带吊车门式刚架轻钢结构厂房基础反力的计算与设计

带吊车门式刚架轻钢结构厂房 基础反力的计算与 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 王元清 章 军 李秀敏 陈 宏 石永久 (清华太学土木T程系北京100084) 一 rtJ5A 摘 妻：对带吊车门式刚架轻钢结构厂房来疏，由于厂房自重过轻造成基础偏心距过大，采用L部主刚架的控制1：况 组合设计基础难以满足其簧求。通过对几个实例的基础反力的计算，分析了设计中遇到的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 及解决办法，详细阐述了轻 钢结构厂房基础的控制工况，井对该类型基础的设计提供了一些切实可行的像据， 关键词：轻钢结构 门式刚架鼙础控制工况组台 DESIGNANDsTUDYoNTHEFoI"qDAllONOFPORTALFRAMELIGHT STEELSTRUClTUREINDUSTⅪALBUⅡ。DlNG wangYuanqiagnallgJun (Depart眦ntofCivilEngin神ring LiXiuminChenHongshiYon商iu TsinghuaUniver8ityBeiiing100084 Abstract：OnedifficultywhichwillhereelinthefoundationdesignofportalframelightsteelsⅡuctu弛industrialbuilditagistheexce∞ly largeeccentricitydeetothelightdedwel—n，轴that小enormalmethoddfoundationdesignwill⋯曲s母allofthrvqui砣mentsItis introducedthat蚰meproblemsandcorrespondingsolutionsinf～detiondesipdthese*eralpr∞tiealprojectstheauthorsengaged Considerationsofselectingandoptimizingtheform耐thefoundationinthedesi印甜tightsteelstrucRtreindustrialbuildingisdisc啪sodin detailfromthepmmofdesignsteelc∞tSomegeneralpincimesofthefoundationfonn眈lectionmidconstructionmeasly8infoundation designa弛ms”p—nted Keywords：lightweightedmeelstmctu”por|blfran*f—detion—ntrieity 1概述 门式刚架轻钢结构工业厂房与传统的钢筋混凝土工业 厂房相比，其结构自重大为降低，主要体现在1：(1)铜结构 1=业厂房的刚架白重轻；(2)薄壁型钢檩条和墙架梁，围护结 构轻；(3)轻质高强屋面和墙体材料，围护扳材轻。 由于J‘房系统的自重大为降低，而水平荷载(风荷载和 吊车水平刹车荷载)并投有因为结构白重的降低而减小，特 别是当有吊车荷载作用时，结果造成结构基础垂直反力过小 而弯矩较大．即基础偏心距过大，给基础设计造成很大困难。 传统的设计方法往往是基础设计人员根据上部结构设 计人员提供的基础反力来设计基础，而上部结构殴计人员倥 考虑对上部结构的不利-_[=况组合进行设计，结果往往遗漏了 对轻钢结构基础中弯矩大而相对轴力较小的最不利T况．导 致基础设计不安全。 钢结构工业J‘房的上部主刚架一般是其梁、柱应力控制 和挠度控制，而基础一般是轴力控制和弯矩控制，所以上部 主刚架控制工况往往不是基础的控制工况。计算带吊车f】 式刚架轻钢结构工业厂房的基础反力一定要考虑有风荷载 和吊车横向刹车荷载参与作用的补充工况组合。 下面．就笔者从对单跨、双踌、三跨带吊车门式刚架轻铜 结构工业厂房设计时．基础设计过程中遇到的一些问题及其 70Indu日trialConstruction2002。V01．32。No12 解决方法进行探讨，供同行们参考． 2轻钢厂房基础设计特点与要求 2．