滑移支座在轻钢厂房中的应用.doc

1、滑移支座在轻钢厂房中的应用摘要：在超宽轻钢厂房设计时，对温度荷载引起的结构问题，在建筑布局及结构的经济性常引起设计者的苦恼。采用一种新型滑移支座节点解决在超宽轻钢厂房中的温度荷载问题。 关键词：轻钢厂房；温度荷载；伸缩缝；滑移支座 Abstract: in the design of super wide light steel plant, structural problems caused by the temperature loads, the economy of the building layout and structure is often caused by design

2、ers of distress. Using a new sliding bearing node temperature load problems in ultra wide light steel plant. Keywords: light steel plant; temperature load; expansion joint; sliding bearing 中图分类号： TU392.5 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012） 前言 在超长超宽轻钢厂房设计时，结构设计应考虑温度荷载引起的结构变形，以及变形对框架承载力的影响。对于温度荷载常采用设置构造伸缩缝或结

3、构直接施加温度荷载解决这一问题。 轻钢厂房温度伸缩缝的设置间距是结构构造问题1，按照钢结构设计规范2规定，为了防止厂房由于温度伸缩引起的端部构件侧移过大、应力过大、以及维护结构破坏等情况，厂房框架、排架每隔一定距离必须设置伸缩缝，将厂房分成若干温度区段。这种措施对减少厂房温度应力起一定作用。常见的设伸缩缝方法为：在伸缩缝处采用双框架、双排架、双柱。此种做法不仅增加工程造价，且影响厂房建筑布局及工艺布置，使建筑结构复杂化。特别是近几年来，由于地震引起结构在伸缩缝处的碰撞破坏现象较多，伸缩缝的宽度必须同时满足抗震缝宽度的要求。 当厂房宽度、长度超相关规范规定温度区段限值不多时，部分设计者也会选择采

4、用温度荷载直接施加于结构的方式解决此问题。这样会导致端部构件截面加大，经济性较差。 在此提出一种新的解决方式，采用滑移支座的方式。采用滑移支座的方式目前已运用于工程实践中，并对温度、地震等作用下进行性能认证，经分析该滑移支座具有较好的应用价值和经济价值，也对类似工程设计具有一定的参考意义。 工程概况 江苏宿迁某钢结构厂房工程，总建筑面积 18 万平方米，按建筑防火要求分四个区；该厂房地上一层，厂房总长为 538m，总宽为 351m，建筑檐口高度为 9m，基本柱距为 8m，连续跨刚架，每跨 24m，结构形式采用钢框架+支撑结构。建筑物抗震设防烈度为 8 度，设计基本地震加速度值0.3g。建筑效果

5、图如图 1。 图 1 建筑效果图 本工程横向长度与纵向长度均超过了门式刚架轻型房屋钢结构技术规程3对于温度区段长度的要求。对于厂房纵向温度区段的划分，参考图集 01J925 的做法，从墙面至屋面设置伸缩缝；对于厂房横向温度区段的划分，设计中未采用传统双柱的做法，而是提出一种新的伸缩缝形式，在需分开温度区段部位，相邻跨刚架端部共用一钢柱，在钢柱上设置滑移支座，达到设置伸缩缝的效果。 三、支座设计 1.支座构造 本文讨论的滑移支座伸缩缝是指划分厂房横向温度区段的伸缩缝，以及该滑移支座的适用性能。该滑移支座作用于在刚架柱顶部牛腿上，具体构造见图 2、3。 图 2 滑移支座立面图 图 3 节点剖面图

6、1.1 节点滑移的保证： 从图 3 可知，滑移支座搁置于牛腿顶面，牛腿顶面通过胶结连接 4mm聚四氟乙烯，钢梁下翼缘通过胶结连接 2mm 不锈钢板，因聚四氟乙烯具有耐高温的特点，且摩擦系数极低，因此钢梁可实现轴向滑移。 1.2 节点竖向及纵向（刚架弱轴向）的约束： 钢梁放置于钢柱牛腿上，提供了恒、活载作用下的竖向下方约束。如图 3 中牛腿上表面的约束板 1，保证风吸力作用下的竖向上方约束。如图 3 中的约束板 1、2 保证了节点纵向约束，也保证了梁及节点处的整体稳定性。 1.3 节点伸缩滑移量的取值及横向（刚架强轴向）的约束： 从图 3 可知，钢梁轴向自由伸缩量为 A，可根据具体工程、具体荷载

7、条件计算取值，同时需满足钢结构设计规范对于伸缩缝的要求；当有抗震要求，伸缩缝也不小于抗震缝的构造要求；本工程中伸缩量 A 为150mm。如图 3 中在约束板 2 及钢柱提供横向约束，保证安装时的安全及“大震不倒”的抗震原则。具体节点性能分析见以下各节。 2.结构温度分析 对于横向连续刚架，总长度为 351m，立面示意图见图 4，两端为雨棚刚架跨，分别为 7.5m，现根据规范对该厂房划分 A、B、C 三个温度区段，结构以 J 轴线对称布置，温度区段之间设置滑移支座，适应不同荷载条件下的变形量要求，其中 A、C 温度区段长度为，b 温度区段长度为，温差为。 图 4 横向连续刚架立面示意图 A 温度

