机厂房。建筑类别为乙类, 结构安全等级为二级, 设计合理使用年限为50年。主体厂房采用钢筋混凝土竖向框排架结构, 四周有轻型砌块围护结构, 抗震等级为一级。厂房操作平台以下为框架, 操作平台以上为排架, 顶层排架设置一台50 t/10 t的轻级软钩吊车。主厂房跨度24 m, 长度54 m, 柱距6 m, 操作平台相对标高8.5 m, 吊车梁牛腿标高16.6 m, 屋架下沿标高21.2 m, 采用梯形轻型钢屋架和复合压型钢板屋盖。当地场地条件较好埋深2 m以下大部分为卵石层, 天然地基承载力特征值可达到400 k Pa, 地震烈度为8度, 设计基本地震加速度值为0.2g, 场地类别为Ⅱ类。本框排架厂房不设置贮仓, 根据GB 50011—2010建筑抗震设计规范第6.1.2条及H.1.2条, 确定框架部分抗震等级为二级。

厂房剖面图如图1所示。

2 柱间支撑布置

GB 50011—2010建筑抗震设计规范第9.1.23条规定:1) 一般情况下, 应在厂房单元中部设置上、下柱间支撑, 且下柱支撑应与上柱支撑配套设置;2) 8度时, 宜在厂房单元两端增设上柱支撑;3) 柱间支撑应采用型钢, 支撑形式宜采用交叉式, 其斜杆与水平面的交角不宜大于55°;4) 下柱支撑的下节点位置和构造措施, 应保证将地震作用直接传给基础。

由于本厂房排架柱截面较大, 下柱支撑采用双肢, 两肢间用缀条连接。

GB 50011—2010建筑抗震设计规范第H.1.4条规定:1) 排架重心宜与下部结构刚度中心接近或重合;2) 楼盖应现浇, 顶层排架嵌固楼层应避免开设大洞口, 其楼板厚度不宜小于150 mm, 排架柱应竖向连续延伸至底部;3) 顶层排架设置纵向柱间支撑处, 楼盖不应设有楼梯间或开洞, 柱间支撑斜杆中心线应与连接处的梁柱中心线交汇于一点。

本工程中的压缩机厂房有自身的特殊性, 压缩机基础必须与厂房承重结构完全脱开, 以消除压缩机强烈震动对整体结构的不利影响。所以操作平台8.5 m楼面在压缩机基础处, 吊装孔处均开设大洞口。楼板开设大洞口会对楼面刚度有所影响, 所以本设计不能把8.5 m楼层作为顶层排架结构的嵌固端, 顶层排架纵向水平力通过其下框架结构传递给基础。又为了有效传递顶层排架产生的纵向力并提高底层框架纵向刚度, 在排架下柱支撑对应的框架部分增设钢支撑。柱间支撑中心线、梁柱中心线、框架钢支撑中心线在连接处应汇于一点 (见图2) 。

3 建模计算

本工程主厂房结构采用PKPM CAD-2010系列软件进行三维建模计算。。

3.1 设计信息

竖向荷载按照模拟施工1加荷计算;计算X, Y两个方向地震力;计算振型15个;地震烈度8度;场地类别Ⅱ类;设计地震分组为三组;特征周期0.45 s;基本风压0.5 k N/m2;地面粗糙度类别B类;基本雪压0.7 k N/m2;楼面活荷载4 k N/m2;楼面检修荷载15 k N/m2;活载产生总质量233 t, 恒载产生总质量2 844 t, 结构总质量3.77 t。框架柱与排架柱截面相同, 均为600×1 500;牛腿标高以上柱截面为600×500;主梁截面选用250×600, 300×600等;操作平台楼层板厚150 mm, 局部检修区板厚200 mm。采用软件SATWE模块进行计算分析, 根据计算结果对柱间支撑进行设计。

