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摘要：某食品加工厂需要设计一座双层库房，一层为常温库，二层为冷库。本文作者作为该工程的设计师，在对业主的特殊需求进行分析后，采用了国内冷库设计尚未出现过的上部钢结构下部混凝土框架结构形式，由于该形式属于超出规范规定的特殊结构，在进行设计前作者对该特殊结构形式进行了计算模型分析及论证工作，最终该项目顺利竣工验收并投入使用，目前使用状态良好。
关键词：上部钢结构下部混凝土框架结构；双层冷库；计算模型分析
1 前言
近年来，随着我国人民生活水平的提高和冷链物流行业的进步，冷库形式日新月异，从传统的土建式冷库到欧式内保温装配钢结构冷库，再到美式装配钢结构外保温冷库。业主的需求也在市场发展过程中不断变化，多种形式冷库的存在可以满足不同的业态需求。
2 概述
南京市某食品加工厂需要一座冷库存储生产加工所用的的原料及成品。具体功能需求为一层放置罐头成品，常温条件即可满足使用要求，二层需要放置生产加工原料，原料存储每日进出库量稳定，存储上需要低温环境，温度应为-18℃~-24℃。二层原料库采用穿梭式货架，先进先出的仓储模式适合业主存放原料，二层货架为五层。该库房东西向总长度115米，总宽度为73米，总高度22.65米，其中二层需要层高15米，室内外地坪高差1.25米。
3 选用结构形式的讨论
在充分了解业主的使用要求后，设计方内部建筑及结构专业对该工程的结构形式进行了多次讨论，最终选择上部大跨度装配式钢结构下部混凝土框架结构的形式对该项目进行设计。主要原因基于以下几个方面：
3.1 业主需求方面。一层为常温罐头库，采用普通托盘码垛存储方式，该方式相对零散，对柱网要求不需要很大，可以采用传统土建式冷库的8~9米的柱网。而对于二层的穿梭式货架，如果采用一层的柱网会阻断部分穿梭车行驶路线，同时减少了很多货位布置。
3.2 冷库自身特点。本文作者考虑过采用两层钢结构冷库，即一层采用普通柱网二层抽掉部分柱子形成大空间的方案。但由于二层冷库是低温环境，若采用钢柱，会导致两层不同温度的库房之间产生不容易处理的冷桥。如果处理不好甚至可能产生结冰挂霜等风险，影响该库房的食品安全。
3.3 施工难度。根据二层的货架总高度，二层层高需要15米，若采用规范上允许的框排架结构形式，由于柱子过高，导致混凝土支模、浇筑很振捣等工作难度非常大，如果施工阶段控制不好可能会出现一些混凝土通病，甚至影响结构安全。
4 分析与计算
由于该工程最终选定的上部钢结构下部混凝土框架结构形式不属于国家规范在列的结构形式，因此审图单位要求业主对该项目进行超限审查。以下是设计师在准备超限审查报告时进行的一些计算分析工作。
4.1 分算与合算
由于结构形式的交错，单独采用两层模型分算或者整体计算都可能存在计算结果的不确定性，所以需要分别进行两层分算与整体合算进行对比或佐证，主要分析指标为周期和位移。
4.1.1 分算
二层刚架荷载相比较一层混凝土楼面荷载小很多，故可以在计算模型上认为一层混凝土框架结构可作为二层钢结构的嵌固端。作者在计算一层结构时根据STS门式刚架柱底内力包络图，把荷载布置在一层框架柱的柱顶节点上进行计算。在计算二层门式刚架结构时，在位移指标控制的规范选用上按照钢结构设计规范规定的1/150进行控制。
4.1.2合算
合算模型合理反应了结构模型的实际情况，计算结果更加真实，但在计算时一定要选取合适的阻尼比。阻尼比是阻尼常熟和临界阻尼常数的比值，表示结构在受激振后振动的衰减形式。《抗规》和《门规》对于结构阻尼比的取值都有具体的规定。但对于这种混合结构的综合阻尼比，目前国内规范尚未有具体规定，各设计单位取值一般都在0.03~0.04之间。因此本文作者为比较不同阻尼比下的结构响应结果，采用中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所编制的《多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE》（PKPM2010版）进行了多阻尼比取值情况下的计算。
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从上面的结果对比可以看出，两种软件在计算侧向刚度比和扭转位移比时结果基本相同，YJK计算周期和PKPM相比略长，最大层间位移角的计算YJK软件计算结果略小。
5 设计措施
为了保证上述计算结果的可靠性与真实性，本文作者采用了以下几项设计上的计算措施和构造措施：
5.1计算措施
在进行整体计算时，对于二层门式刚架将柱的计算长度和风荷载情况按PK计算结果进行调整（人工输入）。在进行分算时，二层门式刚架完全采用钢结构规范（如位移控制）和荷载规范（如风荷载体型系数）的要求进行计算。
5.2构造措施
除了计算措施外，作者还根据还根据模型的计算要求对这种特殊结构采取以下几个方面的针对性构造措施来加强结构的整体性：
5.2.1提高一层混凝土框架结构侧向刚度：在设计一层混凝土框架结构时，加大梁、柱截面尺寸，使其侧向刚度远大于规范要求，层间位移角约为1/900，一层的侧向刚度为二层的10倍，可以作为二层结构的有效嵌固端。
5.2.2提高二层门式刚架整体刚度：对于二层门式刚架结构采用铰接柱脚（这也是防冷桥的要求），这样只会传递较小的轴力和剪力。另外，在二层设置了较多的屋面支撑和柱间支撑，加强结构的整体性，减小其在地震和风荷载作用下的位移。
6 结论
由于业主的特殊使用要求，本项目采用了规范中未明确规定的结构形式即一层混凝土框架结构二层为门式刚架结构，目前对于该种结构体系使用和研究结果较少，混凝土和钢两种材料阻尼比不同，抗震计算没有明确的计算方法和指导原则，因此对该种结构形式，作者采用研究型的设计方法，可以采取以下几个方面的针对性措施来保证结构的安全。
6.1 采用一层与二层分算与合算两种方式进行包络设计，以减小软件在使用单一计算方法时可能出现的其他不确定因素影响。
6.2 对多种阻尼比工况下的结构响应进行计算，以充分考虑钢-砼两种阻尼比不同材料组合在一起时的不利影响。
6.3采用支持计算不同阻尼比材料组合结构的YJK软件进行计算，作为PKPM计算软件的补充和比对。
参考文献
[1]建筑抗震设计规范（2016年版）：99，124.
[2]张涛，王元清.钢筋混凝土框架顶部钢结构加层的抗震性能的时程分析.四川建筑科学研究.2006，第32卷，第5期.
[3]陈荣欣.玻璃厂“一层混凝土框架二层门式刚架”结构设计方法.建材世界.2013，第34卷，第4期.
论文作者:赵亮,叶新睦
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第20期
论文发表时间:2017/12/27
标签：二层论文; 结构论文; 冷库论文; 阻尼论文; 混凝土论文; 形式论文; 钢结构论文; 《建筑学研究前沿》2017年第20期论文;