8、区段连续刚架，由温度产生的轴向伸缩变形量，滑移支座处的位移近似取总伸缩量的 1/2 为： B 温度区段连续刚架，由温度产生的轴向伸缩变形量，滑移支座处的位移近似取总伸缩量的 1/2 为： 总伸缩变形量为 ，满足要求。 其中：为温度引起的滑移支座伸缩量； ：钢材的线膨胀系数，取； 上述手算方法是基于刚架梁不受约束情况下最大的轴向伸缩量，而实际上刚架梁还受到刚架柱对其约束作用，故认为轴向伸缩变形量要小于上述手算得到的变形量。本文在此，对 A 温度区段连续刚架受温度作用采用 sap2000 计算，通过分析得知，温度作用下 A 温度区段连续刚架左端位移量-26.06mm，右端滑移支座处位移量为 33.

9、04mm，总伸长量为26.06+33.04=59.1mm，手算方法得到的总伸缩量为 31.8x2=63.6mm，因此可以得到结论：手算方法得到的伸缩量与电算结果基本一致，手算方法是可行的。 3.结构抗震分析 本工程建筑抗震设防烈度为 8 度，设计基本地震加速度值 0.3g。对小震作用下滑移支座变形量采用 PKPM 软件进行计算，A 温度区段连续刚架，小震作用下滑移支座处位移为 49.8mm；B 温度区段连续刚架，小震作用下滑移支座处位移为 52.4mm，考虑 A 温度区连续刚架与 C 温度区连续刚架自振周期的不同，受地震作用下运动具有时差性，因此小震作用下，滑移支座的变形量考虑两者的包络为 4

10、9.8+52.4=102.2mm150mm，满足要求。 根据建筑抗震设计规范4要求 8 度三、四类场地和 9 度时，高大厂房的横向排架需要进行弹塑性变形验算，而本工程为 8 度二类场地，原不需要进行弹塑性变形验算，本文在此补充动力弹塑性计算，动力时程分析选择波，该地震波峰值加速度为 340，为模拟 8 度（0.3g）罕遇地震的峰值加速度为 510，需将地震波放大倍系数；本文计算动力弹塑性采用 sap2000 软件5，并对刚架梁、柱节点定义 M3 塑性铰，A 温度区连续刚架和 B 温度区连续刚架分别进行动力时程分析，经分析得知:A 温度区段连续刚架在罕遇地震作用下，滑移支座变形时程曲线见图 5，

11、从图 5 中可知，滑移支座最大变形量在时间 2.38s 时刻为-106.9mm。 图 5 a 温度区段连续刚架滑移支座处变形时程曲线 在最大变形时刻，刚架也没有出现塑性铰，即刚架仍处于弹性阶段。B 温度区段连续刚架进行动力弹塑性分析，滑移支座处最大变形量为100.4mm，但刚架梁、柱都没有出现塑性铰，原因在于钢柱底部为铰接，结构侧向刚度较弱，在地震作用下变形较大，反而释放了较大的内力；在罕遇地震作用下，滑移支座处最大变形量取两者包络为207.3mm150mm，此时图 2 中滑移支座的约束板 2 阻止 A、B 温度区段连续刚架互相脱开，仍然为一体,保证结构在罕遇地震下不倒塌。 根据建筑抗震设计规

12、范要求，本工程刚架跨度不超过 24m，不需要进行竖向地震作用计算。 4.其他荷载工况分析 A 温度区段连续刚架，在 1.0 恒+1.0 活荷载作用下，滑移支座位移31.9mm，b 温度区段连续刚架，在 1.0 恒+1.0 活荷载作用下，滑移支座位移 0.5mm；考虑温度和恒、活可同时存在，并考虑变形同向性，变形量应考虑两者的包络，故滑移支座位移为 31.9+0.5+41.9=74.3mm150mm，满足要求。 考虑结构为轻钢屋面，风荷载对于屋面钢梁作用为吸力，并风荷载较小，不起控制作用， 对位移量计算有利，故计算伸缩变形不考虑风荷载作用。 5.经济性和施工性能 常规伸缩缝的处理是采用双柱做法，

13、不仅增加造价，并影响到厂房建筑布置及生产的工艺布置。本工程采用滑移支座构造处理伸缩缝方案，不仅使得工程用钢量比常规双柱方案减少约为 150 吨，且保证了建筑及生产工艺的合理布局。 四、结论 本文提出一种新的伸缩缝处理方案，且在工程中加以运用，对该种构造措施的滑移支座，考虑各种荷载下的变形和对主构件产生的效应进行了分析，结果表明该滑移支座适用于各种荷载下的结构性能设计，从工程造价、施工性能综合考虑，该滑移支座具有良好的应用价值，通过本文的分析也对类似工程设计具有一定的参考意义。 参考文献 1金凌志、付强等.超长厂房伸缩缝的处理J，工程施工技术，2005.11.08 2GB50017-2003.钢结构设计规范S，中国建筑工业出版社。 3CECS102-2002(2012 版).门式刚架轻型房屋钢结构技术规程S，中国计划出版社。 4GB50011-2010.建筑抗震设计规范S, 中国建筑工业出版社。 5北京金土木软件有限公司.sap2000 中文版使用指南（第二版）M,人民交通出版社。