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工业厂房“塔式结构”设计及构造的心得

时间:2017-06-28 来源:林业科技情报 所属分类: 建筑设计论文 本文字数:4095字

  [摘 要] 通过近几年所设计的两个工业厂房( 内含工业高层塔) ,分析设计前后所考虑的问题并结合该工程的实际情况与相关的文献,论述了设计后的一些看法与个人的体会。
  
  [关键词] 塔式结构; 软件分析; 强柱弱梁; 塑性铰; 工程实例; 体会。
  
  本人于 2008 年和 2014 年分别在黑龙江省 ( 安达市及绥棱市) 两个地市设计乳品厂房,其中厂房中重要的核心部分就是高层塔。所谓高层塔: 指的是该建筑物的长度与宽度大致相同,且平面尺寸皆不大,高度较高,整个建筑显得细长 ( 尤其是该建筑位于整片单层厂房的一部分) ,所以在外观上更似 “塔”的形状。
  
  1 工业高层塔的特点

      它是整个钢结构厂房的一部分,但它的承重材质非 “钢结构”,而是钢筋混凝土结构,即高层框架结构体系。受工艺条件的严格制约,层高较高( 5 ~7m 左右) ; 局部楼层开洞较大,但一般皆可以控制在 30% 以内; 每层荷载分布极不均匀,而且荷载较大。
  
  2 设计计算前所要考虑的问题
   
      ( 1) 将 “塔”看成竖向弹性构件体系,控制体系的高宽比例,以保证其稳定性。
  
  ( 2) 考虑飓风和地震力所产生的双向水平侧向力。
  
  ( 3) 由于工业高层塔的自身特点 ( 各种工艺设备的形状及荷载相差较大) ,所以尽可能使该建筑平面,体型,立面刚度尽量保持对称与均匀( 可通过框架平面主次梁及柱调整刚度和传力荷载) 使结构整体不会出现薄弱环节。
  
  ( 4) 妥善处理因水平力 ( 如飓风,地震力) ,温度变化和基础沉降所带来的梁柱节点的变形要求,故在采用深基础的前提下,加大承台的埋深,保障结构的安全可靠性。
  
  ( 5) 该建筑受工艺要求繁琐; 设备管道多,具有特殊的消防,通风,排烟设置,尚需对散热,供暖及加风压进行的考虑,如此便要求合理的建筑层高,合理的布置竖向交通 ( 即确定楼梯及采用所需爬梯的位置) .
  
  3 设计过程中所要考虑的注意事项

      ( 1) 框架结构的竖向构件 - 柱,截面尺寸有限,抗侧刚度较小,在地震力作用下,其水平位移比较大,自身容易较大变形而引起结构构件的破坏。
  
  ( 2) 实现工程中的 “强柱弱梁”模式 - 某些构件进入非弹性,出现塑性铰,避免其局部的脆性破坏,通过变形以吸收和耗散震能,从而提高结构的抗倒塌能力; 但在使用 SATWE 软件计算中,其一框架梁的刚度是没有考虑现浇混凝土楼板对框架梁的 “有利约束”故梁端弯矩相应增大,但是所增加的配筋全部配置在梁内,而楼板是按自身受力单独计算配筋的; 软件计算使用时,梁的裂缝控制一般在 0. 3mm 以内的,而实际正常情况下,梁是有翼缘的,且梁在受压区是配有足够钢筋的,所以构件在现实的正常使用情况下其裂缝是不大的。以上两点均使梁配筋过大,故设计时人为弱化梁的刚度及其支座处的配筋,同时将框架梁跨中的钢筋稍增加 ( 原计算钢筋量的 1. 05 -1. 1 倍左右) ,一方面用以控制,降低梁的裂缝。另一方面使建筑体系接近 “强柱弱梁”的模式。
  
  ( 3) 此种 “塔式结构”在地震力的作用下,对建筑物的四角而言 - 角柱会产生极大的扭转并承受较大的剪力,同时也可能受到双向的弯矩作用,故应对角柱对称放大其配筋率。平面布置中,楼梯间是不应布置在首跨中的 - 避免减少楼板及梁对角柱的约束,此外除正常楼面设置框架梁之外,首跨在窗顶处设置适量的框架梁,用以减少水平力作用下,角柱在两个方向的扭转。对所有框架柱而言 -其在竖向力的作用下,通常情况梁受弯大于柱的受弯变形,但在强水平力的作用下,柱所受震害则远大于梁所受震害,尤其柱底钢筋在地震力反复作用下,混凝土极易剥落,而柱内主筋易达到屈服点,其抗剪强度明显不足,所以设计时人为加大柱的刚度 ( 截面尺寸) 与柱底钢筋的强度 ( 特别是柱底箍筋的强度) ,使得框架柱在抗震受力时难以出现塑性铰,使每个框架柱皆具有足够大的抗剪能力。
  
  ( 4) “塔式结构”中的梁柱设计主要依据弯矩分配法对其内力进行计算,对框架梁柱节点的加强可通过构造节点措施的加强而实现。用 “反弯点法”对框架在水平荷载作用下进行计算,并应该进行变形的验算。
  
  4 工程实例一

      2008 年于安达市设计一乳品工业厂房,主体为门式钢结构,钢柱跨度 24m 及 30m 两种形式。厂房内设高层塔,六层,塔主体总高度为 42. 5m.塔平面设有大量设备且多为震动荷载,柱轴压在 380T -570T 之间,单柱轴压相差较大,故采用的是深基础,而且加大承台的刚度及其埋深。实际设计中采用 Φ600 超流态钻孔灌注桩,桩端至少进入地质报告中的第六层土 ( 粗中砂) 2m 以上,桩长不应小于15m,单桩承载力设计值不小于 140t.布桩不应以平面竖向导荷为依据,考虑水平力对 “塔结构”影响较大,仅仅考虑竖向力其安全性差,故基础布桩应以 SATWE 结果为准 ( 考虑水平力,所受弯矩较大) ,详见图1.桩基础的刚度较小,决定其抗水平弯矩的能力弱,假若一旦弯矩使塑性铰出现在柱底 ( 桩顶) 则对整个建筑极其不利。故在该设计中“高层塔”的嵌故可认为设置在零米层处,采用设置且加大零米层处的地基梁,由于工艺要求,零米层处要作 200 ~250mm 厚的建筑地面,结构将其按0. 2% 左右的配筋率双向双层构造配筋,形成刚性地面,如此可作为建筑物的嵌固端使用,即可调整其基础的不均匀沉降,又可使主体形成一种稳定的体系,减少柱根处的位移,提升其稳定性能,增强建筑物的抗震能力,减少水平力所带来的隐患,防止主体结构出现滑移,扭转与倾覆。
  

  图一。  

 

论文来源参考:]赵巍,黄树强. 工业高层塔设计后的一些体会[J]. 林业科技情报,2017,(01):62-65.
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