广州中虹建设工程有限公司
摘要：随着我国国民经济水平的提高，科学技术的不断进步，抽柱带吊车钢结构厂房在实践中的应用也越来越多，但是在设计和计算中也存在一些问题，下面就先对一般轻钢抽柱厂房的结构进行分析，包括厂房的整体支撑体系，钢结构中的节点设计情况，以及隅撑连接的设计方法等，同时还对钢架的位移控制方法进行了有效的分析。
关键词：抽柱；吊车钢结构厂房；设计与计算
一般抽钢结构厂房的钢架跨度为9到36米的范围，但是为了使用的要求，得到更大的空间设计，通过抽柱会导致刚架跨度变大，因此在中间就必须进行合理的设置，下面就结合某工业厂房为分析对象，对其所涉及到的设计工艺和计算方法进行阐述，以此来提高我国在这方面的整体水平。
1工程概况
工程为高架平台帮线工程，钢管混凝土柱，为插入式柱脚，无盖为屋架支撑体系，有实腹式钢吊车梁，主轧跨吊车是20t吊车一台，吊车总重32t，小车重量为9.1t，其最大轮压力约为21t。主轧跨c轴的4.6线位置抽出两根柱子。布置如图1所示。
钢架计算模型是钢结构厂房设计中需要首先确定的问题。一般来讲，门式刚架需要在9-36mm的跨度范围比较适宜，但抽柱将导致出现过大的抽柱榀钢架跨度，在现代轻型屋面系统单重，一般需要设置纵向实腹托梁来解决这一问题。实腹托梁的纵向设置，并与屋面支撑系统相互连接，可令钢架跨度达到30-50m之距。抽柱门式刚架示意如图2所示。
抽柱将形成局部柱网增大，不适用在抽柱排架的计算方法当中。排架计算需要假设梁柱铰接，排架受力时端柱具有相等的水平位移。作为梁柱刚接部分的钢架，存在于梁与柱的弯矩分配，并且存在完全不同的受力形式。钢柱在标准榀门式钢架当中不仅承担托梁产地的荷载，同时也承载着榀钢架传递荷载。而在另外方面，标准榀的受力柱—托梁柱因抽柱原因，可能会使抽柱榀钢架比标准榀钢架的平面内刚度更弱，为了避免造成标准榀钢架与抽柱榀钢架之间的差距悬殊情况，导致水平荷载无法均匀分配，需要假设托梁钢架柱与标准榀钢架平面内进行铰接。因此，托梁钢架、标准榀钢架与抽柱榀钢架的计算模型如图3所示。
2.1计算确定托梁刚度
在抽柱榀钢架的中间支座部分是托梁，一般来讲，托梁存在水平刚度K2和竖向刚度K1，因此在进行计算过程中，需要优先确定K1与K2的值。这两个刚度的确定可以通过于托梁抽柱上施加水平力（单位水平力）计算出△1竖向位移与△2水平位移，从而实现K1与K2的计算，公式为：
K1=1/△1
K2=1/△2
式中，K2可根据托梁两端的铰接进行计算从而获得。因为梁的水平刚度一般较小，因此在结果的计算当中具有较小的刚度贡献，所以可以假设其刚度等于零。
2.2分配水平荷载
假设抽柱榀钢架与标准榀钢架的水平刚度为K4和K3，在单位荷载的作用下，出现的水平位移分别记做△4与△3，那么水平力的分配将以下列公式进行计算。其中，标准品分配系数：k1=K3/（K3+K4）=△4/（△3+△4）；而抽柱榀的分配系数为： k2=K4/(K3+K4)= △3/(△3+△4)。
3计算模型给钢架设计带来的影响
对抽柱门式刚架进行计算、设计，其本质就是考虑结构空间受力问题。因此，将空间问题转变成为平面问题，将更加简洁，也更方面在设计中应用。因将相邻钢架的空间效应对结构带来的有力影响忽略，使得本模型在计算后得到的结果偏于安全与保守。
3.1计算模型对梁柱截面带来的影响
如果假设一个12m的托梁截面时H14×10×250×600。那么，通过计算可得出托梁的水平刚度K2=208.7kN/m，而其竖向刚度K1=4331.7kN/m，两榀钢架的计算模型如图4所示，结果比较见表1。
