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紡織行業框架上門式剛架鋼結構廠房的抗震性能研究

作者:單慧敏 來源:工程設計 時間:2017-03-03 09:13:53 瀏覽次數:

摘要:對于紡織企業而言,廠房的杭震性能直接影響其經濟利潤的獲得。從我國紡織行業的廠房結構特點來看,框架上門式剛架鋼結構較為常見。對此,需要對該結構的杭震性能加以重視。文章從框架上門式剛架鋼結構廠房的結構入手,對紡織行業框架上門式剛架鋼結構廠房的杭震性能進行分析和研究。

     對于紡織企業而言,廠房的作用主要是用來儲存原材料、生產設備以及成品等物資。由于廠房中物資的數量較多,因此地震災害的發生會為紡織企業帶來極大的經濟損失。為了避免這種現象的出現,紡織企業在構建廠房的過程中,需要對廠房是否具備良好的抗震性能加以重視。


1框架上門式剛架鋼結構廠房

1.1框架上門式剛架鋼結構廠房的結構

    從整體角度來講,該廠房的結構中主要包含頂層門式剛架、下部框架這兩種組成要素。為了保證廠房的穩定和安全性,通常會利用剛性系桿、雙向剛接形式梁柱等結構完成整個廠房結構的布設[1]。


1.2框架上門式剛架鋼結構廠房的特點

    框架上門式剛架鋼結構廠房的特點主要包含以下幾種:

      (1)上部門式剛架的易變形特點。在當前生產工藝以及紡織企業實際廠房布設限制因素的影響下,大多數紡織企業的廠房通常無法同時開展廠房主體以及周邊位置梁的施工,且柱、梁等構件實現豎向等強的難度也較高。這種基礎條件使得該結構廠房的上門式剛架具有明顯的易變形特點。

      (2)大荷載特點??蚣苌祥T式剛架鋼結構廠房的大荷載特點主要是由大量工藝設備在廠房中的布設引發的。

      (3)地震作用明顯性特點。廠房的這種特點同樣是基于大量工藝設備的布設產生的。從布設位置來看,紡織企業的大部分工藝設備都被布設在廠房上部位置,因此,當發生地震災害時,紡織行業框架上門式剛架鋼結構廠房受地震作用的影響較為明顯[2]。


1.3框架上門式剛架鋼結構廠房在紡織行業中應用的必要性

    就紡織行業而言,應用框架上門式剛架鋼結構的必要何原因主要體現在以下幾方面:

     (1)國家政策方面。就國家政策方面而言,在一帶一路政策的影響下,紡織行業逐漸開始向新疆、云南等地區轉移。這些地區的特點為地震高發、抗震烈度高、地形及用地面積限制作用強?;谶@種現象,需要通過底層鋼筋混凝土框架結構、上部輕型門式剛架鋼結構的廠房設計方式,保證紡織企業的安全生產。

      (2)紡織行業自身工藝流程方面。紡織行業廠房中各項生產設備及工藝附房中的空調送排風系統、電氣配電室等等、以及空調送風排風管道等,與框架上門式剛架鋼結構之間存在較高的契合性。


2紡織行業框架上門式剛架鋼結構

    抗震設計注意的難點要點:

2.1底層鋼筋混凝土框架結構

    底層鋼筋混凝土框架的作用主要是支撐上部結構及設備等的壓力。該結構的設計要點包含結構占地面積及結構配置合理性等內容。


2.2頂層輕型門式剛架鋼結構

頂層輕型門式剛架鋼結構的設計注意要點主要集中在梁、柱構件的焊接設計、結構變形計算等方面。


2.3兩種結構形式連接節點處的杭震

    相對于該結構的兩種單獨組成要素而言,二者的連接節點位置的抗震設計難度較高。這種現象是由兩部分重力水平及組成形式的不同引發的。在實際設計過程中,其抗震設計難點主要集中在連接節點的荷載設計方面。對此,需要結合準確的計算,得出連接節點能夠承受荷載的最大值,再依據該數值開展抗震性能設計。


3紡織行業框架上門式剛架鋼結構廠房的抗震性能計算

    這里以某紡織企業的框架上門式剛架鋼結構廠房為例,對其抗震性能進行計算:


3.1廠房概況

    該廠房共計三層,第一層、第二層以及第三層的層高

分別為3m,  3.5m以及8.5m??傮w占地面積為5128㎡。就該廠房工程的結構安全而言,其結構安全等級要求為二級,廠房預設使用年限為50;就該廠房工程的抗震性能方面而言,預設地震分組為第二組,并將廠房工程的抗震設防烈度設置為7°[3]。


3.2廠房杭震性能的計算

    該紡織企業框架上門式剛架鋼結構廠房的抗震性能計算過程主要包含以下幾個步驟:

      (1)確定該廠房的計算簡圖。紡織行業框架上門式剛架鋼結構廠房的抗震性能是通過力學分析工作得出的。但廠房結構的復雜性特點會對力學分析結果的準確性產生影響?;谶@種情況下,應根據框架上門式剛架鋼結構廠房的實際特點,將廠房中能反映結構的主要受力特征的位置確定出來,按照強化廠房結構主體、忽視細節的原則對整個框架上門式剛架鋼結構廠房進行簡化。由于最終得到的廠房簡圖與實際廠房結構之間存在差異,為了防止這種差異因素影響抗震性能的計算結果,有必要通過廠房簡圖調整措施的應用保證抗震性能計算的準確性。