3.2 柱间支撑抵抗纵向水平力

1) 山墙传来的风荷载;2) 吊车纵向刹车荷载;3) 水平纵向地震力;4) 其他纵向力忽略不计。

3.3 计算原则

1) 所有支撑采用十字交叉支撑, 按照受拉杆计算。2) 上、下柱间支撑交叉杆件在平面内计算长度, 取节点与交叉点间的距离, L0=0.5L。3) 上柱单片支撑交叉杆件在平面外计算长度, 取节点中心间距离, L0=L。4) 双片支撑的单肢杆件在平面外计算长度, 取横向连接系杆之间的距离。5) 根据GB 50011—2010建筑抗震设计规范第9.1.23条规定, 上柱最大长细比为250, 下柱最大长细比为150。

3.4 设计计算

取中间柱间支撑计算, 纵向水平力简化为集中荷载, 分别作用于支撑跨的柱顶、牛腿标高处、操作平台楼层处。计算简图如图3所示。

根据计算软件得出支撑拉杆受力设计值:柱顶:N1=121 k N, Vb1=140 k N;牛腿标高处:N2=778 k N, Vb2=446 k N;操作平台楼层:N3=516 k N, Vb3=300 k N。

1) 排架部分下柱支撑斜杆设计。排架部分下柱支撑斜杆选用2[16a, 材质Q235B, 两肢间距700 mm;横向连系杆选用L45×4, 间距600 mm。

支撑斜杆A=2 195×2=4 390 mm2, 平面内i0=62.8×2=125.6 mm, 平面外单肢i0=18.3 mm。

平面内长细比λ=L0/i0=75.2<[150]。

平面外单肢长细比λ=L0/i0=600/18.3=33<[150]。

所以排架部分下柱支撑斜杆选用2[16a合适。

2) 排架部分上柱支撑设计。排架部分上柱支撑斜杆选用L110×8, A=1 724 mm2, 平面外i0=34 mm, 材质Q235B。

平面外长细比λ=L0/i0=191.5<[250];应力验算σ=N1/A=70 MPa<f=215 MPa。

水平杆选用2L140×90×10, A=2 230×2=4 460 mm2, i0=44.7×2=89.4 mm, 材质Q235B。

长细比λ=L0/i0=137.7<[150];应力验算σ=Vb1/A=31 MPa<f=215 MPa。

所以排架部分上柱支撑斜杆选用L110×8, 水平杆选用2L140×90×10合适。

3) 框架部分钢支撑设计。框架部分钢支撑内力计算值比排架部分的下柱支撑的内力小, 按照计算值设计钢支撑可以选择更小截面的型钢。但是为了提高框架部分的纵向刚度, 也为了更好地使排架部分下柱支撑的纵向力传递到对应的框架柱下面的基础, 我们可以适当加大框架钢支撑的截面。考虑到施工的方便, 我们选择和下柱同样截面的斜撑作为框架部分钢支撑, 即选择2[16a交叉支撑。

4) 其他构造设计。与柱间支撑相连的框架柱、排架柱的箍筋要全长加密;框架部分钢支撑的下节点设计要参考地震烈度为8度时下柱柱间支撑的设计方式, 即支撑下节点直接与基础可靠连接, 保证纵向力能够传递给基础;有支撑的框架柱柱下基础设计时应适当加强配筋。

参考文献

[1]魏明钟.钢结构[M].第2版.武汉:武汉理工大学出版社, 2002.

[2]GB 50011—2010, 建筑抗震设计规范[S].

[3]GB 50017—2003, 钢结构设计规范[S].

[4]GB 50205—2001, 钢结构工程施工质量验收规范[S].

[5]HG 20673—2005, 压缩机厂房建筑设计规范[S].

厂房排架 篇3

在建筑物的设计施工过程中, 有许多需要计算的方面。在实际的建筑过程中需要对建设过程中涉及到的建筑材料的种类、总量以及房屋造价进行计算, 这种计算主要是针对建设方而言的。而在房屋的建筑过程中, 需要对房屋的不同部分的承受力的大小以及各部分的承受力的关系进行计算, 这是施工方在施工过程中需要考虑的主要问题。本文从单层多跨混凝土排架厂房柱间支撑的计算出发, 具体地描述建筑计算的过程、步骤以及需要注意的问题等方面的内容。

1 单层厂房的构建及其作用

在单层厂房的混凝土排架结构的讨论过程中首先需要进行研究的就是单层厂房的构建部分以及各个部分在单层厂房建筑中的主要作用。由于不同的构建部分处在不同的位置, 拥有不同的造型, 因此在厂房中的作用也是各不相同。

