钢筋混凝土平腹杆双肢柱设计要点与分析.pdf

1 4 中固有色冶 金 A卷生产实践篇 钢筋混凝土平腹杆双肢柱设计要点与分析 韦晓 东 ， 鲍 巍 ( 1 金川集 团公 司， 甘肃 金 昌7 3 7 1 0 0 ； 2 中国恩菲工程技术有限公 司， - I T S ： 1 0 0 0 3 8 ) 摘要J 介绍 了常压富氧直接浸 出炼锌工程 D L浸 出车 间结构设计 中的 主要技 术 内容 ， 对钢 筋混凝 土 平腹杆 双肢 柱在 工程中的应用及其计算方法进行 了探 讨。 【 关键词 l 平腹杆双肢 柱 ； 刚度折减 系数 ； 内力计算 ； 偏心距增 大系数 f 中 分类号1 T U 2 7 3 文献标识码1 B f 文章 编号J 1 6 7 2 - 6 1 0 3 ( 2 0 1 1 ) 0 3 0 0 1 4 - 0 3 0 引言 在T业建筑中， 钢筋混凝土结构具有造价低廉 、 防火防腐蚀性能优越 ， 同时可减少经常性的、 工作量 大 的 日常维护 的特点 ， 在冶金厂房 中广泛应用。但 在特殊工艺要求及受建筑场地等条件制约需要建造 跨度较大 、 高度较高的空旷厂房时， 如果仍采用传统 结构形式 ， 在结构上很难实现或导致昂贵 的建造成 本 。钢筋混凝土平腹杆双肢柱的采用 ， 解决 了这一 矛盾 。本文重点介绍某工程 D L浸出车间中钢筋混 凝土平腹杆双肢柱的主要技术内容。 l 工程概况 常压富氧直接浸出是 目前世界上锌冶炼的新： 艺 、 新技术 ， 被普遍认为是锌冶炼的义一次重大技术 突破 ， 号称第三代炼锌技术。D L 浸 出车问作为主要 车间 ， 占地面积 4 9 m x 3 2 m， 高度 3 4 m ， 横向分为 2 2 I T I 、 2 7 n 两跨 ， 有 1 0 T吊车两 台。柱采用钢筋混凝土平 腹杆 双肢柱 ( 双 6 0 0 mmx l 6 0 0 mmx 4 0 0 m m) ， 屋 面 采用实 腹式 钢屋面 梁 。T程 于 2 0 0 7年 2月开工 ， 2 0 0 8 年 5 月竣丁并投入使用。建设 中的D L浸 出车 间 见图 1 。 2 钢筋混凝土平腹杆双肢柱设计要点 2 1 平腹杆双肢柱受力特点 在水平荷载 ( 水平地震作用 、 风荷载 、 吊车横 向 水平刹车力) 作用下 ， 平腹杆双肢柱的肢杆系同时承 作者简介J 韦 晓尔( 1 9 6 8 一) ， 男 ， 金川集团广西公司副总经理 ， 国家 注册监理工程师 ， 闰家注册咨询 r 程师 。 【 收稿 日期1 2 0 1 1 0 4 0 l 图1 建设中的D L 浸 车 受轴 向力、 弯矩和剪力的共同作，【 =f j ， 随着水半倚裁方 向的改变 ， 肢柱既是偏压剪构件又是偏拉剪构 ： ， 可 按照偏心受拉或偏心受压杆件设计 平蝮杆双肢柱 的腹 杆系受弯矩作用 ， 可按受弯杆件设计。双肢十 的肩 梁 ， 承受上柱传来 的弯矩 、 剪力及轴力 ， 根据静 力平衡条件可求得其内力。 2 2 平腹杆双肢柱刚度折减 系数 双肢柱的开孔率大， 呈空腹型 ， 其受力性能 L j 实 腹柱不同， 在计 算顶点位移及排架柱 内力时 ， 除要考 虑柱子截面弯矩 引起的整体弯 曲变形外 ， 还应 陔考 虑 由水平剪力引起 的局部变形 。住 一 一 般 的设 汁l f 1 ， 为简化计算 ， 在计算双肢柱的顶点位移及排架 【 人 J 力 时 ， 仍将双肢柱看作实腹柱 ， 但其截面的刚度乘以 个小于 1 0的折减系数 ， 以考虑剪 力引起的局 部变 形的影响。