      (2)針對該廠房構建三維有限元整體模型。該廠房三維有限元整體模型的構建需要利用MIDAS軟件進行。在實際構建過程中,需要對以下幾種問題進行合理考慮:①框架上門式剛架鋼結構廠房工程施工材料特性的相關系數,如施工材料的溫度膨脹系數、彈性模量等;②能夠反映框架上門式剛架鋼結構廠房型轉變化的相關參數,如廠房構件本身的截面形狀、長度等要素。由于該紡織企業框架上門式剛架鋼結構廠房中以桿、梁以及柱這三種組成要素為模型單元。例如,在針對廠房中雙階柱和單階柱的牛腿進行建模操作時,可以根據將其設計為符合比例要求的尺寸以及厚度的工字型梁單元。為了保證廠房三維有限元整體模型構建的有效性,需要對模型荷載與鋼架構廠房的實際荷載數值控制在相同范圍中[4]。


4抗震性能計算結果分析

    這里主要從以下幾方面入手,對紡織行業框架上門式剛架鋼結構廠房的抗震性能計算結果進行分析:


4.1基于罕遇地震的框架上門式剛架鋼結構廠房彈塑性時程分析

    在罕遇地震條件下,該框架上門式剛架鋼結構中柱頂產生位移的最大值為0.001786,該數值與相關條例中對該參數規定的0.002小。除此之外,該廠房產生層間位移角的最大值為。該數值符合建筑抗震性能相關條例中對建筑在地震條件下產生層間位移角的要求。從上述兩種參數數值與建筑抗震性能方面相關條例中規定的數值比較來看,該紡織企業的框架上門式剛架鋼結構在罕遇地震荷載條件下,其變形程度范圍仍然能夠保證廠房的穩定性和安全性。因此這種框架上門式剛架鋼結構廠房的抗震性能較好[5]。


4.2基于多遇地震的框架上門式剛架鋼結構廠房彈性時程分析

    這里主要從以下幾方面入手,對基于多遇地震條件下的紡織企業框架上門式剛架鋼結構廠房彈性時程進行分析:

      (1)支座剪力方面。就支座剪力方面而言,該紡織企業框架上門式剛架鋼結構廠房在多遇地震條件下的參數測定情況如下:①該廠房結合所有時程曲線得到的結構底部剪力計算數值都比反應譜法的68%數值要大。除此之外,其中4條時程曲線下的結構底部剪力的平均值大于反應譜法82%的數值。這種數據結果表明,該廠房結構底部的剪力趨勢具有較為明顯的一致性特點;②建筑抗震性能相關條例中對建筑底層剪力百分比數值的限值規定為35%,而該紡織企業框架上門式剛架鋼結構廠房的底層剪力百分比符合該限值規定,且平均值約為21 %。這種數據表明,該廠房結構的設計符合設計要求,能夠為紡織企業提供良好的抗震性能。

      (2)廠房位移方面。對于該紡織企業的框架上門式剛架鋼結構廠房,位移對廠房抗震性能的判斷應該從多個部分產生的位移變化進行:就柱結構而言,其在多遇地震條件下產生的位移最大值約為0.00128,該數值小于建筑抗震性能相關條例中規定的柱頂位移限制0.002。就該廠房在多遇地震條件下產生的層間位移角而言,該廠房層間位移角參數的最大值為0.0032,該數值小于建筑抗震性能相關條例中規定的層間位移角最大值0.004[6]。從這兩項參數來看,該紡織企業框架上門式剛架鋼結構廠房的抗震性能相對較好。隨著多遇地震作用荷載數值的變化,該紡織企業廠房在XY這兩個方向上產生位移之間的差值相對較小,這種現象表明,這種框架上門式剛架鋼結構在這兩個方向上的剛度分布情況較為均勻。在真實地震條件下,該紡織企業的這種框架上門式剛架鋼結構廠房不會因為自身剛度在不同方向的不均勻分布引發廠房坍塌問題。因此,這種結構的應用可以有效起到保證廠房安全、防止紡織企業經濟受損的作用。


5結束語

    框架上門式剛架鋼結構是紡織行業廠房中較為常見的一種結構。通過三維建模以及多遇地震條件以及罕遇地震條件的模擬分析可以看出,框架上門式剛架鋼結構廠房的抗震性能較好。應用這種廠房之后,發生地震災害時,紡織企業遭遇經濟損失的概率相對較小。


參考文獻:

[1]莫崇茂.框架上門式剛架鋼結構廠居的設計[D].湖南大學,2012.

[2]鄭械.框架上門式剛架鋼結構廠居的杭震性能研完[D].湖南大學,2013.

[3]李紅超.蜂窩式鋼框架梁柱節點杭震性能研完[D].沈陽建筑大學,2011.

[4]張號浩.單層鋼筋混凝土柱廠居地震易損性分析[D].中國地震局工程力學研完所,2011.

[5]王亮.鋼筋混凝土框架結構鋼結構加層杭震性能研完[D].河北工程大學,2013.

[6]田慧.鋼筋混凝土框架頂鋼結構加層杭震分析【D].天津大學,2007

 

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