首先要介绍的就是单层厂房构建中的屋盖结构。屋盖结构主要由三个部分构成:屋面板、托架和屋架。前者的主要作用是承受施工过程中的负荷载重、屋面本身的重量以及整个屋面板自身的重量。托架存在的意义在于对屋架的重量进行支撑, 并通过这种支撑将力传递到排架柱上, 保持屋架结构的稳定。最后一项———屋架的作用就是在屋盖中形成一个排架结构, 通过这个结构承受住来自于屋盖的全部荷载, 并通过自身的传递作用也把力传递到屋架上。

其次要进行介绍的就是柱结构。自古以来柱就在建筑物的存在中发挥着重要作用。在单层厂房建设中柱的存在形式主要是排架式, 这种排架式的柱结构通过自身的庞大的传递作用, 巨大的体积重量来承担来自水平和竖向两个方面的力。

再次, 要介绍的构建就是围护结构。围护结构是厂房存在与发展过程中不可缺少的一个部分, 这种结构也可以分为三个部分:围护墙、连系梁和圈梁。这三个部分在围护结构中发挥着不同的作用。围护墙属于整个厂房的围护掺量构建的主要组成部分, 从作用上看主要承担着自身的重量和起风时风对厂房的推力。连系梁是围护结构中最重要的组成部分, 它是连系呈纵向排列的梁柱结构的构建, 主要的作用是增强梁柱结构的纵向的刚度, 并通过多组连接将墙体需要承受的重量转移到基础结构中。围护结构中的另一个组成部分就是圈梁, 它的主要作用是加固房屋, 增加厂房的整体的刚度, 并通过自身的围护掺量使得地基受力均匀, 防止外力作用下厂房的地基出现不自觉地下沉现象, 同时对围护墙所接收到的风带来的推力进行传递递。。

接下来要介绍的就是整个房屋的支撑系统。支撑系统总的来说由两个部分组成, 这两个部分分别是屋盖支撑和柱间支撑。前者的主要作用是提升整个厂房的刚度, 并且加强屋架结构的平面以外的稳定性, 同时对风给予的推力进行传递。后者的主要功能就是增加厂房的纵向刚度的稳定程度, 这种存在于柱间的支撑结构还要承受来自于纵向的水平的负荷载重, 同时将这种承载传递到柱结构或者是基础结构。

最后要介绍的就是单层厂房中两个较为独立的组成部分。这个部分也有两个内容, 就是吊车梁和基础。前者属于吊车工作承力的一个部分, 它对吊车所接受到的水平和竖向的荷载负重进行承担, 然后将这种力传递到排架柱之上。而后者是整个房屋的承力的最终部分, 基本上是厂房所接受的承受力的收集者, 来自各个部分的承受力都通过房屋自身的传递最终进入基础, 然后传入地基进行分化。

2 厂房的刚度计算

厂房的刚度计算是厂房承受力计算中的重要组成部分, 为了方便计算过程的表示, 我们首先对计算过程中需要使用到的数据进行假设, 在这里我们将柱距设置为6 m, 并且给每一个不同的跨都设置两个吊车。

2.1 排架柱的刚度计算

排架柱的刚度计算是厂房刚度计算的首要问题, 这里需要进行介绍的就是一些主要的计算步骤和计算公式。如果在排架结构的混凝土的强度选择上确定的是C30的强度, 那么弹性模量的计算公式就可以表示为:Ec=3.0×104N/mm2=3.0×107k N/m2, 依据相关的数学计算公式来看, 排架结构中的上柱的计算模式就应该为:H1=39 m, 最后的柱高就可以确立为H2=12.6+0.5=13.1 m, 又有公式:

在这个公式中需要注意的问题是ψ的值是1.5, 因此这个柱的侧翼刚度就可以确定为1 238.69 k N/m。

2.2 柱间支撑的刚度计算

一般来说, 为了简化计算过程, 方便不同的力之间的转换, 我们通常将所有的列柱的总刚度既定为10%, 用数学公示表示就是∑Kb=10∑Kc, 那么根据前面所计算的结果, 列柱间的柱间支撑的刚度就为12 386.9 k N/m。这就是我们通过计算得到的柱间支撑的结果。