折算后的双肢柱的刚度 ： B = 0 8 5 e ， (1) ， ， 一 ， ( 2) 2 0 1 1年 6月 第 3期 韦晓东等 ： 钢筋混凝土平腹杆双肢柱设计要点与分析 -1 5 魄 ( 确定双肢柱刚度折减系数 的原则是 ： 实际的双 肢柱 与假想的实腹柱在相同的荷载作用下 ， 同一点 的水平位移相 同。 口 = ( 4 ) A = 爱 ( 6 ) 式 中： 为考虑腹杆变形 的修正系数 ， K = I 2 ； ， 为双 肢柱整体截面惯性矩 ； 为双肢柱单肢截面惯性矩 ； ir t 为肢杆层数 。 平腹杆双肢柱计算简图见 图2 。 图2 平腹杆双肢柱计算简图 2 3 平腹杆双肢柱 内力组合 柱各截面的强度计算需根据 建筑结构荷载规 程 ) G B 5 0 0 0 9 2 0 0 1 的荷载组合原则 ， 并考虑柱 的截 面形式 、 配筋方式等情况 ， 组合各截 面的最不利 内 力 。当采用对称配筋和对称基础时 ， 应考虑以下荷 载组合 ： 最 大 轴 向力 m 与相 应 的正 弯 矩 + M和 负弯 矩 ( 取绝对值最大者) ； 最 小 轴 向力 与 相应 的正 弯矩 + 和 负弯 矩一 M( 取绝对值最大者 ) ； 最大弯矩 和最小负弯矩一 ( 取绝对值最 大者) 与相应的轴向力 ； 对基础顶处柱的控制截面 ， 除在上述各种内力 组合中增加相应的剪力Q 值外， 尚需补充： 最大正剪 力+ p 一 最大负剪力一 p 与相应轴 向力 和弯矩 ； 当按双向偏心受力构件进行构件强度计算时， 则 在上述各种 内力组合 中考虑相应 的平面外弯矩 值 ， 并 补充 由该弯矩与相应的平面内内力构成 的组 合 。 2 4 平腹杆双肢柱内力计算 平腹杆双肢柱各杆件内力可按弹性方法进行计 算 ， 同时考虑材料的弹性变形影响。平腹杆双肢柱 实际上是一个单跨的多层框架结构 ， 可以用解超静 定 的方法求得各杆件 的内力值 ， 所 以在 P K P M中建 立计算模型时可选用平面杆系框架模拟平腹杆双肢 柱求得个杆件的内力值。两个肢柱截 面相 同的平腹 杆双肢柱 ， 符合下列条件时 ： 5 Bz B 腹杆线刚度 ： B ：掣 ( 7 ) L j B 肢杆线刚度 ： B ： 毕 ( 8 ) 2 4 1 各层肢杆的下端内力值 拉肢或压力较小肢的轴 向力 ： 一 N 一 号 【 一 压肢轴 向力 ： = + ( 一 1 肢杆弯矩 ： 一 = 争 + ) 肢杆剪力 ： Q z = Q z = 去 Q ( 1 2 ) 2 4 2 各层肢杆的上端内力值 拉肢或压力较小肢的轴向力 ： = N 一 号 + ) ， 压肢轴向力 ： 2 = N + 罢 【 + 等) ) 肢杆弯矩 ： 一 一 争 一 ) 肢杆剪力 ： 1 6 中固 有色 冶 金 A 卷生产实践篇 QzQz = 1 Q 2 4 3 腹杆的内力值 腹杆弯矩 ： M j= 1 3 腹杆剪力 ： Q ， = 争 Q 式 中： 一l 一丁2 I z ； 双 肢 柱 截 面 整 体 惯 性 矩 I = 2 1 + 吉 A ； 腹 杆 单 肢 截 面 惯 性 矩 ， = 。 ； 肢 杆单肢截面惯性矩 一 ； 为偏心距增大系数。 平腹杆双肢柱杆件内力简图见 图3 。 丁 I _ _j l ，l 。 一 平 - 筒 I f l h 图3 平腹杆双肢柱杆件 内力简图 2 5 平腹杆双肢柱计算长度及偏心距增大系数7 7 对于刚性屋面的单层厂房及露天吊车栈桥 ， 轴 心受压柱和偏心受压柱的计算长度按 混凝上结构 设计 规范 G B 5 0 0 1 0 2 0 0 2 表 7 3 1 l 一 1 采川 ， 任此小 在赘述 。