某大型厂房超长结构分析

【摘 要】通过对某大型厂房案例的分析，较详细的阐述了如何设置伸缩缝的问题。在伸缩缝处既能释放网架温度应力，又能做到不设置双柱，满足工艺要求，并节约成本。可供工程设计人员参考。

【关键词】厂房结构；伸缩缝；网架：温度应力

1 厂房结构方案简述

该厂房立面采用双脊双坡,屋面坡度5%,檐口高度为11.528 m。墙体采用240 mm厚粘土砖墙,沿高度方向设3道圈梁,屋面采用0.5 mm厚单层压型钢板,下部衬75 mm厚保温玻璃棉并配金属网。厂房车间主体柱网24m*24m，纵向长度336m；横向长度144m。地震作用本工程抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，基本地震加速度值为0.1g，场地特征周期为0.9s，多遇地震下水平地震影响系数最大值为0.08，钢结构阻尼比0.02。

2 温度缝的设计思路

温度缝的设置是为了防止温度应力过大致使建筑物开裂, 在一定长度范围内根据建筑物的结构体系不同而设置伸缩缝,是规范所规定的内容。一般建筑物都不计算温度应力,计算结果应力过大无法满足设计要求,且与实际情况有出入,所以不能作为设计依据,这主要是由于混凝土不是完全弹性的，且有应力松弛、徐变等因素, 所以对温度引起的应力一般采用构造措施来解决。从以上情况看,处处设缝,处处分块是不妥的,要改变这种传统的做法, 通过平面调整采取构造措施,尽可能地不设缝或少设缝，而且《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）也允许在有充分依据和可靠措施的前提下适当增大伸缩缝间距。

该厂房长336米，会产生很大的温度应力。按照《钢结构设计规范》（GB50017-2003）第8.1条规定，在柱顶铰接的情况下，厂房横向（沿跨度方向）温度区段长度最大为150米。故应将厂房在结构上分成三段，设置两道伸缩缝。现根据伸缩缝处不同的边界条件，分成四种模型：

模型一：双柱即按常规做法，在车间内设两排双柱，并将网架在双柱处分段，由此使超长结构分成三个独立的结构单元。

模型二：不设缝即考虑到工艺要求，整片网架不设缝，车间内全部采用单柱。

模型三：两边铰支即整个网架设两道缝，分成三个独立的单元，在伸缩缝处设单柱，柱顶与两侧网架用铰支座连接。

模型四：一边滑动,一边铰支即整个网架设两道缝，分成三个独立的单元，在伸缩缝处设单柱，柱顶与网架连接，一边为铰支座，一边为滑动支座。

利用Midas Gen来对比以上不同边界条件的四种模型进行内力、位移的计算。计算结果见表1。计算的模型只在伸缩缝处有区别，其他条件如网架杆件尺寸、柱截面、荷载等均相同。表1几种模型的位移、应力、反力对比

空间位移

根据表1的计算结果和图一至图四进行对比和分析，可以看到：

1）柱应力对比：温度作用下，几种模型的柱最大应力相差较大，模型一和模型四的边界条件可以明显减小温度作用下柱的应力，而模型二和模型三引起的柱温度应力较大，其中模型二的条件下柱应力超过了模型四条件下柱应力的79.2%。

2）柱顶反力对比：对比温度作用下的柱顶水力，模型一和模型四的边界条件情况下，柱顶反力要小很多，模型二和模型三的情况下柱底反力几乎是前两者的3倍。模型四可以有效释放顶部的约束，减小网架对柱的水平推力。

3）X向柱顶水平位移对比（Y向柱顶水平位移值比较接近）：模型四的边界条件情况下，柱顶的水平位移最小，模型一的柱顶位移稍大。模型四允许网架侧移，减小了柱顶反力，也减小了温度作用下柱顶的位移。模型二和三比前两者大了近3倍。

计算结果显示以上柱应力、柱顶反力、柱顶水平位移的最大值均发生在边柱，说明温度对边柱的影响最大。图一至四也直观地反映了模型一和模型四有效地释放了温度应力，减小了对边柱的影响，故结合本工程工艺要求，采用了模型四设计，下图5为施工中的伸缩缝处的情景。

3 解决温度应力的方法

根据以上分析，造成温度应力的根本来自于网架，如不分段就需钢柱来约束网架变形，这会产生非常大的温度应力，尤其是对边柱的影响较为明显，这显然是不可行的。网架分段是必须的，不设双柱的情况下在网架与柱连接的支座的形式是关键，在网架分段处即伸缩缝处的一个柱顶上，如设两个铰支座，网架分成三段后自身的温度应力得以解决，但整体计算后，边钢柱的温度应力仍很大，这是因为设铰支座后整体仍是336米，故钢柱应力、位移未有改善。如把两个铰支座均改为滑动支座，解除水平方向的约束，再进行整体计算，虽然钢柱温度应力大大减小，但柱顶两个支座都为滑动支座后，柱顶失去约束，柱成为了悬臂柱，对柱的受力极为不利，此方案不可采用。将柱顶的一个支座设为铰支座，另一个设为滑动支座（即模型四），经整体计算后，既能有效释放温度应力，又能满足柱的连接要求，有效地解决了设置伸缩缝又不设双柱的问题，从结构角度合理有效地满足了工艺的要求。

4 结 语

现如今无论是业主方、设计方、甚至施工承包商已将设计作为龙头，要求工程设计优化提前至初步设计、甚至更早，这就要求广大设计人员勤于思考、勇于创新，跳出原有的条条框框，更应注重结构的概念设计，从结构布置及方案措施优化出发，选择合理的结构方案，方可做到安全可靠、经济合理，使厂房结构的优化设计工作得以真正实现。