[小议压缩机厂房中柱间支撑的设计]单层厂房下柱柱间支撑

时间：2019-03-29 03:26:13　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　摘要：本文通过对化工装置结构设计中经常遇到的压缩机厂房中柱间支撑的设计，讨论了单层工业厂房中柱间支撑的设计过程。结合压缩机厂房建筑设计规定和建筑抗震设计规范的相应条文，给出厂房设置吊车时柱间支撑的设置原则。
　　关键词：压缩机厂房；单层厂房；柱间支撑
　　中图分类号：U691+.2 文献标识码：A压缩机厂房是石油化工行业中较常见的建筑物之一，是石油化工装置的重要组成部分。一般采用单层单跨的建筑形式，厂房的结构形式宜采用装配式或现浇的钢筋混凝土排架结构或钢结构。本文从传递厂房纵向力的柱间支撑的设置位置及计算方法进行了探讨厂房纵向的风荷载和吊车的纵向水平力都比较大，这时就需要设置柱间支撑与厂房的框架柱组成刚强的纵向刚架，以保证厂房骨架的整体稳定和纵向刚度。
　　1 柱间支撑的组成
　　由于压缩机厂房一般采用采用钢筋混凝土排架结构或钢结构的结构形式，而单层工业厂房的的支撑体系主要包括屋盖支撑，柱间支撑和其他附加支撑，其作用是将单独的平面框架连接成空间体系，以保证厂房结构具有必要的刚度和稳定性，同时承受吊车水平荷载，风荷载及地震力的作用。
　　2 柱间支撑的布置原则
　　压缩机厂房建筑设计规定（HG/T 20673-2005）中对压缩机厂房柱间支撑的设置做出了如下规定：一般情况下应在厂房单元中部设置上、下柱间支撑，有吊车或8度和9度时，宜在厂房单元两端增设上柱支撑。当柱子被足够强度和良好的稳定性墙体嵌固（单层钢结构厂房除外）、具有足够的整体作用，且吊车起重量小于5t时，可以不设柱间支撑。由于压缩机厂房一般采用单层工业厂房的结构形式，按照建筑抗震设计规范（GB50011-2010）的规定，对单层工业厂房中柱间支撑的布置也做了相应要求：
　　a.一般情况下，下柱支撑应与上柱支撑配套设置；b.有吊车或8度和9度时，宜在厂房单元两端增设上柱支撑；c.厂房单元较长或8度Ⅲ、Ⅳ类场地和9度时，可在厂房中部1/3区段内设置两道柱间支撑。
　　3 柱间支撑的计算简图及荷载取法
　　3.1 柱间支撑所承受纵向水平荷载：
　　压缩机厂房柱间支撑抵抗的荷载主要有以下几种：
　　a.由厂房一端（有中间伸缩缝时）或两端（无中间伸缩缝时）的山墙及天窗架端壁传来的集中风荷载W。
　　b.吊车纵向水平荷载T：由吊车在轨道上行驶所产生的刹车力，一般按不多于两台吊车计算。T=0.1PMAX。
　　c.作用于厂房纵向的其它水平荷载H，如固定于厂房上的管道设备的纵向推力等。
　　d.厂房位于地震区内，尚应验算作用在厂房纵向的地震作用对厂房纵向支撑系统产生的影响。
　　3.2 柱间支撑的受力形式和内力计算
　　在对压缩机厂房柱间支撑的计算过程中，对压缩机厂房柱间支撑的计算简图做了下列规定：
　　a.计算柱间支撑的的内力时，假定节点为铰接，并忽略偏心的影响。当在同一温度区段内设有两道或两道以上的柱间支撑，则全部纵向水平荷载由柱列的所有支撑共同承受。
　　b.不考虑纵向水平地震作用时，上柱支撑承受山墙、天窗架端壁传来的风荷载W1及其他的纵向水平荷载H，下柱支撑除上述支撑传来的纵向力W1和H外，还承受吊车的纵向水平荷载T及山墙传来的风荷载W2。
　　c.地震区的厂房柱间支撑，当计算地震纵向水平作用时不同时考虑端墙风荷载，吊车纵向水平荷载和其他纵向水平荷载。
　　图1
　　4 柱间支撑杆件的长细比计算
　　压缩机厂房柱间支撑的杆件要按照规范进行杆件的强度和稳定性的验算，同时还要保证杆件的长细比满足规范要求，下面进行分别说明：
　　4.1 支撑杆件的计算长度：
　　a.中间无支撑点的杆件其在支撑平面内和平面外均取节点中心的距离，即取构件几何长度L0=l，当做斜平面计算时取L0=0.9。
　　b.十字交叉支撑的斜杆仅作受拉杆验算时，其平面外取节点中心间的距离L0=l（交叉点不作为节点考虑），其平面内的计算长度取节点中心至交换擦叉点间的距离。
　　c.双片支撑的单肢杆件在平面外的计算长度，可取横向连杆间之间的距离。
　　d.单角钢杆件在斜平面的计算长度可以取节点中心至交换擦叉点间的距离的0.9倍。
　　4.2 支撑杆件的长细比限值：
　　a.十字交叉支撑斜杆的最大长细比限值。
　　b.人字支撑应该按照受压腹杆进行计算，其最大长细比不应该大于150。
　　5 柱间支撑杆件截面的计算
　　支撑杆件在纵向水平力的作用下的截面验算要遵照以下规定：
　　a.对十字交叉支撑，当杆件长细比λ≥200时，仅考虑十字交叉支撑拉杆的受力，其截面应力的计算公式为：
　　σ=Nt/An≤f（5－1）
　　Nt-杆件按纵向水平力作用计算所得的内力；An-杆件的净截面面积；f-钢材的抗拉强度设计值
　　当杆件长细比λ≤200时，按十字交叉支撑的拉杆受力设计并考虑另一根杆的卸载作用，其验算公式如
　　σ=Nt/（1+ψη）An （5－2）
　　ψ-另一根受压杆件的稳定系数；η-压杆在反复循环荷载作用下的降低系数
　　中间值可按线性插入
　　b.对人字形支撑，当按压杆设计时，其其截面应力的计算公式为：
　　σ=Nc/ψηA≤f （5－3）
　　Nc-杆件按纵向水平力作用计算所得的内力；A- 杆件的毛截面面积；ψ- 件的稳定系数；f -钢材的抗拉强度设计值
　　6 工程计算实例
　　6.1 工程概况
　　地处贵州的某二氧化碳压缩机厂房，单跨跨度21米，长54m，设一台15T电动单梁桥式吊车，牛腿标高8m，柱顶15m，两面坡排水坡度5%，地面粗糙类为C类，结构形式采用预制钢筋混凝土排架柱和轻型屋面钢屋架的结构形式，抗震设防烈度为6度，试对其柱间支撑进行设计，其支撑布置见图2：　　
　　图2
　　6.2 柱间支撑设计
　　计算简图见3-3所示，荷载计算如下：
　　W=1.4X(0.8+0.5)X1.114X0.41X10.5X16.5X3/8=55.3KN
　　T=1.4X0.1X2X173=48.44KN
　　N1=W1=55.3/3=－18.43KN（压）
　　N2=N1/cos?兹1=18.43/0.76=24.3KN（拉）
　　N3=(T+W)/cos?兹2 2=(48.44+55.3)/0.8=129.7KN（拉）
　　a.上柱柱间支撑的计算：(采用双角钢，节点板厚度为10mm)
　　斜腹杆选用2L100X10 lx=461cm ix=3.05cm
　　A=38.52cm2 lv=922cm iv=4.52cm
　　λx=lx/ix=4610/30.5=152

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