抽柱式大跨度门式刚架分析.doc

抽柱式两跨大跨度门式刚架分析研究 李金华 米宏广 侯晓星 （中交第一航务工程勘察设计院 天津 300222） 提要 本文通过对秦皇岛1.8万平方米散装化肥库的设计和工程实践，对国内首次采用的带天皮带机廊道抽柱式、两跨大跨度轻钢门式刚架结构的强度计算和稳定性分析，与托架的联结构造，支撑系统的设置进行了简单介绍，总结了此类轻钢结构的特点和所采取的构造措施，并对此类结构设计提出了方法和建议。 关键词：抽柱式 轻钢门式刚架分析 一、概述 秦皇岛散化肥库系秦皇岛港为满足逐年递增的散化肥接卸储运的要求，形成完整的散化肥接卸储运体系而兴建的目前国内最大容量的散化肥仓库。本工程于2000年10月进行设计，2001年4月开工，2001年12月竣工投产。 秦皇岛港散装化肥库库房容量为14万吨。工艺流程为：接卸散化肥时，采用门机抓斗将化肥从船上卸入接卸漏斗，途径皮带运输机和转接塔进入库顶布料皮带机，然后卸入化肥库内储料池中。出化肥时，采用流动机械和可移动式灌包机在库内灌包。 本工程位于秦皇岛港丙码头11#泊位，平面尺寸为204x77m ，包括库顶皮带机廊道在内，总建筑面积约为1.8万m2.结构采用两跨门式刚架结构。檐口高为11m ，屋脊处高为29.7m 。在屋脊处设有突出屋面的皮带机廊道、内设皮带运输机、布料车及操作平台。外墙采用冷弯薄壁型钢墙梁和带隔热层的彩色压型钢板，屋面采用轻型槽钢檩条和带隔热层的彩色压型钢板。为方便流动机械作业和化肥堆存要求，抽去了中间柱列的部分柱子，形成了边柱列柱距7m ，中柱列柱距21m 和14m 的抽柱式大跨度钢结构门式刚架结构体系。边柱采用焊接H型钢，中柱采用圆形的钢管柱，刚架梁采用变截面楔形梁。抽柱部分的刚架梁支承在钢托架梁上。结构用料除刚架柱为Q345外，其余均采用Q235。结构平面布置图及剖面图详附图（—）、（二）。 二、结构特点 一般的轻钢门式刚架其跨度为9~36 m ，刚架的高度为4.5~9 m ，屋面的坡度为1/8~1/20，柱距为6~9 m 。屋面及墙面均采用冷弯薄壁型钢檩条和彩色压型钢板，柱脚一般做成铰接，中间柱做成摇摆柱。由于其结构本身对变形的适应能力较强，因此轻钢门式刚架规程中规定的变形要求较宽，在无吊车时柱顶位移可达1/50 。 但是，本工程门式刚架与一般的门式刚架有着以下明显的不同： 工艺要求，散化肥是按自然坡角堆存，这样从使用要求上造成了边柱列较低，而中间柱列较高，使屋面坡度达到了1/2.3，坡度很大超出了常用的1/8~1/20的坡度。 架的总高度达29.7m ，也超出了一般门式刚架高度的几倍。 由于屋脊处设有突出屋面的皮带机廊道，内设皮带运输机、布料车等，造成结构承受较大的集中荷载和振动荷载，设备对结构变形要求严格。 按工艺要求，为方便流动机械的作业和化肥堆存的要求，中间柱列须抽掉一部分柱子，造成中间柱列和边柱列间距不同，这样就使刚架分为抽柱式刚架和不抽柱式刚架两种，使整个仓库的抗侧移刚度变成不对称和不均匀。这也是一般门式刚架结构中未遇到的。 中间柱列还要承受化肥堆、CECS102:98）中的某些条款的要求。因此在设计中，也要根据具体情况加以区别对待，分别采取相应的措施。本文以秦皇岛散化肥库为例，对抽柱式带天皮带廊道的大跨度钢门式刚架的设计进行了尝试。 三、结构设计及计算结果 （一） 计算模型假定： 由于边柱列和中间柱列的柱距不同，因此刚架分成两类： 一类为中间不抽柱的刚架，另一类为抽柱式刚架。在不抽柱刚架的屋脊处设有托梁，其跨度按抽柱数量分别为21m、14m26 m ，其抗侧力刚度较小，主要是长细比控制截面。 此类结构柱较短，斜梁较长，坡度大，力学性能接近“拱”的效应特征。 对中柱列受力状况有较大改善。 在中间有柱和中间无柱时，其计算的侧移刚度比为1.21：1，即中间有柱的刚度比中间无柱刚度增加约20%，抽柱后各榀刚架的抗侧移刚度差别不是很大。 从结构方案上将中间柱列的两肢分开，对应支承在顶部皮带机廊道刚架的两个立柱处，避免刚架梁承担廊道和皮带机荷载。 因此，计算模型近似按平面结构处理，取两种计算单元，中间有柱和中间无柱的刚架分别按平面结构计算，垂直荷载按受力途径分配。同时，对水平荷载按刚度进行分配。并考虑了托梁的垂直变形对中间无柱刚架的不利影响。并且在构造上及节点设计时采取措施，使之变形互相协调。尽量避免托梁承受平面外水平荷载，使其主要承受垂直荷载。这样即可简化计算，又能满足工程精度的要求。 （二）计算的基本参数： 基本风压：0.4KN/m2 基本雪压：0.25 KN/m2 屋面活载：0.3 KN/m2 皮带机荷载：8KN/m 布料车荷载：60kN 漏斗及溜筒：100KN 抗震设防烈度为：7度；场地类别为：Ⅲ类 内力计算主要考虑了以下几种荷载组合： 1.2