2.3 纵墙的刚度计算

在房屋的刚度计算中的最后一个组成部分就是纵墙的刚度计算, 在纵墙的刚度计算过程中需要涉及到几个不同的常量和公式。首先涉及到的常量就是气体的弹性模量的值, 用数学公式表示为Eα=1 600f=1 600×1.5×103N/mm2=2.4×106k N/m2, 根据这个数据放入公式中计算就可以得到实心砖块部分的刚度为:Kwl=Ewt (K0) i, 多肢墙的计算结果为:Kwl=Ewtms=∑1 (K0) ls, 因此列柱墙的墙肢的刚度计算的最终结果为:

3 纵向的地震力计算

在刚度计算结束以后要具体进行的计算就是房屋所需要承受的纵向的地震力的计算。在这个计算过程中需要考虑的计算主要是纵向自振的周期和重力荷载的代表值。我们根据相关公式和数据可以得到的两个值分别是:依据我们得到的这两个值可以确定的是房屋所需要承受的纵向的地震力为这两个量分别属于柱列的柱顶和牛腿部分。

4 纵向的风的推力计算

关于纵向的风的推力有一个专业的名称叫做纵向风荷载, 这个计算在《建筑结构荷载规范》中有具体的计算公式, 表示为:ωk=βz·μz·ω0=0.644 k N/m2, 通过这个公式所得到的计算结果是W1=ωk·A=130.61 k N。

5 结语

通过对相关资料的查阅和具体的计算过程的体验我们可以了解单层厂房的计算是一个相对比较精细复杂的过程。在这个过程中涉及到许许多多的不同的计算常量、计算公式等问题。在这个计算过程中最需要注意的就是能量相等的基本原理, 任何一个计算量的增加或减少在整体上来看是平衡的, 不变的, 发生变化的只是计算过程中属于各个小部分的内容。因此, 在计算过程中特别需要对整体的量和个别的量进行区分, 然后通过不同量之间的关系以及规定的公式进行仔细的推算, 最终要通过环环相扣的计算过程得到单层厂房的混凝土排架结构的柱间支撑的值。在计算过程中只要牢牢把握住严谨的态度以及精准的程序, 这样得到的计算结果就能保证准确可靠, 能够应用到实际的工程建设中。

摘要：阐述了单层厂房的构建部分及各部分在单层厂房建筑中的作用, 对单层多跨混凝土排架结构的承受力进行了计算分析, 并探讨了建筑计算过程中需注意的事项, 以实现单层多跨混凝土排架厂房建设的新发展。

关键词：单层厂房,混凝土排架结构,承受力,计算

参考文献

[1]陈昶, 薛曾通, 董伟民.试论单层厂房柱向支撑的抗震设计[J].建筑结构, 1979 (3) :9-15.

[2]郝圣旗, 秦罗生, 王一戈.单层排架厂房钢柱计算长度的取值及其在大柱距网架结构中应用[J].工业建筑, 2008 (9) :13-15.

厂房排架 篇4

某火力发电厂主厂房采用钢筋混凝土框排架结构体系(见图1),汽机房、除氧间及煤仓间顺列布置。汽机房部分为单跨排架结构,跨度18m,柱距6m,设有一台A5级20t/5t桥式吊车,轨顶标高14.000m,屋架下弦标高16.500m。除氧间及煤仓间部分为单跨6层框架-抗震墙结构,柱距9m×6m,屋面标高28.000m。单跨排架与单跨框架-抗震墙采用铰接连接形成整体框排架结构,锅炉房部分与主厂房脱开,由锅炉厂家整体设计。主厂房总建筑面积2590m2,建筑占地面积1534m2,电厂建设规模属于小型火力发电厂。

2 荷载和作用

结构设计使用年限为50a,安全等级为二级,结构重要性系数为1.0。抗震设防烈度为7度,设计地震分组为第一组,设计基本地震加速度为0.10g。场地土类别为Ⅱ类,特征周期为0.35s;建筑结构阻尼比取0.05。50a一遇的基本风压ω0=0.35k N/m2,地面粗糙度为B类。50a一遇的基本雪压s0=0.60k N/m2。屋面活荷载取0.50k N/m2。楼面活荷载根据工艺要求取值。

