游乐园多跨不等高钢框架结构设计.pdf

7 2 低温建筑技术 2 0 1 1年第 1 2期( 总第 1 6 2期 ) 游乐园多跨不等高钢框架结构设计 计静 ， 赵一 ， 常亮 ， 杨丹 ， 邢菲 ( 1 东北石油大学防灾减 灾工程及防护工程省级重点实验室 ， 黑龙江大庆1 6 3 3 1 8 2 盈都桥梁钢构工程有限公司 杭州3 1 4 4 2 3) 【 摘要】 结合黎明湖游乐园钢结构滑道， 开展了该滑道 2 榀不等高不等跨的钢框架的设计 ， 给出热轧圆钢 管材料、 截面的选取以及荷载的统计， 采用有限元软件 A N S Y S对结构的内力和变形进行了计算， 并与相应规范进 行了对比， 均满足规范要求， 最后给出了构造措施 ， 为今后同类工程的设计提供参考。 【 关键词】 A N S Y S ； 设防； 变形； 构造措施 【 中图分类号】 T U 3 9 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 1 ) 1 2 0 0 7 2 0 3 1 工程概况 位于大庆市萨尔图区的黎明湖经多年改造修建 后 ， 已成为居民和旅游者游玩的好去处， 为增设水上和 冬季冰上的娱乐项 目， 在黎明湖岸边建造了一坡形滑 道， 滑道在夏季作为流水滑道， 在冬季作为滑雪坡道， 供游客们滑雪。 考虑到黎明湖岸边的地理条件及滑道需要延伸 到湖面上， 最终采用了钢框架结构作为滑道的支撑体 系， 同时把滑道下侧的空间用轻钢结构 围护起来作为 管理办公室和售票处 ， 充分利用了空间， 结构的侧面图 如图 1 所示。两侧布置相同， 之间用横梁相连， 根据设 置的滑道 的宽度要求， 坡道连接横梁的计算长度为 8 4 m， 在轴到轴之间的 5榀框架未设置中柱 ， 为 单跨二层框架； 在轴到轴之间的 5榀框架设置了 中柱 ， 为二跨多层框架， 坡顶横梁之间设置 5道次梁， 柱距为 3 6 m， 底层层高为 3 6 m， 其它层为 3 3 m。总 高度为 1 0 2 m， 轴到轴之间的 5榀框架柱底部在 水面下 3 0 m处， 在轴的柱间设置了支撑 ， 有利于抵 抗垂直滑道方向的水平作用。在轴和轴之间为湖 边散步路 ， 因此未设置房间。该构筑物设计使用年限 为5 0年， 抗震设防烈度为 6度， 抗震设防类别为重 点设防类 ， 抗震等级为四级 ， 基础采用柱下独立基 础， 基础埋深为2 1 m 。本文介绍了该单跨不等高钢结 构框架的设计， 采用有限元软件 A N S Y S 对结构的内 力和变形进行了计算并与相应规范进行了对比， 为今 后同类工程的设计提供参考。 2材料和截面的选取 钢材选取 Q 3 4 5 D级 ， 混凝土强度等级取为 C 3 0 ， 框架梁与柱均采用热轧无缝圆钢管 】 ， 轴到轴之 间的5榀框架框架柱的截面尺寸为 , 1 , 3 5 1 X 1 6 ， 框架梁 和坡道斜梁的截面尺寸 2 5 x 1 6 ； 轴到轴之间的 5榀框架框架柱的截面尺寸为 担0 0 X 6 ， 框架梁和坡 道斜梁的截面尺寸 ,1 , 1 8 o 5 ， 次梁的截面尺寸为 + 1 2 o 图1 钢框架结构侧面图 X 4框架梁柱之间焊接 ， 次梁与框架梁之间采用螺栓 连接， 采用内夹 1 0 0 m m厚保温材料的彩钢板作为围护 结构 ， 楼板采用压型钢板组合楼板， 混凝土板厚为 1 0 0 m m， 柱脚采用 Q 3 4 5 级锚栓锚在基础中。为防止钢 管受到环境的腐蚀， 采用镀锌钢管， 位于水下的钢管表 面采取特殊处理， 避免湖水的侵蚀。 3 内力计 算与分析 3 1 荷载统计与计算简图 坡顶的恒荷载除结构自重外， 还包括冬季的滑道 上 的 雪 荷 载 ， 经 计 算 恒 荷 载 为 1 k N m 2 ， 活 载 取 为 2 5 k Nm2 ，楼面恒荷载和建筑取法相同 】 ， 包括结构 楼板、 吊顶及地面砖的自重， 总重为3 k N m ， 活载取为 2 5k N m2 ，通过图 2可以看出， 轴和轴的框架受 力最大， 轴和轴的框架计算简图如图2和图 3所 示。