工业厂房塔式结构设计及构造的心得论文.doc

工业厂房塔式结构设计及构造的心得论文 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 本人于年和年分别在黑龙江省（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（57m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1.051.1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 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380T570T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600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200250mm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 5工程实例二 （1）工程概况；单层厂房采用24m跨门式钢架柱顶标高7.500m,内设办公区冲洗区食堂及“工业高层塔”.塔总高度为26.2m,共5层（不含夹层）.局部楼层（标高为6.400m,10.70m）开设的洞口较大部分面荷载为37T/m2,线荷载为2.520T/m. （2）整体计算；“塔”在整个厂房中占地面积较小横纵两个方向的柱跨数都不多所以其建筑物的抗震能力不是很强故框架柱的截面尺寸设计并非按其轴压所确定该工程柱截面尺寸取800X800及850X850两种而最大轴压仅为0.22.建筑物的抗震分析不是太难故阵型组合数值取1215即可；塔内的填充墙体不是很多但层高较高填充墙内每35m设200X200的构造柱墙沿水平方向设200X300梁以形成局部框架（但应该注意的是；所新设的梁与框架柱之间连接设成铰接）,所以在进行整体计算时结构周期的折减系数宜取0.70.8之间进行验算此外尚应注意的是；填充墙是不可以采用120承重砌块的（此虽非承重结构但属于刚性结构）,因为其抗震变形与框架主体相差较大影响“塔”整体计算的结果 （3）使结构体系接近“强柱弱梁”,软件设计中的“梁设计弯矩放大系数”和“梁活荷放大系数”皆不可加大适当减少梁的刚度因为软件设计时的框架梁是不考虑现浇楼板作为梁的受压翼缘的此难反应梁的性能尽量减少柱端的梁对框架柱的约束使在地震时梁端首先出现塑性铰可以出现较大的塑性变形（其塑性铰可出现在梁端但应绝对避免塑性铰出现在柱底部）,产生一定的变形用以耗散地震能量；800X800的柱作为下一道抗震防线体积配箍率不小于2.0%,纵向钢筋含量宜适中配筋不宜过大箍筋采用复合井字箍形成核芯柱当柱出现弯裂缝特别是剪切裂缝时构造所形成的核芯柱可以有效的减少柱的压缩特别是建筑物中框架柱的截面尺寸皆较大大部接近于“短柱”,如此措施可保证柱的外形和截面承载力使其具有较好的延性有利于提高其变形能力 （4）要有目的地加大框架梁柱（特别是底层框架柱）的剪力设计值防止梁柱底部在弯矩屈服前出现剪切破坏实现“强剪弱弯”,满足各构件的延性增加其塑性变形能力防止其脆性破坏尤其建筑体系中的角柱易受双向地震力的作用扭转效应对内力影响较大震害相对严重在设计中内力计算按两个主轴方向分别考虑地震的作用弯矩设计值尤其是剪力设计值予以适当的加大 （5）高层工业塔中部分设备是贯通几个楼层的不仅每个楼层所受荷载相差过大而且部分楼层板所开设的洞口也过大单个层高之间亦不相同如此在强水平力（地震力）作用下整个结构的抗侧位移刚度严重不规则宜于某层产生较大的强行位移形成薄弱层（刚度变化不符合高规3.5.2条要求的楼层；承载力不符合高规3.5.3条要求的楼层）,威胁整个建筑物的抗震能力故在每层刚度调整中层与层上下间的刚度差不宜大于30%,同时在软件分析中可人为将“认为”是薄弱层的楼层的地震剪力放大1.15倍同时对结构进行强塑性变形验算所得数据满足（抗规）中3.4章（建筑设计和建筑结构的规则性）的各项要求另外在软件的整体计算中应步入楼梯从设计上可考虑减少楼梯刚度对整体结构的影响楼梯不宜作成折梁或折板避免其在地震作用下产生的拉、压力对框架柱造成影响 （6）框架梁及所受荷载较大的环形梁（线荷20T/m）截面宽度不宜小于400mm,配置4肢箍筋次梁的截面尺寸也不宜小于300mm,适当的加大梁跨中的计算钢筋（1.11.15倍）,同时相应减少梁支座处的钢筋含量配置抗拉强度高的钢筋提高混凝土的标号（不小C40）,使得框架梁在抗震设计中达到“强剪弱弯”的效果部分梁柱平面图详见图2. （7）在本设计中各构件（框架梁柱特别是底层框架柱）的刚度及配筋都较大故难以实现“强节点弱构件”的结构体系但节点核心区是保证框架承载力和抗倒塌能力的关键部位其受力复杂易发生非延性破坏引起与节点相连接的各构件破坏所以在设计中节点区通过构造措施有所加强（具体表现在梁柱钢筋的相互锚固）,并按三级抗震等级进行抗震受剪承载力的验算注明；其节点核心区承载力的验算并非（高规）规定而应按（混凝土结构设计规范）GB50010的有关规定执行规范对顶层和中间层节点核心区取值是按不同计算公式