3 结构模型建立

火力发电厂主厂房属于行业有特殊要求的工业建筑,其抗震设计应按照有关专门规定执行。工业建筑中,一些因生产工艺要求而造成的特殊问题的抗震设计,与一般建筑工程不同,需由有关的专业标准予以规定。主厂房的结构布置应满足工艺要求及设备布置要求,并宜减轻工艺荷载和结构自重及降低建筑物的高度和重心,其质量和刚度宜均匀、对称,并不宜设置较长的悬臂结构,不宜在悬臂结构上布置重设备。主厂房框排架结构宜采用三维空间体系进行结构整体分析,并应将主厂房外侧柱、汽机房平台结构(非独立布置时)进行联解。考虑楼(屋)盖平面内的刚度,计入水平地震作用扭转的影响,必要时可选择荷载较大的代表性框架进行平面校核。主厂房钢筋混凝土单跨框排架结构体系由于工艺和设备布置的特殊要求,经常会出现楼面标高错层、平面布置不规则、纵向不等跨、竖向布置不规则,与抗震概念设计有较大出入。所以,框排架结构体系中的框架结构部分难免出现一些抗震概念设计方面的先天性薄弱环节。为避免出现超规范而使方案和施工图的审查不能通过,在本工程的建模计算和设计过程中采取了一些措施来加强结构抗震性能,以满足相关规范的要求。

本工程汽机房外侧排架柱纵向采用了框架结构,在除氧间及煤仓间相应楼层标高处均设置一道通长的框架梁,增强排架柱纵向刚度并承担外围墙砌体荷载。汽机房屋面采用有檩屋盖轻型屋面系统,屋架选用标准图《轻型屋面梯形钢屋架》,屋面檩条使用C型截面檩条,屋面板采用压型彩钢板。从历次地震的震害情况来看,轻型屋盖比重型屋盖抗震性能好,采用轻型屋盖对整体结构抗震设计有利。

本工程除氧间、煤仓间为单跨结构,《建筑抗震设计规范》[1]规定,超过24m的丙类建筑不应采用单跨框架结构。为避免施工图审查时不同的人对规范理解的不同而产生结构形式超规范,审查一票否决,本工程采用了框架—剪力墙结构。另外,在工艺布局允许的条件下采用框架—剪力墙结构,能有效加强抗侧力构件,实现“强柱弱梁”的抗震概念设计(见图2),以保证结构“大震不倒”。本工程主厂房单跨方向(横向)设置剪力墙,可以调整抗侧力构件两个方向的刚度,使两个方向的动力特性相近,尽可能减小建筑物的扭转效应。

4 计算分析

主厂房框排架结构计算分析采用中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部之SATWE(2010网络版)计算软件对结构进行三维空间整体计算分析。只考虑水平地震作用,计入扭转影响。由于本工程工艺布局的特殊要求,计算时SATWE建筑结构的总信息中出现薄弱层,标高11.000m层为结构薄弱层,该层X、Y两个方向侧向刚度,与上1层相应侧移刚度70%或上3层相应平均侧向刚度80%的比值Ratx1、Raty1均小于1。具体数据如下:

根据《建筑抗震设计规范》要求,薄弱层应进行弹塑性变形分析,本结构在罕遇地震作用下对结构薄弱层进行弹塑性变形计算,采用了弹塑性时程分析法,其层间位移角计算结果见图3所示。

