单层多跨钢结构厂房的结构设计及地震作用分析孙启淦

孙启淦

孙启淦

山东天一建设有限公司山东淄博255100

摘要：随着社会的发展，我国的建筑结构的发展也有了很大的改善。对于单层多跨钢结构厂房的结构设计以及地震作用分析，必须清楚认识单层多跨钢结构厂房组成，主要建造材料为钢结构，是十分常见的工业厂房类型。当前工作现代化发展步伐加快，与此同时很多冶金领域发展范围扩展，对单层多跨钢结构厂房结构设计及地震作用提出严格要求。改善传统钢结构厂房施工中，使用年限短、自身重、不可回收等局限，真正做到单层多跨钢结构厂房的节能环保结构设计，延长其使用年限的同时，将施工周期缩短，减轻自身重量，为工业发展全面贯彻绿色节能环保理念创造条件。

关键词：单层多跨钢结构厂房；结构设计；地震作用分析

引言

单层钢结构厂房是指柱子、屋顶等构件是由钢结构建造的厂房，是工业厂房中最为常见的一种结构形式，在冶金等诸多领域有着非常广泛的应用。与传统混凝土结构厂房相比，单层钢结构厂房具有使用年限长、节能环保、缩短施工工期、钢结构本身自重轻、可回收利用、对环境影响小等多种优点，与现代绿色节能环保的生产理念非常相符，因而研究钢结构设计相关内容具有重要意义。

1单层多跨钢结构厂房结构设计分析

面对工业现代化发展对厂房结构提出的高要求与标准，积极提出单层多跨钢结构厂房设计理念，并且结合实际厂房设计需要，不断优化结构设计理念，积极从在钢结构厂房设计期间，动力特性与结构钢设计角度出发，充分认识到单层多跨钢结构厂房对工业化发展的重要性。

1.1动力特征钢结构设计研究

单层多跨钢结构厂房设计过程中，必须认识到动力特征对钢结构设计的重要性。在进行结构设计期间，动力特征分析需要有限元软件SPA的支持完成操作。有限元软件SPA具体包括有点单元、体单元、线单元与面单元。四个单元分别对单层多跨钢结构厂房的结构设计进行分析。具体体现在静动力计算、有限元、线性、非线性等方面。有限元软件主要从单层多跨钢结构角度出发，对厂房空间进行动力特征分析，从而确定厂房空间结构。结合动力特征分析的方式，提前建立好空间结构模型，利用空间结构模型划分具体单元，同时采取网格划分的方式，实现墙面板、檩条以及屋面板等在单层多跨钢结构厂房中的自重减轻，实现钢柱梁重力的均摊。利用有限元软件对模型中结构设计展开分析，及时将厂房空间结构情况加以了解，随后制定不同阶层的振型图，理清其中模型变化周期，及时统计特征频率表。根据有限元软件对钢结构厂房中一榀钢架的研究与动力特征分析，认识到一榀钢架其振型全部为平面外围状态，并且与其他位置的钢结构相比刚度较小，如果不能有效控制，极易出现左右摆动，影响钢结构厂房的结构安全。观察钢结构厂房结构设计振型图，结构设计的不同阶段，变形方向、钢结构位移等都存在明显区别，其中变形也划分为多种模式，比如扭转变形、整体变形或者平动变形等。但是相对方向如果支撑力不足，也会出现扭转变形现象，所以在实际钢结构厂房的结构设计中，必须注意双向钢结构位移情况，防止各种变形问题的出现。