平腹杆双肢柱肢杆节点 白 J 计算长度叮墩节 点 间实际长度采用。在计算偏心受 柱时 ， 纵 力 对截面重心的偏心距应乘以偏心距增人系数7 7 ， 可按 下列公式计算 ： 广 一而面“ 】 L 式 中：K为强度设计安全系数； ， 为双肢柱截面整体惯 ； C = 1 + 2 7 琢 1 7, I 一 川 4 。 。h 3 结语 钢筋混凝土平腹杆双肢柱具有较好 的刚度 ， J 承受较大的水平荷载 ， 并且经济指标突 ， 较斜腹” 双肢柱更容易施工 ， 特别适用于跨度大 、 高度岛 、 吊 车吨位大的 业厂房。 目前对排架厂房 计算仍采川 平面杆系框架模拟 ， 仅计算厂房横向的内乃及变彤 ， 纵向采用构造保证 。本项 目中横 向排架柱问采川 筋混凝土梁连接 ， 计算模型与实际情况尚存差异， 参考文献1 f 1 1 冶金 T业部马鞍 山钢铁设 汁 究院 冶金 l 、 J 膀钢舫混凝 柱设汁规程 M J 北 京： 冶金 一 业 f 版社， l 9 8 3 1 2 l G B 5 0 0 1 0 2 0 0 2 ， 钢 筋混凝土没汁规范 【 3 G B 5 0 0 1 1 2 0 1 0 ， 建筑抗震设计规范 混凝结十 勾没计原理f 北京： 科学川 扳社 2 0 0 2 De s i g n p o i n t a n d a na l ys i s o f r e i n f o r c e d c o nc r e t e ba t t e n e d c o l um n wi t h ho r i z o nt a l we b me m be r W EI Xi a o d o n g ，BAO W e i Ab s t r a c t ： T h e m a i n t e c h n i c a l c o n t e n t s a b o u t s t r u c t u r a l d e s i g n o f D L l e a c h i n g s h o p i n t h e p r o j c c f o f a t n o s p h e t i c o x y g e n e n r i c h e d d i r e c t l e a c hi n g o f z i n c s me l t i n g i n Zh uz h o u S me he r we r e i n t r o d u c e d t he a pp l i a t i o n ( f r e i n f o r c e d c o n c r e t e b a t t e n e d c o l u mn w i t h h o r i z o n t a l w e b me m b e r i n t h e p r o j e c t a n d i t s c a l e u a t i n g m e t h o d w e | P d i s c us s e d K e y wo r ds ：b a t t e n e d c o l u mn wi t h h o r i z o n t a l we b me mbe r ；r i g i d i t y r e d u c t i o n f a c t o r ；i nt e r n a l t o r e e c a l c u l a t i o n ； i nc r e a s i n g e o e m c i e n t o f e c c e n t r i c i t y 、 6 7 8 1 1 l l 【，L