I基础的受力特点12 钢结构厂房的柱脚形式日r分为铰接柱脚和刚接柱脚两 种。对于饺接柱脚，基础仅受轴心倚载作用，设计比较简单； 而对于带吊车轻钢厂房常采用刚接柱脚，基础受到偏心荷载 作用(如图l所示)。 世2 型! 图I基础荷载 基础设计中的计算偏心距e为”】： e=(M+慨)／(N+G) 第一作者：王元清男1963年7月出生教授 收稿日期：2002—05一08 }’ 生盎涎麓：2∞2年弟32誊第12期 万方数据 式中 盯——柱脚弯矩； N——柱脚轴力； P——柱脚水平剪力； 6——基础底面以上压重； ^——基础高度。 对带吊车f1式刚架轻钢结构工业厂房来说，以下因素决 定r基础的受力特点： ①带吊车的厂房，特别是吊车的吨位较大，横向水平位 移难“捧制，要求柱脚刚接；纵向水平荷载由柱间支撑承受， 故柱脚大都为铰接； ②由于钢结构自振周期较长，厂房相对高度较低，而结 构自重较轻，水平地震作用相对较小。水平控制荷载大都为 风荷载加吊车水平翩动荷载； ③结构重量轻，风荷载和吊牟水平制动荷载相对较大， 造成基础偏心距e较大。一般最大偏心距可选15～2．0m； ④带吊车门式刚架轻钢结构_上业厂房对地基和基础要 求相对较低，大都采用单独基础．而且埋深较浅。 2．2厂房基础的设计要求 (I)根据《建筑地基基础设计 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 》(GBJ7-89)，偏心基础 设计应遵循以下原则： 当e≤b／6时⋯P=(F+G)，^+村，彤 P。=(F+c)，^～M／Ⅳ 当e>b／6时⋯P．；=2(F+c)／(3陆) 且两端均要求满足P。。≤12f。 其中．b为基础宽度，I为垂直于力矩作用方向的基础底 面边长，o为台力作用点至基础底面最大压力边缘的距离，， 为地基土承载力设计值(考虑深度和宽度修正)。 (2)工业厂房设计要求⋯：由于偏心衙载作用下基础底 面反力的不均匀性，可能使基础发生倾斜，甚至会影响厂房 的正常使用，特别是带有吊车的工业厂房，因此对基底土压 力分布作以下限制： ①对于，k<180kPa、吊车起重量大于75t的单层厂房柱 基，或对于，I<105kPa、吊车起重量大于15t的露天跨柱基， 要求P．⋯／p。≥o25，其中，L为地基承载力 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 值； ②对于承受一般吊车荷载的柱基，要求P～≥0，即不出 现基础底面与地基脱离。要满足此条件，偏心距e最大为 b／6。 根据以上分析可知：带吊车的门式轻钢结构工业厂房的 基础设计主要是受最大偏心距一控制，即受肼．。而N相对 较小的工况控制。所以，在设计基础时首先应分析导致e最 大的最不利工况组台。我们就单跨、胆跨和一跨带吊车的门 式轻钢结构的上部结构和基础反力计算进行对比。主要分 两部分，一是制对上部结构设计优化的工况组合，二是针对 基础中可能出现的村一I|iiⅣ相对较小的工况．即e最大的 补充工况。 3带吊车门式剐槊轻钢结构计算工况分析 带吊车门式刚槊轻钢结构工业厂房剖面图如图2。其 上部刚架计算工况为：①恒载+活载；②恒载+活载十风载； ◎恒载+活载+吊车荷载；④恒载+活载+吊车荷载+风 载。对于单跨、双跨和三跨．上部剐架的计算上况相同．考虑 吊车荷载与风载的作用方向的组合，以及设计时吊车台数等 因素，控制工况为上面几种荷载的组合。带吊车门式刚架轻 钢结构工业厂房基础压力计算工况如表1所列。 表1三种结构计算工况 风 工况恒载 载 屋面 活载 第一跨吊车荷载 P。。在左 P。。在右 第二跨吊车荷载 P，。在左 p。。在右 第三跨吊车荷载 P⋯在左 p。。在名 0 85 1 0 085 1 0 085 1 0 085 1 0 085 0 0 85 1 0 0．85 1 0 0．85 不利 fo组合 轴线 单跨*1(1)√ 一 √ 一 A轴 *2(2)√一 √ 一 A轴 裂跨*1(1)√ · √ 一 A轴 跨 *I(2)√ 一 √ 一 A轴 *2(I)√一 √ 一 B轴 *2(2)√ + √ 一 B轴 “3(1，√ 一 √ 一 B轴 *3(2)√1+ √ 斗 B轴 ’4(11√一 -,／ 斗 n轴 ———坐堕—!