頂層為門式剛架的錯層框架鋼結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)論文
摘 要：本文以一個多層鋼結(jié)構(gòu)廠房為例，分析了頂層為門式剛架的錯層鋼結(jié)構(gòu)框架房屋的結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)造措施，對主要節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了討論。
關(guān)鍵詞：門式剛架；多層框架鋼結(jié)構(gòu)；錯層
一、引言
隨著鋼結(jié)構(gòu)在國內(nèi)建筑行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，一種頂層為輕型屋面的剛架，以下樓層為多層鋼框架結(jié)構(gòu)的房屋形式使用越來越多。根據(jù)《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS102：2002（以下簡稱《門剛規(guī)程》）中1.0.2條的條文說明，“當(dāng)多層建筑的頂層為門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)時，其設(shè)計(jì)、制作和安裝可按本規(guī)程執(zhí)行”【1】，即頂層的門式剛架可按照《門剛規(guī)程》設(shè)計(jì)，其下的多層鋼框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)按照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003【2】執(zhí)行。它們之間的作用關(guān)系須充分考慮，故應(yīng)整體建模來進(jìn)行分析和計(jì)算。
在這種結(jié)構(gòu)形式中，下層鋼框架常出現(xiàn)夾層樓面開洞和局部樓面錯層的情況。夾層樓面有大面積開洞時，須根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）【3】（以下簡稱《抗震規(guī)范》）3.4.3條進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則特征判定，并依據(jù)其不規(guī)則特征進(jìn)行相應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而錯層結(jié)構(gòu)則較為復(fù)雜，根據(jù)文獻(xiàn)【4】，“所謂錯層，就是樓板標(biāo)高大于600mm以上，且超過梁高”，“錯層的面積必須大于等于整個樓層面積的30%”，錯層結(jié)構(gòu)屬于平面不規(guī)則，豎向也不規(guī)則的'結(jié)構(gòu)。錯層結(jié)構(gòu)不利因素有兩方面：首先樓板相互錯置，樓板協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)整體受力的能力被大大削弱，樓板的相對錯位會在構(gòu)件中產(chǎn)生很大的變形內(nèi)力；其次，一些部位由于樓板錯層形成豎向短構(gòu)件，其可能在同向受力中由于錯層構(gòu)件剛度大，而產(chǎn)生內(nèi)力集中，不利抗震。【3】現(xiàn)以某多層鋼結(jié)構(gòu)廠房為例，進(jìn)行分析。
二、工程概述及結(jié)構(gòu)方案
本工程鋼結(jié)構(gòu)廠房區(qū)域長93.5m（8軸~19軸），寬55 m，柱距11.5 m +8.5 m X8+7 m X2，跨度18.5 m +18 m +18.5 m，柱頂標(biāo)高16.4m，其中8軸~15軸區(qū)域夾層標(biāo)高11.5m，15軸~19軸區(qū)域夾層標(biāo)高8m，屋面墻面圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)檁條外鋪壓型鋼板�；撅L(fēng)壓為0.60 kN/m2，地面粗糙度是 B 類，雪荷載為0.8 kN/m2，抗震設(shè)防烈度是7度，設(shè)計(jì)地震分組是第3組，設(shè)計(jì)基本加速度值是0.10g，建筑場地類別III類，抗震設(shè)防類別是丙類，根據(jù)《抗震規(guī)范》8.1.3條，抗震等級為四級。
根據(jù)工藝要求，夾層樓面上有很多大開口，供設(shè)備安裝與使用，故按圖1進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)平面布置，其中圖（a）為11.5米標(biāo)高平面，圖（b）為8米標(biāo)高平面。設(shè)備荷載不作用在框架構(gòu)件上。11.5米標(biāo)高和8米標(biāo)高夾層平面按照兩個標(biāo)準(zhǔn)層分別建模。夾層以上的結(jié)構(gòu)主要承擔(dān)輕型屋面荷載，荷載輕，故頂層鋼柱與鋼梁分別定義為門式剛架柱和門式剛架梁，采用支撐體系來保證結(jié)構(gòu)整體剛度。支撐體系中的屋面水平支撐、系桿、柱間支撐等重要傳力構(gòu)件須在模型中表現(xiàn)出來。
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