K J 1 代表轴框架 ； K J 2 代表轴框架。 图2 K J 1 计算简图 图3 K ,I 2 计算简图 计静等： 游乐园多跨不等高钢框架结构设计 7 3 3 2 有限元仿真分析 采用 A N S Y S 数据库 中 B E A M 3单元 模拟梁和 柱， 该单元为二维线弹性单元， 需给出截面的面积、 惯 性矩和高度。材料的弹性模量为 2 0 61 0 “ N ra m ， 泊松比为 0 3 。首先建立关键点， 连线形成几何模型， 进行网格划分， 在柱底施加约束 ( A L L D O F ) ， 然后施 加均布荷载 ， 求解。有限元模型见 4和图 5 。经分析 得到的轴和轴框架的弯矩分布见图 6和图7 。 胃 图4轴框架有限元模型 图5 轴框架有限元模型 囝 图6 K J 1 弯矩分布图 图7 2弯矩分布图 图8 l ( J l 剪力分布 图 图 9 l ( J 2剪： 匀分布图 图 l O l ( J l轴力分布图 图 1 l K J 2轴力分 布图 2个框架的内力最大值如表 1 和表2所示。 从表中可 以看 出， 其 中受力较大的是 K J 1梁和 I J 2柱， I C I 1梁支座的强度承载力为： 一M = =1 0 3 7 N：mi l l r W ( 1 ) o 1 1 5 1 1 4 3 8 4 1 0 、 K J 2柱的轴压 承载力 为 ： = =9 0 8 7N 二 者 均 小 于 Q 3 4 5级 钢 材 的 强 度 f=3 1 0 N m m 。经过对框架梁、 柱截面的承载力验算， 均满足 钢结构设计规范 的要求。 表 1 K J 1 最 大内力值 4变形 K J 1 和 I ( J 2的结构变形 如图 1 2和图 1 3所示 。 l l I l I l l I l l l I+ _ 图l 2 K J 1 结构变形图 图1 3 l ( J 2 结构变形 图 从图中可 以得到 K J 1的梁跨 中变形最 大， 为 2 5 9 8 ra m 。K J 2的梁跨中变形也最大， 为 1 3 6 2 ra m， 由 钢结构设计规范 附录 A可知， 梁的挠度允许值为 L 3 0 0 ， K J 1 和 K J 2中梁的跨度分别为 8 4 m和4 2 m， K J 1 梁的变形 2 5 9 8 ra m = 8 4 0 0 m m 3 0 0=2 8 ra m； K J 2梁的变形 1 3 6 2 ra m 0 8的钢材， 且 钢管壁厚不宜大于2 5 m m， 本工程钢材符合相关要求。 7 4 低温建筑技术 2 0 1 1年第 1 2期( 总第 1 6 2期 ) 浅谈轻型 门式刚架 的加 固处理 肖 彤 ， ( 新疆大学建筑 工程学院 李守恒 乌鲁木齐8 3 0 0 4 7 ) 【 摘要】 近年来， 我国在单层工业与民用房屋的钢结构中， 较多地应用了轻型门式刚架结构， 而此类门式 刚架对于风荷载和竖向荷载均较为敏感， 稍有不慎， 即可酿成事故。本文介绍一起门刚事故的加固处理方式 变I - J f 为普钢的加固法， 供类似工程参考。 【 关键词】 轻型门式刚架； 加固处理； 严重变形 【 中图分类号】 T U 3 9 1 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 1 ) 1 2 0 0 7 4 0 2 REAS EACH ON THE RED F oRCE TREATMENT oF L I GHT DoOR F RAM-E XI AO To n g，LI S h o u h e n g ( C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e ri n g ， X i n j i a n g U n i v e r s i t y ， U r u m q i 8 3 0 0 4 7 