—二一——一! =!塑 注：(1)恒荷载分项系数取】2．活荷载分项系数取I．4，有风荷载参与组台时，活荷载乘以折减系数085；(2)一代表该项荷载向左，一代表 谖项荷载向右．√代表该项荷载参与作用；(3)按机械工业厂房设计要求均考虑2台吊车荷载作用，特殊单台吊车厂房情况类似：(4)带 x为计算基础反力补充工况，其中括号里的数字表示参与水平作用的吊车台数。。 带吊车门式刚槊轻钢蛄构厂房基础反力的计算与设计——王元清，等 71 轴轴轴轴轴轴 C C A A C C|^一一一一_r V v√v v v 一一卜一卜一 _>_>v v v v l 2●2，2；i X } * * * * 万方数据 圈2带吊车门式剐架轻钢结构厂房剖面 (a)一单跨；(h)一双跨；(c)一三跨 4算例分析 4．1计算条件 计算按平面结构处理，以一榀刚架为计算单元。单跨、 双跨和三跨的主刚架均采用H型实腹式截面，对称布置．刚 架柱截面为240mm×700mmx16him×6mm，刚架梁截面为 200mmx(800～400～600)mm×10mmx6mill，吊车轨顶标高 为7m，刚架檐口标高为10m，屋面坡度为5％，跨度为24m，柱 距为6m。 (1)计算参数 刚架采用0235．B．F，弹性模量E=206×10sMPa，泊松比 p=0．3，抗拉设计强度f=215MPa，抗剪设计强度^= 125MPa；连接采用109级M24摩擦型高强螺栓。 (2)荷载取值 恒载、活载、风载和雪载的取值参见表2，吊车的主要性 能参数见表3．地震按6度设防考虑。计算采用国际著名的 通用软件ANSYS，用来求解荷载引起的位移和应力。 由于基础平面尺寸和基础埋深尺寸未确定，公式(1)f{I G的数值无法确定，为方便进行比较，取h=15m，用相对偏 心距e7=(肼+慨)，Ⅳ来分析计算结果。对于同一埋深和相 坚地00 掣00 lo&ooo 7．000’一 -Z．290 裹2结构计算荷载标准值 V．NIm2 起重跨度轮距桥架宽 小车重 总重最大轮压最小轮压 量G。／tLk／mK／m度B／m g／t CIt p～／kNPmf．／kN 0 225 40505 980 3 6．5l 2500 1380 370 件：(1)吊车工作市4：中级；(2)吊车每侧轮教：2个。 同平面尺寸柏基础，e7只与E部刚架柱脚反力有关。 4．2计算分析 在计算主刚架和基础反力时，要补充计算偏心距最大的 组合下况。本文分析了在设计与计算带吊车门式刚架轻钢 结构上业厂房基础反力时要考虑补充计算c7的组合工况，3 种结构的计算结果见衷4。 由表4可知，单跨巾_[况*l(1)为计算基础匣力的补竞 计算工况，它ff】．94基础产生最大弯矩．基础有最大偏心矩；而 主刚架的控制工况：恒载+活载+吊车荷载仅对基础有最大 剪力和最大轴力，在设计基础时，可用来校核基础。 裹4计算结果 72 (下转第69页) 工业熏钝2002年第32卷第12期 万方数据 表1计算结果 杆件 球节点 结构总用 设计方法 网格个数结构高度7”1再F—聂百万i—1iiiijF—磊百磊r—iij■钢量，kg节约’7“—可丽瓢万丽-——矿——_百——百——百——i丽——F—1广——百——可丽——一 直墼童量堑塑堑盐些些 !! !：丝 ! !! !兰! i 丝 墼■坐———兰堕一 注：。两种方法的用锕量比较，满应力设计重量为妒，，拓扑设计重量为％．按公式ljli户xloo％l。 圈2初始力学模型 对于“上两种方法．其外部环境相同，采用了相同的结 构形式，相同的荷载，相同的边界条件，因此，其结果有很好 的可比性。桁架粱经过拓扑优化后，粱的结构高魔降低了 o16m，同时节约钢材32％，使建造成本大大降低；从结构的 整体设计来看，结构的杆件和球节点种类变少，分布更合理， 便于施工。由于优化设计中，已经考虑丁构造工艺要求，材 料选取也考虑了焊接要求。可以说设计结果合理．能用于实 际工程设计中。 6结论 (1)与传统的满应力设计方法相比，本文提出的离散变 骨结构拓扑优化设计方法用于板片空间结构体系的设计，可 “得到更合理，更经济的结果，其对结构的适应性更好。 (2)板片空间结构体系设计的关键还在于结构的拓扑优 化．