1.2单层多跨钢结构厂房结构设计

钢结构厂房结构设计中，还要根据单层多跨结构设计要求，综合考虑其多方面影响因素，必须做到每个结构设计都能够得到有效控制。单层多跨钢结构厂房结构设计中，厂房的钢梁、横纵跨度以及厂房柱网等，都会影响到最终结构设计质量。钢结构厂房结构设计中，柱网设计必须根据国家相关标准与规定进行结构设计，并且在结构设计中，充分考虑施工与维护工作，为柱网后期维护创造有利条件，确保随时能够检查柱网的柱距是否统一。根据检查情况确定厂房横纵跨度与刚度，进而满足钢结构厂房建筑对柱网结构的需求，提高单层多跨钢结构厂房结构设计的安全性、功能性与经济性、钢结构厂房柱网设计期间，还涉及到钢结构厂房的伸缩缝位置、尺寸等方面，这些方面的科学设计，保证厂房横纵柱网尺寸。厂房横向跨度中，设计主要以3m倍数为主，纵向柱网尺寸设计则以6m为主。钢结构厂房设计过程中，横向跨度设计期间，需要考虑到厂房中设备、生产线、物流、管理以及人员流动等因素，还要结合钢结构厂房结构设计要求与厂房实际应用等，选择专业团队进行技术分析与规划，确保单层多跨钢结构厂房结构设计的科学合理。

2地震作用对单层多跨钢结构厂房的影响研究

单层多跨钢结构厂房结构设计过程中，必须严格遵循《建筑抗震设计规范》要求，并且结合当地实际发展情况，科学展开抗震设计。单层多跨钢结构设计，结合地震加速计算数据，将其设计为0.2g，并且梳理其中特征周期，根据实际情况周期设置0.56s。一般情况下单层多跨钢结构厂房，其本身的工程结构复杂、跨度较大，因此结构设计中在地震作用下，积极进行数据采集，掌握钢结构厂房结构设计中的关键节点，选择重要节点，准确分析数据与统计数据，确保钢结构厂房中涉及到的每榀钢架编号都十分明确[4]。完成数据采集之后，计算地震作用利用时程分析法，记录地面加速度，绘制地震加速度反应谱。准确分析地震反应谱中所展示的振幅、频谱等内容。并且根据地震变化影响系数，将其与动力系数、结构设计因素相结合，由此增强单层多跨钢结构厂房抗震结构设计，提高钢结构厂房结构设计的安全能力。

3单层多跨钢结构厂房结构设计注意事项

对于单层多跨钢结构厂房的结构设计，积极发挥地震作用的同时，在实际结构设计中还要注意以下事项：第一，在单层多跨钢结构厂房设计过程中，必须对柱网尺寸严格把控。单层多跨钢结构厂房在施工建设期间相对复杂，注意钢结构横向与竖向变化，科学控制方法基础上，设计好维护的结构形态，进而确保钢结构厂房施工安全。第二，注意单层多跨钢结构厂房结构设计期间，柱类型的选择至关重要。柱的长度、宽度等都要十分精确，根据自身建筑可能产生的负荷，将其科学分散到柱的身上，减轻钢结构厂房本身的承载压力。通过分离式的结构设计，拉大柱与柱之间的距离，充分利用柱惯性矩变化，保证钢结构厂房结构设计的稳定性。多遇地震下的地震反应谱分析结果显示，当地震作用在x方向上时，各关键节点在x方向上的弯矩与剪力要明显大于在其他方向上的弯矩和剪力，并且这种地震反应呈现出一定规律性。

结语

单层多跨钢结构厂房已成为现代工业厂房结构发展的主要模式，这种钢结构建造的厂房具有节约成本、自重轻等多种优点，符合现代节能环保和经济性发展要求。根据上文对单层钢结构厂房的结构设计与地震作用分析，应对单层多跨钢结构厂房结构、构件进行合理的设计，对地震作用进行合理分析与准确计算，从而推动单层钢结构进一步发展。

参考文献：

[1]刘皓.单层多跨钢结构厂房的结构设计及地震作用分析[D].南昌大学，2015.

[2]王亚杰.吊车位位置对单单层钢结结构厂房房地震反反应的影影响[D].内蒙古科技大学，2012.

[3]关俊伟.单层双跨门式刚架轻型房屋钢结构地震反应弹塑性时程分析[D].西安建筑科技大学，2009.

[4]谭永宁.单层多跨新型钢结构厂房设计——介绍中国雪柜实业有限公司雪柜厂主厂房钢结构设计[J].机械工厂设计，2011，（6）：14-19.