钢筋混凝土框排架结构设计中的问题分析

钢筋混凝土框排架结构设计中的问题分析

张彦辉陈国惠李晓峰

中国核电工程有限公司郑州分公司河南郑州450000

摘要：本文主要针对钢筋混凝土框排架结构设计工作展开分析，思考了钢筋混凝土框排架结构设计的相关问题，对其中的关键点和设计的要点进行了分析，提出了一些建议，可供今后参考和借鉴。

关键词：钢筋混凝土；框排架结构；设计；问题

前言

目前，钢筋混凝土框排架结构设计还存在不少问题，很多时候是因为没有把握好钢筋混凝土框排架结构设计的要点和思路，没有采取更好的设计的措施，所以，我们一定要进一步分析钢筋混凝土框排架结构设计。

1、钢筋混凝土框排架结构

上面是排架结构下面是框架结构或右边是排架结构左边是框架结构的形式构成了框排架的整体结构，在框排架结构的设计过程中，不仅要满足框架结构的必要要求，排架结构的部分也需满足排架结构的必然的要求。

框排架结构是工业厂房的建筑中常见的一种结构形式，不论是框架与排架侧向连接组合而成的侧向框排架结构的厂房，或者说是下部为框架而上部顶成为排架的竖向框排架结构的厂房。框排架结构需进行整体的结构计算，排架需进行排架结构的计算，整体的计算框排架的每个构件都必须满足框架结构的抗震性能的要求，不论是侧向还是顶层的排架部分要务必要满足排架结构的抗震性要求。

框架结构是由钢筋混凝土浇灌而成的承重着梁柱组成了骨架，用空心砖或者预制的加气混凝土或陶粒等轻质的板材作为隔墙分户装配而成的，墙起着围护和隔离的作用，因墙体不能承重，由各种轻质的材料制成。在框架结构中，有一种带剪力墙的结构，也常被叫做框架—剪力墙结构，框架—剪力墙结构是框架结构和剪力墙结构两种体系的结合，这种结构吸取了各自的优点，不但能为建筑平面布置提供大的使用空间，而且同时具备了良好的抗力性能。这种结构在建筑行业中是具有很好的抗震性。在现代建筑设计中框架结构的应用是较普遍的，所常见的建筑大多都是框架结构。框架结构由基础、梁、柱、板组成的单层或者多层的建筑，它们间的连接是固接或刚接的。

排架结构是一种主要用于单层厂房的，由屋架、柱子和基础构成横向的平面排架，排架结构是厂房中的承重体系，它通过屋面板、吊车梁、支撑等纵向的构件将平面的排架联结起来，进而构成了整体的空间结构。其实排架结构简而言之是指一排一排的平面排架。排架的体系多用于比较高大并且十分空旷的单层建筑物，例如工业的厂房、飞机库和电影院歌剧院等的观众厅。它的柱顶用大型的屋架或桁架之间的连接，进而以装配式的屋面板，根据具体的需要，有些排架的建筑屋顶要设置大型的天窗、有些则需沿纵向设置吊车梁。由于排架体系房屋的刚度较小，重心较高，需承受的动荷载较大，因而需安装柱间斜支撑和屋盖的部分水平平斜的支撑，同时在两侧山墙设置上抗风柱。

2、工程概况

本文以位于某工程为例。车间全长274米，宽68米，主跨柱顶高23米。该车间按照工艺流程分为5个工段布置，由于结构超长需考虑在每个工段间设置抗震缝，缝宽150mm。建筑结构的安全等级为二级，设计使用年限为50年。抗震设防烈度为七度（设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第一组）；建筑场地类别为Ⅳ类。建筑抗震设防类别为丙类，钢筋混凝土框架结构的抗震等级为三级。

3、结构体系

生产车间主跨设2台双梁桥式起重机，最大起重量70t（35t+70t+35t）/60t（30t+30t+5t），工作级别A6/A5。主体结构采用钢筋混凝土框排架结构形式，主跨38米，两侧各设10米+6米偏跨，偏跨均为二层，偏跨屋面采用现浇混凝土结构，主跨屋面采用轻钢结构。

