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東吳網架淺論網架結構在工業廠房的應用

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人氣:-發表時間:2018-04-21 14:55【

  網架是由很多桿件從兩個或幾個方向有序排列組成的高次超靜定空間結構,網架桿件相互支撐作用,在任一種荷載工況下,所有桿件均參與工作,充分利用了材料的性能,從而達到節約材料的目的。網架結構實際受力與工程力學計算結果比較接近,桿件制作簡便、工廠化程度高、施工工期短等特性是其突出的優點。

1 空間網架結構體系簡述

  1.1網架結構型式

  網架結構[1]根據網格形式不同分為:交叉桁架體系;四角錐體系;三角錐體系[3]。

  單層汽車工業廠房的網架結構一般采用正交正放的四角錐網架,這種結構造型簡單、制造方便、特別是在有懸掛吊車的情況下[2],具有較大的空間剛度的正放四角錐網架比較有利。

  1.2網架支承形式

  網架與柱的節點連接方式分為:上弦支承式和下弦支承式。

上弦支承對網架平面內本身的穩定比較有利,但對柱子的穩定不利。汽車工業廠房中因工藝要求一般采用大跨度、大柱距的網架結構,一般采用下弦支承[5]。

  1.3網架支座形式

  網架支座的選取原則為:網架設計支座的力學模式必須和設計的支座構造保持一致。

  網架支座分為壓力支座節點和拉力支座節點。壓力支座節點主要有:平板壓力、單面弧形壓力、雙面弧形壓力、球鉸壓力支座節點。拉力支座節點主要有:平板拉力、橡膠板式、單面弧形拉力支座節點。在汽車工業廠房中,運用較多的是平板支座,單面弧形支座。

  1.4網架球節點

網架球節點形式有焊接空心球和螺栓球兩種。焊接空心球節點構造簡單,傳力明確,但現場焊接工作量大,焊接質量要求高,且焊接變形易引起尺寸偏差。螺栓球節點避免了大量的現場焊接工作量,且零配件規格便于系列化、標準化,適用于工業化生產。但螺栓球節點也存在如節點構造復雜、機械加工量大、制作費用較高等問題,一般適用于中小跨度網架,桿件長度不超過3m為宜。

2 網架設計一般原則

    2.1桿件計算長度及容許長細比網架桿件計算長度根據球節點形式確定。當采用螺栓球時,弦桿及支座腹桿、腹桿計算長度均為1.0L;當采用焊接空心球時,弦桿及支座腹桿計算長度為0.9L,腹桿計算長度為0.8L。(L為桿件的幾何長度)

  網架桿件中拉桿容許長細比取值:直接承受動力荷載桿件、支座附近桿件為250,一般桿件為300;壓桿容許長細比取值為180。因網架結構下弦工藝荷載為均布荷載,應考慮最不利布置形式,除滿布荷載以外,還應按照棋盤式布置荷載。

  2.2網架高度與桿件選取

  網架的高跨比可取為1/10~1/18,通常在2~6 m范圍內;網格的長寬宜相等,也可以不等,網架在短向跨度的網格數不宜小于5。網架桿件的長度一般控制在3~6 m,腹桿與地面夾角應控制在30~60度,以45度為宜,腹桿的內力一般僅為上下弦桿內力的1/3~1/6[4]。為了提高網架的剛度,網架撓度控制值提高為1/300,以滿足工藝吊掛對網架剛度的要求。

3 實例分析

  某廠房焊裝車間總長為248m,寬度54m,主要柱網為27mx24m,廠房內工藝荷載分布均為且較大(主要為3KN/m2)此廠房屋蓋設計宜采用空間網架結構[5]。根據溫度分區,焊裝車間長度方向劃分為120m和127m,以120mx54m為例。網架柱設計時偏安全的取μ=2。廠房荷載設置:屋面恒載 0.3KN/m2,屋面活載 1.0 KN/m2,工藝吊掛荷載為2.8KN/m2、3.0KN/m2。

  焊裝車間采用正放四角錐形式,主要柱網為27mX24m,網架最低點高度為2.4m,坡度為5%。網格尺寸大小為3mx4m,下弦支承。網架球節點有焊接空心球和螺栓球,桿件計算長度均取為1.0L,拉桿、壓桿長細比均按λ=180取值。網架結構通過調整網架上弦外側球節點布置,使得上下弦外側球節點對齊,方便現場安裝抗風短柱,無需采用輔梁來連接抗風短柱。但此種方法,影響了管道支架小立柱的設置,外圍軸線管道支架一側需連接在豎向腹桿上,豎向腹桿需復核管道荷載,如不足則需增大桿件截面尺寸,保證滿足強度要求。

因考慮風荷載的作用,焊裝車間外側柱頂支座均采用單面弧形壓力支座節點,支座弧形板與其上的底板為線接觸,能使支座有微量轉動和微量線位移。中柱支座采用平板壓力支座節點,這種支座節點構造簡單,加工方便,用鋼量省,見圖(1)。

  網架計算:網架采用同濟大學研制的3D3S V12.1.1網架模塊進行建模和計算優化,并采用后處理模塊進行施工圖的繪制。

  焊裝車間總面積13392m2,折合單位用鋼量為36.3kg/m2。

4 總結

  網架結構設計不僅僅是軟件的應用,更是對網架結構設計概念的清晰理解。在網架設計中,最重要的一點是選擇符合工程實際情況和綜合條件的結構形式,主要體現在結構形式、支承形式、支座形式、球節點形式的選用上,最終保證結構安全,經濟和施工便利。

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