单纯的截面优化可挖掘的潜力将越来越小，而结构的拓 扑形状优化的潜力却很大，这是该类结构设计重点发展的方 向。 参考文献 I孙焕纯，柴山，王跃方离散变量结构优化设计大连：大连理工大 学出版杜，1995 2陈立周，等工程离散变量优化设计方{击——原理、方法和应用 北京：机械工业出版社，1989 3尹凌峰板片空间结构体系优化设计研究与应用：[硬士学位论 文]南京：东南大学，1996 4沈祖炎，陈扬骧．同架与网壳上海：同济大学出版社，1997 (上接第72页) 由表4可知，双跨中工况*1(1)和*1(2)为计算基础反 力的补充计算工况，工况*2(1)为计算边柱基础厦力的工 况，它们对基础产生最大弯矩，基础有最大偏心距；而主刚架 的控制T况为恒载+恬载+吊车荷载，仅对基础有最大轴 力，在设计基础时．可用来校棱基础。 j跨中跨中工况*2(2)为计算中柱基础反力的补充计 算工况，工况*1(2)为计算边柱基础反力的补充计算工况， 它们对基础产生较大弯矩．基础有最大偏心距；而主剐架的 控制工况为恒载+活载+吊车荷载，仅对基础有较大剪力和 较大轴力，在设计基础时，可用来校核基础。 5结论 上部刚架的控制工况均为恒载、屋面活载与吊车荷载的 组台。多跨吊车荷载作用的位置对主刚架的计算结果影响 不大．风荷载参与作用的工况均不是主剐架的控制工况。 基础的控制工况均为有风荷载参与作用的工况(无屋面 活荷载．考虑一台和两台吊车作用)。由于门式刚架轻型房 屋白重轻．有风荷载参与作用对基础有较大剪力、较小轴力 和最大弯矩，基础产生最大偏心距。 计算带吊车门式刚架轻钢结构工业厂房的基础反力，应 选择有风荷载参与作用的工况．而不能根据上部刚架最不利 计算工况提供的基础反力对基础进行设计，应该补充计算有 风荷载参与作用的工况组合，选择耐基础产生最大偏心距来 设计基础。 参考文献 1魏潮文，郭培红‘门式刚架轻型房屋钢结构技术规程)试设计建 筑结构，1998(8) 2乇元清．王春光，嘉英战门式刷架钢结构工业厂房基础设计与研 究建筑结构，2000(4) 3罗福午单层工业厂房结构设计北京：清华大学出版社．1990 4赵熙元．柴昶建筑钢结构设计手册(上、下册)北京：冶金T业出 版社．1995 离散变量站构拓扑优化在板片空间蛄构谩计中的应用研究——尹堆峰，等 万方数据 带吊车门式刚架轻钢结构厂房基础反力的计算与设计 作者： 王元清， 章军， 李秀敏， 陈宏， 石永久 作者单位： 清华大学,土木工程系,北京,100084 刊名： 工业建筑 英文刊名： INDUSTRIAL CONSTRUCTION 年，卷(期)： 2002,32(12) 被引用次数： 7次 参考文献(4条) 1.赵熙元;柴昶 建筑钢结构设计手册 1995 2.罗福午 单层工业厂房结构设计 1990 3.王元清;王春光;袁英战 门式刚架轻型钢结构工业厂房基础设计与研究[期刊论文]-建筑结构 2000(04) 4.魏潮文;郭培红 《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》试设计 1998(08) 引证文献(7条) 1.刘艳.邓芃 门式刚架轻型厂房钢柱基础所受内力的分析[期刊论文]-工程与建设 2007(4) 2.王元清.章军.石永久.陈宏 柱脚位移对门式刚架钢结构设计的影响分析Ⅱ:水平位移[期刊论文]-低温建筑技术 2007(1) 3.王元清.武延民.张勇.石永久.熊伟.王亮 60m跨度实腹式工形截面重级工作制吊车梁的设计与分析[期刊论文]-钢 结构 2006(6) 4.王元清.章军.石永久.陈宏 柱脚位移对门式刚架钢结构设计的影响分析Ⅰ:竖向沉降[期刊论文]-低温建筑技术 2006(6) 5.王元清.章军.石永久.陈宏 锚栓预紧力对柱脚抗剪设计的影响分析Ⅱ:刚接柱脚[期刊论文]-低温建筑技术 2005(3) 6.王元清.章军.陈宏.石永久 钢结构基础锚栓定位施工的改进方法[期刊论文]-施工技术 2004(11) 7.章军.王元清.陈宏.石永久 地震作用下门式刚架轻型房屋钢结构的设计与分析[期刊论文]-四川建筑科学研究 2004(2) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_gyjz200212023.aspx