在工艺布置中设有流水线大型设备，布置要求较复杂。复卷设备正常工作时以2200r/min速度运转，之后再通过链板机传送至成品库工段。复卷设备转动时，由于设备会产生强烈振动，对设备基础有转动惯量，复卷设备刹车停止时也给基础很大的惯性力矩。因此在结构处理上，该工段设备基础之间要避免共振相互影响，采取从基础完全脱开形式。

根据工艺要求，吊车轨顶标高：19.600m，柱顶标高：23.200m，牛腿顶标高：18.430m，吊车梁采用钢结构，配制动桁架。屋面以钢梁、檩条、系杆、支撑等组成的轻钢结构。

4、结构设计

4.1主要荷载：

1）楼面活荷载：电缆夹层4.0kN/m2；配电室10.0kN/m2；部分工段7.5m高主楼层楼面荷载25.0kN/m2；

2）基本风压0.55kN/m2，地面粗糙度为B类；

3）基本雪压：0.2kN/m2；

4）混凝土屋面活荷载：上人屋面（考虑设备安装荷载）15.0kN/m2，不上人屋面0.5kN/m2；

5）轻型钢结构屋面活荷载：屋面板及檩条?0.5kN/m2，

屋面钢梁及刚架0.3kN/m2，并按集中荷载考虑屋面通风设备基础。

4.2混凝土结构计算

结构整体计算采用SATWE软件，需要注意的几点：1）在PMCAD中建模时需注意楼面设备基础下应设置主、次梁承托，当设备基础平面尺寸较大时，可设置多道；模型中输入的缺口梁高度为缺口部位的净尺寸2）在SATWE中输入设计参数，需要注意的是勾选按单偏压计算，以及“考虑双向地震”，计算振型个数根据工况调整等。3）在“特殊构件补充定义”中点取角柱，对一些特殊梁进行铰接处理。

框排架柱的下部框架的结构位移计算中，仅在计算位移、周期等控制参数时，选择“刚性楼板假定”计算，以满足规范要求的计算条件；但应以弹性楼板假定进行配筋及其他分析。多遇地震作用下二层X、Y方向最大值层间位移角应满足《抗震规范》5.5.1条≤1/550的要求，罕遇地震作用下一层X、Y方向最大值层间位移角应满足《抗震规范》5.5.5条≤1/50的要求。

4.3屋面钢结构计算

屋面水平支撑在每个温度区段或分期建设的区段中，应分别设置能独立构成空间稳定结构的支撑体系。屋面横向支撑设在端部的第一跨和最后一跨，为保证屋面钢结构的整体稳定，在刚架的转折处如边柱柱顶、屋脊，沿房屋全长设置刚性系杆。计算时应同时计算刚性系杆的稳定和长细比。

屋面刚梁的计算采用PKPM系列软件中的STS程序，需要注意的几点：

（1）选取一榀钢梁输入计算数据及相关参数。应根据《钢结构设计规范》输入设计控制参数：a.受压构件的容许长细比：200；b.受拉构件的容许长细比：400；c.钢梁的挠度允许值：l/400，考虑以钢梁恒载作用下的变形值起拱。

（2）选择杆件截面类型。由于屋面坡度要求1/15，考虑运输、吊装、经济等因素一般要求斜梁构件长度在9m～12m之间，斜梁应分段采用摩擦型高强螺栓拼接，拼接点尽量设在弯矩较小处，并避开顶部檩条及腹部支撑位置。梁端设置为铰接。

（3）检验计算结果，进行截面优化，直至构件的强度、平面内稳定性、平面外稳定性、长细比、宽厚比均满足，且各段应力比较接近为宜。

4.4传动基础、牛腿柱、开槽楼板设计

传动设备自重虽不大，但基础自重较大，对框架结构抗震不利。采用墙式基础比独立式基础明显减轻自重。考虑振动设备基础下局部无条件布置承托梁，采取把楼板加厚至200mm，提高楼板抗冲切能力。

结束语

综上所述，针对钢筋混凝土框排架结构设计工作，本文进行了进一步的分析和思考，探讨了钢筋混凝土框排架结构设计的要点和设计的方法，提出一些比较可行的设计思路，可供今后参考。

参考文献

[1]马宏旺.钢筋混凝土框架结构抗震可靠度分析与设计研究[D].大连理工大学，2018.136.

[2]何庆锋.钢筋混凝土框架结构抗倒塌性能试验研究[D].湖南大学，2018.46.