在罕遇地震作用下薄弱层层间位移角能满足限值规定,实现了“大震不倒”的要求。

结构最大水平位移计算结果见表1。

注:其中θe表示最大层间位移角,Ratio表示最大位移与层平均位移比值,Ratio-D表示最大层间位移与平均层间位移比值。

考虑扭转耦联时的振动周期计算,前两周期均为平动为主的自振周期,第3周期开始出现扭转为主的自振周期。前3振型周期计算结果见表2。

考虑扭转耦联时的振动周期(秒)、X,Y方向的平动系数、扭转系数

本工程中柱轴压比控制在0.4以内,框架柱及排架柱实际配筋比计算配筋值提高5%,框架柱及排架柱全高范围内箍筋加密。

5 结论

与一般建筑工程不同,火力发电厂主厂房的结构设计不可避免地出现一些因生产工艺要求而造成的特殊问题的抗震设计。在理解和执行《建筑抗震设计规范》的同时,也要按照相关行业标准及规范进行抗震设计。如本工程所述,在工程设计中采用一些对抗震有利的结构形式及对抗震薄弱环节的加强措施,可以有效地提高结构体系的抗震性能,满足结构使用的安全性。本工程已于2012年建成并投入使用,使用状况良好。

摘要：结合某火力发电厂主厂房结构设计,介绍主厂房采用单跨框排架结构设计的基本思路,分析了主厂房钢筋砼框排架结构抗震的薄弱环节。按照国家现行设计规范结合过去工程设计经验,分析并解决在设计和工程审查中遇到的常见问题。

关键词：火力发电厂主厂房,钢筋混凝土框排架结构,抗震设计

参考文献

[1]GB50011—2010建筑抗震设计规范[S].

[2]GB50010—2010混凝土结构设计规范[S].

[3]GB50009—2012建筑结构荷载规范[S].

[4]DL5022—2012火力发电厂土建结构设计技术规程[S].

[5]GB50260—96电力设施抗震设计规范[S].

厂房排架 篇5

1 计算模型的建立

厂房结构按8度2类场地要求进行设计其平布置见图1。

考虑到结构形式的复杂性, 将原型结构进行适当的简化:a.将屋架部分简化为一轴力杆件, 并认为屋架与排架理想铰接;b.将实际结构中的结构构件简化为空间杆或壳单元, 即梁柱简化为三维空间杆单元;楼板和剪力墙简化为各向同性的三维矩形板、壳单元。将离散化的杆、壳单元, 通过梁、柱、楼板、剪力墙程序自动形成的节点进行连接, 从而生成考虑楼板平面内和平面外变形的结构整体三维有限元空间计算模型。现采用sap2000有限元程序进行该结构计算、分析。

结构第一周期1.7846s, 为带扭转的横向振动;第二周期1.6255s, 为带扭转的纵向振动;第三周期1.1552s, 为扭转振动, 振型图如图2。

2 单向水平地震力作用下结构反应

由于a列与b列是排架连接, 实际结构中起一个2道防线作用, 故选取c列和d列柱, 由程序计算在纵横向地震力作用下, 各轴线柱的位移如下表表示。

由表1~4可以看出由于纵横向刚度差值很大, 地震力对结构的影响也就相差很多。结构在受横向水平地震力时, 2轴纵向附带有很大位移, 12轴纵向位移就减小很多, 也就是结构产生了很大的扭转变形。而结构在受纵向水平地震力时, 各柱间横向位移差值相对较小。这是由于结构端部横向有一道抗震墙, 在横向地震时能消耗结构近端的地震能量所造成。这道抗震墙对纵向振动影响较小。

结构层间位移最大处是在34.7m处, 这是由于在这一层, 结构有一道2.5m高的深梁, 与其他层梁相比刚度很大。在地震力作用下, 这道梁承担了很大的剪力, 造成局部层刚度及质量与相邻层过分悬殊, 致使层间位移过大。

3 双向水平地震力作用下结构反映

对结构输入横向影响系数为1, 纵向影响系数为0.85的双向水平地震力。经sap计算, c列柱与d列柱的位移如下表。

将表5与6, 与表1~4进行对比, 可以发现:双向地震力输入时, 结构横向最大位移与横向输入地震力时, 无太大差别, 但纵向位移与结构受纵向地震力时, 有很大差值, 结构的扭转效应更明显。但对比这6个表的同时发现, 双向地震力时部分层间的位移 (采用平方和开方的方式计算) , 并不一定比单向地震力时位移大多少。这是由于结构的复杂性, 在双向力地震力时, 某一个方向的振动会对部分构件产生有利的效果。