通过假设的钢架计算结果可以看出，抽柱后支座弯矩变大，梁跨中弯矩降低，柱弯矩变大，而相应的梁与柱的轴力和剪力也都增大。由此可见，抽柱后，钢架梁柱的截面会变大。
3.2计算模型对水平荷载的分配造成一定影响
计算跨中是弹性支座与摇摆柱的两榀钢架，以施加水平力P=10kN，抽柱水平位移等于49.3mm，而标准榀的水平位移等于47.8mm。如果假设抽柱榀刚度是1，那么标准榀的刚度则为1.03，其水平位移比为1：1.03，则水平力分配比也为1:1.03。因此，在抽柱后还以面积分配水平荷载，那么其标准榀的计算将偏不安全。
3次刚架和主刚架在约束力方面的计算
在次钢架与主钢架的约束力方面，为了方便进一步的计算，有关人员设主刚架节点6的位移是a，而节点18的位移是a2。设置次刚架的节点6位移是a3，而节点18的位移是a4。在实施过程中，必须要约束主刚架和次刚架在水平方面的位移保持一致，然后对节点6施加一个节点水平力F1，对节点18同样也要施加一个节点水平力F2。
主刚架和次刚架在节点6的关系就表示为：al +0.72 +0.68F2 =a3-1.32F1-l.28F2，
主刚架和次刚架在节点l8 的关系表示为：a2+o.68F1+0.7lF2=a4-1.28F2
联立两个方程式就可以解出：
F1=7.2（a3-a1）-7(a4-a2)，
F2=0.5(a4-a2)-0.97F1，按照这个方法就能计算出恒、活、风载工况下的F1和F2。
4.抽柱设计注意事项
4.1对抽柱榀钢架的竖向位移进行验算
在完成带吊车钢结构厂房的抽柱设计时，需要选择抽柱建模，本次设计中抽柱位置按照弹性支座建模，钢架跨中存在的竖向扰度可以根据《式门钢架轻型房屋钢架结构技术规程》当中的相关规定完成有效控制。
4.2对抽柱榀钢架的水平荷载进行计算
门式钢架的柔性相对较大，要进行抽柱设计，需要考虑局部刚度的减弱问题。如果不考虑刚度问题，还按照面积来对水平荷载进行分配，则将会导致标准榀水平位移比实际位移小。如果按照这一标准实施，可能造成不安全隐患存在，引发安全事故。
4.3 抽柱设计节点与构造
抽柱门式钢架和托梁之间的连接通常采取叠接与平接两种节点，一般来讲，平接更加节省空间，并可以保证存在较大的净空。而叠接的优点则在于其构造更加简单，并且安装更为方便，但叠接节点必须设置托梁作为隅撑，否则将导致托梁失稳，容易出现安全问题。两种节点的做法如图5所示。
总结：对该工程进行内力、以及次刚架和主刚架在约束力方面的计算后，然后再结合有关的技术参数，进行强度、稳定、挠度等方面的验算，得到的结构都是符合国家规定的标准，同时也满足设计的相关标准，因此整体的效果非常好。随着科学技术的发展，该技术一定会有更新的发展，能够推动钢结构厂房的建设。
参考文献：
[1]张志强,张柯,等.钢筋混凝土抽柱排架结构计算分析[J].工业建筑,2008，38(12).35.
[2]CECS102:2002,门 式 刚 架 轻 型 房 屋 钢 结构技术规程[S].127.
[3]彭景云,林宏剑,徐锦天抽柱门式刚架结构分析设计工程建设与设计,2014,04,:49-50.
论文作者:吴华芬
论文发表刊物:《基层建设》2016年35期
论文发表时间:2017/3/24
标签：钢架论文; 水平论文; 位移论文; 刚度论文; 节点论文; 荷载论文; 梁柱论文; 《基层建设》2016年35期论文;