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        朗筑解讀:門式剛架計算按三維還是二維?

        朗筑解讀:門式剛架計算三維還是二維?

        現在很多審圖辦認為廠房應該三維建模整體計算才能真實反映實際情況,筆者認為這個觀點值得商榷。
        首先,門式剛架規范優先推薦按照平面結構分析計算。
        《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規范》(GB 51022-2015)6.1.2 : 門式剛架不宜考慮應力蒙皮效應,可按平面結構分析內力。

        第一、因為縱向有柱間支撐,縱向剛度幾乎可以看成很大很大,橫向和縱向剛度如何協調變形?
        第二、因為屋面板都是開大洞的(屋面肯定有采光帶),無法協調空間整體變形,整體建模就是假的,實際上是實現不了的。
        第三、就算可以協調空間整體變形,縱向力怎么分配?因為縱向有的有柱間支撐,有的沒有,如果全部都由柱間支撐承擔,那么整體建模又有什么意義?

        解讀:

          應力蒙皮效應是指通過屋面板的面內剛度,將分攤到屋面的水平力傳遞到山墻結構的一種效應。應力蒙皮效應可以減小門式剛架梁柱受力,減小梁柱截面,從而節省用鋼量。但是,應力蒙皮效應的實現需要滿足一定的構造措施:

          1自攻螺釘連接屋面板與檁條;

          2傳力途徑不要中斷,即屋面不得大開口(條形坡度方向的采光帶);

          3屋面與屋面梁之間要增設剪力傳遞件(剪力傳遞件是與檁條相同截面的短的C形或Z形鋼,安裝在屋面梁上,順坡方向,上翼緣與屋面板采用自攻螺釘連接,下翼緣與屋面梁采用螺栓連接或焊接);

        4廠房的總長度不大于總跨度的2倍;

        5強大的端框架:山墻結構增設柱間支撐以傳遞應力蒙皮效應傳遞來的水平力至基礎。

        應力蒙皮導荷示意圖

        采用應力蒙皮概念設計的廠房,端框架必須剛強,因為水平力要匯聚到端框架上,同時滿足以上五條構造措施是很難,因此,大部分實際的廠房是不能考慮蒙皮效應的。

        鋼梁和鋼柱通過高強螺栓連接→平面門式鋼架

        平面鋼架通過支撐和體系桿→空間鋼架

        圍護材料+基礎→輕型鋼建筑

        忽略實際結構的蒙皮效應后可以得到由空間梁系組成的空間剛架,忽略空間剛架的空間共同工作效應后可以得到由平面梁系組成的平面門式剛架。忽略結構柱腳與基礎之間連接的彈性剛度后可以得到理想的鉸接或剛接的結構支座條件。由實際輕鋼結構提取計算模型的過程如圖2-8所示:

         

          因此,門式剛架采用二維建模計算和設計是符合規范設計要求的。門式剛架體系的整體性依靠檁條、墻梁及隅撐來保證,從而減少了屋蓋支撐的數量。支撐多用張緊的圓鋼做成,很輕便。梁、柱多采用變截面,截面與彎矩成正比;腹板高厚比較大腹板厚度較薄,在設計時利用其屈曲后強度,以節省材料。當然,由于變截面門式剛架達到極限承載力時,可能會在多個截面處形成塑性鉸而使剛架瞬間形成機動體系,因此塑性設計不再適用。

         

        其次,可以通過門剛規范間接證明。
        6.2.6  當房屋的縱向長度不大于橫向寬度的1.5倍,且縱向和橫向均有高低跨,按整體空間剛架模型對縱向支撐體系進行計算。
        解讀:

        一般情況下,大部分常規廠房均適用于兩個主軸方向分別計算水平地震作用,但是對于平面不規則的廠房質量與剛度分布是明顯不對稱的,規范6.2.6特指的是針對縱向支撐體系采用空間整體模型計算,如果我們能夠準確或者偏于保守的簡化計算縱向地震作用,也無需整體建模否則規范就不是,而是!。因為門式剛架一般是平面建模計算,即使有的軟件能夠能夠三維建模計算,但是考慮到橫向和縱向剛度的差異性以及屋蓋大量的采光帶(相當于開大洞)無法準確計算。結論規范6.2.6給了電算,也給了手算。
        對于復雜結構,如果手算可以確保安全縱向支撐分配縱向荷載,無需三維建模計算;如果覺得不能確保安全,就三維計算縱向支撐。規范擔心復雜結構如果設計師概念不足可能手算縱向支撐分配的地震作用誤差較大,給出了用軟件來幫忙一個選擇,但并不是強制性的!
        提醒剛架依然是二維計算,而不是三維!因為前面的那些剛性假定由于門式剛架的特點是無法克服的!

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