不同的地震波对于单双向地震动输入产生的影响不同, 有可能单向输入产生的反应与双向输入没有太大区别, 也有可能产生的差别非常大。总的说来, 双向输入下结构的地震反应大于单向地震输入下结构的地震反应, 只考虑单向地震输入会带来较大误差, 偏于不安全。对于不同的结构形式, 单双向地震输入影响的程度也不同, 单向地震动输入的计算方法只适用于简单结构, 对于复杂结构其计算结果偏小, 有时可达40%以上, 对于框排架这种非规则偏心结构, 会导致更严重的不合理结果。因此, 基于安全角度考虑, 在复杂结构计算时, 有必要考虑双向地震动输入。

4 结论与建议

用sap分析单双向地震力下的框排架结构, 认为双向地震力对该种结构有较大的影响, 在设计分析时, 应考虑双向地震力的影响。

摘要：对钢筋混凝土横向框排架、纵向框架-剪力墙结构的发电厂主厂房进行单双向地震力反应分析。研究了该类结构的动力特性, 供设计时参考。

关键词：框排架,框架-剪力墙,双向地震力

参考文献

[1]刘大海, 杨翠如.厂房抗震设计[M].北京:中国建筑工业出版社, 1997:617-626.

[2]王广军.框排架厂房空间结构地震反应分析[J].工程抗震, 1995 (6) :14-19.

厂房排架 篇6

关键词：余热发电,框排架结构,楼梯,抗震设计,影响

期、刚度分布及构件内力影响较大。结构中楼梯及周边构件将承担更多的地震力,楼梯处主体结构须考虑地震影响,在抗震条件下应增强构造要求。最后提出了楼梯结构抗震设计及构造措施。

在汶川及历届地震灾害中,楼梯作为生命通道却破坏多有发生,有些甚至断裂、倒塌。这些引起了我们对以往楼梯设计方法的反思,2008年版《建筑抗震设计规范》[1]对其布置、构造等亦提出了相应的规范要求,如第3.6.6条规定:结构计算中应考虑楼梯构件的影响。余热发电项目由于是回收利用排放的烟气余热进行发电,并将电能回用于生产建设中,既节约了能源又能为企业节省生产成本,但其规模决定了发电主厂房与燃煤电厂相比其规模将更小、布局将更加紧凑、结构形式将更加的侧重于为工艺服务等。其结构布局一般为框排架结构体系,汽机间与配电室、集控室等综合布置,其结构竖向层的布置较为杂乱,存在大量的错层现象,受其功能布局限制,楼梯往往布置于框架结构侧边或转角处,这就导致了结构在抗震性能方面存在“先天性不良”。分析了余热项目发电主厂房现浇楼梯对整体框排架结构的影响,提出了此类结构楼梯的抗震设计建议。

1 楼梯参与结构整体计算的空间分析

现浇楼梯和结构主体共同形成一个空间结构受力体系,因此以往传统的楼梯设计将楼梯作为一个独立的构件,并无具体的结构设计要求,无完整的结构概念体系来考虑是不太合适的。所以,研究楼梯的地震作用及对整体结构的影响须将楼梯与主体结构作为一个整体进行分析。楼梯包括梯板、平台板、梯柱和梯梁,在设计中须强调其作为一个完整的结构概念,并参与到结构整体中进行考虑。汶川地震后,现行流行软件中大部分均有楼梯参与整体的分析功能了。设计软件要实现楼梯参与空间分析,一要操作简单,应主要采用参数化输入方式;二要计算模型自动处理功能强,无需人工干预可将楼梯构件自动网格剖分,并转换为有限元模型,楼梯板、平台板、梯梁、梯柱、楼梯间角柱、楼梯间混凝土墙、楼梯间砖墙和框架梁之间所有节点自动对应,所有构件交界处变形协调。计算结果输出应包括梯梁、梯柱、楼梯板和平台板的应力、内力和配筋。楼梯构件参与空间分析将影响结构侧向刚度、周期、位移和内力等所有计算结果。

