【摘 要】通过对某大型厂房案例的分析,较详细的阐述了如何设置伸缩缝的问题。在伸缩缝处既能释放网架温度应力,又能做到不设置双柱,满足工艺要求,并节约成本。可供工程设计人员参考。 

  【关键词】厂房结构;伸缩缝;网架:温度应力 

  1 厂房结构方案简述 

  该厂房立面采用双脊双坡,屋面坡度5%,檐口高度为11.528 m。墙体采用240 mm厚粘土砖墙,沿高度方向设3道圈梁,屋面采用0.5 mm厚单层压型钢板,下部衬75 mm厚保温玻璃棉并配金属网。厂房车间主体柱网24m*24m,纵向长度336m;横向长度144m。地震作用本工程抗震设防烈度为7度,设计地震分组为第一组,基本地震加速度值为0.1g,场地特征周期为0.9s,多遇地震下水平地震影响系数最大值为0.08,钢结构阻尼比0.02。 

  2 温度缝的设计思路 

  温度缝的设置是为了防止温度应力过大致使建筑物开裂, 在一定长度范围内根据建筑物的结构体系不同而设置伸缩缝,是规范所规定的内容。一般建筑物都不计算温度应力,计算结果应力过大无法满足设计要求,且与实际情况有出入,所以不能作为设计依据,这主要是由于混凝土不是完全弹性的,且有应力松弛、徐变等因素, 所以对温度引起的应力一般采用构造措施来解决。从以上情况看,处处设缝,处处分块是不妥的,要改变这种传统的做法, 通过平面调整采取构造措施,尽可能地不设缝或少设缝,而且《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)也允许在有充分依据和可靠措施的前提下适当增大伸缩缝间距。 

  该厂房长336米,会产生很大的温度应力。按照《钢结构设计规范》(GB50017-2003)第8.1条规定,在柱顶铰接的情况下,厂房横向(沿跨度方向)温度区段长度最大为150米。故应将厂房在结构上分成三段,设置两道伸缩缝。现根据伸缩缝处不同的边界条件,分成四种模型: 

  模型一:双柱即按常规做法,在车间内设两排双柱,并将网架在双柱处分段,由此使超长结构分成三个独立的结构单元。 

  模型二:不设缝即考虑到工艺要求,整片网架不设缝,车间内全部采用单柱。 

  模型三:两边铰支即整个网架设两道缝,分成三个独立的单元,在伸缩缝处设单柱,柱顶与两侧网架用铰支座连接。 

  模型四:一边滑动,一边铰支即整个网架设两道缝,分成三个独立的单元,在伸缩缝处设单柱,柱顶与网架连接,一边为铰支座,一边为滑动支座。 

  利用Midas Gen来对比以上不同边界条件的四种模型进行内力、位移的计算。计算结果见表1。计算的模型只在伸缩缝处有区别,其他条件如网架杆件尺寸、柱截面、荷载等均相同。表1几种模型的位移、应力、反力对比 

  空间位移 

  根据表1的计算结果和图一至图四进行对比和分析,可以看到: 

  1)柱应力对比:温度作用下,几种模型的柱最大应力相差较大,模型一和模型四的边界条件可以明显减小温度作用下柱的应力,而模型二和模型三引起的柱温度应力较大,其中模型二的条件下柱应力超过了模型四条件下柱应力的79.2%。 

  2)柱顶反力对比:对比温度作用下的柱顶水平反力,模型一和模型四的边界条件情况下,柱顶反力要小很多,模型二和模型三的情况下柱底反力几乎是前两者的3倍。模型四可以有效释放顶部的约束,减小网架对柱的水平推力。 

  3)X向柱顶水平位移对比(Y向柱顶水平位移值比较接近):模型四的边界条件情况下,柱顶的水平位移最小,模型一的柱顶位移稍大。模型四允许网架侧移,减小了柱顶反力,也减小了温度作用下柱顶的位移。模型二和三比前两者大了近3倍。 

  计算结果显示以上柱应力、柱顶反力、柱顶水平位移的最大值均发生在边柱,说明温度对边柱的影响最大。图一至四也直观地反映了模型一和模型四有效地释放了温度应力,减小了对边柱的影响,故结合本工程工艺要求,采用了模型四设计,下图5为施工中的伸缩缝处的情景。  

  3 解决温度应力的方法 

  根据以上分析,造成温度应力的根本来自于网架,如不分段就需钢柱来约束网架变形,这会产生非常大的温度应力,尤其是对边柱的影响较为明显,这显然是不可行的。网架分段是必须的,不设双柱的情况下在网架与柱连接的支座的形式是关键,在网架分段处即伸缩缝处的一个柱顶上,如设两个铰支座,网架分成三段后自身的温度应力得以解决,但整体计算后,边钢柱的温度应力仍很大,这是因为设铰支座后整体仍是336米,故钢柱应力、位移未有改善。如把两个铰支座均改为滑动支座,解除水平方向的约束,再进行整体计算,虽然钢柱温度应力大大减小,但柱顶两个支座都为滑动支座后,柱顶失去约束,柱成为了悬臂柱,对柱的受力极为不利,此方案不可采用。将柱顶的一个支座设为铰支座,另一个设为滑动支座(即模型四),经整体计算后,既能有效释放温度应力,又能满足柱的连接要求,有效地解决了设置伸缩缝又不设双柱的问题,从结构角度合理有效地满足了工艺的要求。 

  4 结 语 

  现如今无论是业主方、设计方、甚至施工承包商已将设计作为龙头,要求工程设计优化提前至初步设计、甚至更早,这就要求广大设计人员勤于思考、勇于创新,跳出原有的条条框框,更应注重结构的概念设计,从结构布置及方案措施优化出发,选择合理的结构方案,方可做到安全可靠、经济合理,使厂房结构的优化设计工作得以真正实现。