竖向框排架结构设计的几点体会

张 琦

1 工程简介

新疆某一压缩机厂房，跨度30 m，柱距6 m，厂房长90 m，内设有50 t桥式起重机，轨顶标高24 m，柱顶标高28 m，梯形钢屋架9.3 m处设有一层检修操作平台，柱网布置如图1，图2所示，围护结构150 mm厚彩钢岩棉板，场地所在地新疆地区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度0.15g，根据地质报告场地类别Ⅱ类，采用天然地基，基础承载力特征值为220 kPa。

图1 9.300平面布置图

图2 屋架下弦支撑布置图

2 结构平面布置的优化及计算模型假定

2.1 柱网布置

无论工业与民用建筑，结构设计均应在满足功能及工艺的条件下，从既定结构特点出发，选择这种结构适合的平面布置，以期达到安全、经济的目的。本工程原来工艺布置图中未设置抗震缝，由于此竖向框排架结构长90 m，按照钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距要求[2]，结合框架和排架伸缩缝最大间距要求设置抗震缝，后与上游专业协商，在满足功能的前提下设置了抗震缝，见图1。

2.2 楼层结构平面布置

通常框架结构计算模型假定楼面板平面内刚度为无穷大。此工程9.3平面为钢筋混凝土现浇梁、板，可以满足计算模型假定;屋盖宜采用无檩屋盖体系[1]，用预应力大型屋面板较好，但结合新疆地区采购困难等因素，屋面采用150 mm厚彩钢岩棉板，为保证屋盖具有足够的水平刚度，设置了屋架下弦横向及纵向支撑，可以满足计算模型假定(见图2)。

3 设计注意事项

3.1 荷载

楼面恒载根据板厚及建筑面层做法计算后输入到PKPM中，楼面活载根据工艺所提荷载，阴影部分25 kN/m2，其余部分为8 kN/m2，基本风压新疆为0.60 kN/m2，基本雪压新疆为1.0 kN/m2。

3.2 参数选取

竖向框排架抗震等级应按照《建筑抗震设计规范》表6.1.2框架的高度分界降低4 m采用，本工程28 m＞24-4=20 m，7度，应按照二级框架设计。

图3 厂房剖面图

3.3 楼层结构布置

1)板厚选择。根据混凝土结构构造手册结合计算取值。2)顶层排架嵌固楼层应避免开设大洞口，楼板厚度不宜小于150 mm。3)压缩机等动力设备应与厂房及平台完全脱开，设备与楼层之间的缝宽，不得小于防震缝的宽度;基础也应脱开。4)在结构单元平面内，框架、柱间支撑等抗侧力构件宜对称布置，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力发生突变(见图2)。5)梁设计注意事项:框架梁宜采用现浇梁，以保证楼面对框架的整体作用，框架梁高度一般按照混凝土结构构造手册结合计算取值。6)柱设计注意事项:a.设计此类结构时，对于结构的纵向，结构的基本形式为框架结构，按照常规框架计算方法即可实现;而对于结构横向，结构为框架和排架两种结构形式的组合，柱计算长度取值(按照平台与柱刚接):底层柱为1.0，平台至牛腿处取2.0，牛腿至柱顶取2.0[3]。b.框排架柱设计时，根据柱尺寸大小定位柱与轴线间关系，保证上柱尺寸及上柱与吊车轨道间距离，如图3所示，尺寸为450，此尺寸与吊车样本有关。

4 计算结果分析

1)在用PKPM软件计算梁柱时，应尽量采用TAT或SATWE三维软件。相对平面框排架PK来讲，TAT或SATWE三维软件优点如下:a.计算结果更接近实际受力状态，如地震力或风力是按抗侧移刚度分配，而不是按框架的楼面从属面积，还如从框架柱出挑的梁和从次梁出挑的梁，因次梁的支座(框架梁)发生下沉变形，内力重分布，从框架柱出挑的挑梁配筋将较大。b.快速方便，三维软件整体计算，不必生成单榀框架，再人工归并，可整楼归并。2)一般情况下，PKPM计算结果应满足楼层最小地震剪力系数值，如不满足说明地震力计算过小;还应满足弹性层间位移角限值，如不满足，说明上层刚度相对较弱;楼层承载力突变时，薄弱层抗侧力结构的抗剪承载力不应小于相邻上一楼层的65%，如不满足说明本层刚度相对较弱。3)顶层排架嵌固楼层应避免开设大洞口，楼板厚度不宜小于150 mm。为保证排架嵌固层的作用，排架嵌固层处刚度(X，Y方向)宜为上层排架刚度的2倍及以上，方能作为嵌固层考虑柱截面尺寸。

5 结语

通过以上分析，竖向框排架设计时体会如下:1)地震作用的计算宜采用空间结构模型，质点宜设置在梁柱轴线交点、牛腿、柱顶、柱变截面处和柱上集中荷载处。2)建筑长度宜满足伸缩缝要求，否则应采取措施。如:增大配筋率，通长配筋，改善保温，铺设架空层，加后浇带等。3)柱计算长度取值尤为重要。4)设计中应考虑工艺、热工等重型设备荷载尽量布置在低处，这种布置对土建结构有利[4];压缩机等动力设备应与厂房及平台完全脱开，设备与楼层之间的缝宽，不得小于防震缝的宽度;基础也应脱开。5)当建筑布局很不规则时，结构设计应根据建筑布局做出合理的结构布置，并采取相应的构造措施或设置缝分开形成较为规则的布局。6)现代工业建筑向大、高、轻的方向发展，大即大跨度、大空间、大面积和大体量;高即多层、高层厂房;轻即轻型结构、轻质材料、轻巧造型[5]。

[1]GB 50011-2010，建筑抗震设计规范[S].

[2]GB 50010-2010，混凝土结构设计规范[S].

[3]刘永涛，李 欢.框排架结构厂房设计分析[J].科技信息，2010(18):103-105.

[4]熊 伟，张丽娟，王 亮.包钢4#、5#转炉土建设计评析[J].包钢科技，2002，28(4):46-48.

[5]于 群.现代工业建筑发展趋势分析[J].沈阳大学学报，2006，18(2):68-70.