2 实例计算及分析

2.1 楼梯结构对主体结构的影响

参照工程实例(见图1),用PKPM程序建立框排架结构模型分析楼梯地震作用及其与主体结构之间的相互影响。汽机间水平向柱子间距为6.0m,垂直向柱子间距电控室跨距为8.0m、汽机间为3个5.0m,第一层(电气间)层高为3.6m,电缆夹层层高为3.4m,集中控制室层高为4.5m,楼梯均为普通板式楼梯。基础顶标高为-2.300m,Ⅱ类场地,设防烈度为8度,第二组,设计基本地震加速度为0.20g。计算中考虑结构的非对称性引起的扭转效应,取振型数为12个,结构阻尼比为0.005,周期折减系数取0.80。表1为不输入楼梯结构和输入楼梯结构两种情况下的参数比较。图2比较了有楼梯构件与没有楼梯构件下X向和Y向地震楼层位移角。从图表可以看出,输入楼梯结构时对整个框架架结构影响较大。X向布置的梯板对结构X向和Y向均有影响,对楼梯顺跑向的影响总体说来更大,但由于框排架这种特殊结构在图示的布置中,对横向的影响亦不能较大。层2的位移角变化最明显,随层数增加影响逐渐减少。

2.2 框架梁、柱内力分析

此处仅取边跨框架进行分析,图3、图4为楼梯未参与分析与参与分析楼梯间处框架梁、柱的轴力与剪力。可见考虑了楼梯的空间作用后,在与休息平台相连的框架梁中剪力有较大幅度的增加,此例中增加了约116k N;平台处下部柱子因承担上跑梯段传来的轴力,剪力增大幅度较多,此例中增加了近140k N,轴力增加了近2.8倍。在输入楼梯参与分析之后,由于楼梯结构的空间作用使得楼梯间处的刚度增大,地震作用下水平力将与楼梯板轴力的水平分量相平衡,并且由于楼梯板坡度的缘故,相当于形成了一个斜向支撑,具有更大的刚度而造成内力的集中。同时由于框架柱计算高度减小,抗侧移刚度增大,承担了比未考虑楼梯参与情况下更大的剪力。

2.3 楼梯结构地震作用分析

从图4中可以看出,在地震的反复作用下,楼梯梯板呈现出反复受拉、压的受力状况,因此地震作用下楼梯梯板受力应为一种拉(压)弯受力构件。按照传统设计方法,楼梯只考虑垂直方向荷载将其当着一种简支构件计算,在此例中楼梯受力弯矩M=37.6k N·m,通过整体计算分析其梯板在地震作用状况下最大轴向力达到了596k N。设计钢筋采用二级钢筋,fy=300N/mm2,可以得到不考虑地震作用情况钢筋用量约为[2]:As=M/(γ×fy×h0)=936mm2;地震荷载作用下钢筋用量为:As=1 987mm2。可以看出其钢筋用量约常规设计方法用量的2.1倍,说明梯段的抗震承载力存在较大的不足,梯段的设计需要考虑整体作用效应下地震作用的影响。

3 楼梯的抗震设计建议

由上文分析可以看出,由于楼梯的存在增加了结构的刚度,参与了楼层间水平地震作用的传递过程,对框排架这种填充墙较少的结构其作用较为明显,楼梯间处框架梁、柱内力和楼梯构件内力均相应增大。因此在楼梯设计时应将其看作为一个完整的结构,可以认为是结构的一个局部结构单元,需要结合震害从概念上加以把握。在此类结构设计时建议可以采用以下措施:

1)在结构设计时应通过建立整体分析模型来确定结构与楼梯的薄弱部位及受力。

2)楼梯间周围框架结构受力均影响较大,梁内剪力提高很大,柱子形成短柱,梯板和梯梁亦不能简单的按照普通简支梁考虑。除应根据计算确定构件受力与配筋外,建议增强楼梯结构体系概念设计。

3)梯间框架梁、柱建议全(长)高加密箍筋,梯梁在跨中与端部箍筋采取加密构造,在设防烈度较高的建筑中建议全长加密。梯板增加设计厚度并纵向钢筋采用双层通长配筋,角部钢筋采用比梯板内纵筋大一个级别的钢筋,并在板垮1/3处采用类似梁的箍筋构造,以增强梯板的面外抗弯能力。

4)施工须保证梯段的连续性,施工缝的留设应位于梯板与梁的连接处,不得将其留设于板跨内。

参考文献

[1]GB50011-2001建筑抗震设计规范(2008年版)[S].