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n r e c e nt y e a r s ，Chi na g i n du s t ria l a n d c i v i l b u i l di n g i n s i n g l e s t e e l s t r u c t u r e，l i g h t d o o r f r a me s t r u c t u r e i s wi d e l y a p p l i e da n d t h e d o o r f r a me t o w i n d l o a d a n d v e r t i c a l l o a d a r e s e n s i t i v e I f c a r e l e s s l y a b i t ，i t c a n p r e c i p i t a t e a c c i d e n t s T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e d o o r f r a me s t r u c t u r e a c c i d e n t w i t h t h e r e i n f o r c e t r e a t m e n t ， r e f e r e n c e f o r o t h e r s i mi l a r p r e c t s Ke y wo r d s ： l i g h t d o o r fl a me ； r e i n f o r c e me n t ； s e rio u s d e f o r ma t i o n 1 工程概况 工程为位于新疆喀什市， 为一小型沙盘厅， 平面尺 寸为 1 6 m( 跨度) 2 0 m( 5开间柱距 4 m) ， 檐 口高度为 4 3 m， 屋脊高度为7 m。抗震设防烈度为 8 5度( 0 3 g ， 三组) ， 原设计为单跨双坡门式刚架结构 ， 施工时为满 足建筑在屋面挂烧结粘土瓦的要求 ， 在未征得结构设 计人同意的情况下私 自在压型钢板上浇注了平均厚 度约为 l O O m m的钢筋混凝土层。由此变轻质屋面为 重屋面 ， 荷载急剧增大 ， 最终 导致 门架产 生严重 变形 。 屋脊处最大下沉约 1 9 0 m m， 刚架柱最大侧移约 6 2 m m ( 见图 1 ) ， 门刚立柱与斜梁交接处明显弯曲变形。 2加固方案 由于沙盘厅急需尽快投入使用， 不允许采用卸载 重建的方案， 最后决定采用变门式刚架为三角形屋架 结构的恢复性加固方案， 即在梁柱节点处增设下弦杆 ， 在下 弦杆与钢梁之 间增设 腹杆形成 三角形屋 架形式 。 下弦杆主要承受水平拉力 ， 选用等边角钢组成双角钢 组合截面。斜腹杆受力不大， 亦采用双角钢组合截面； 钢框架节点处设置 b l 0 0 X 6的支撑 ， 加 强节 点 的 刚度和稳 定性 ， 如图 l 4所示 。 6结语 结合黎明湖游乐园钢结构滑道， 进行 了2榀不等 高不等跨的钢框架设计， 给出材料和截面的选取， 进行 了荷载的统计 ， 采用有限元软件 A N S Y S对结构的内力 和变形进行了计算， 并与相应规范进行了对比， 均满足 规范要求， 最后给出构造措施， 为今后同类工程的设计 提供参考。 参考文献 1 G B 5 0 0 1 1 2 0 1 0 ， 建筑抗震设计规范 S 2 G B 5 0 2 2 3 2 0 0 8 ， 建筑工程抗震设防分类标准 s 3 郝文化 A N S Y S 土木工程应用实例 M 北京： 中国水利水电 出版社 ， 2 0 0 5 ： 5 4 G B 5 0 0 1 7 2 0 0 3 ， 钢结构设计规范 s 5 G B 5 0 0 9 1 2 0 0 1 ， 建筑结构荷载规范 s 6 刘涛， 杨凤鹏 精通 A N S Y S M 北京： 清华大学出版社， 2 0 0 2 7 龚曙光 A N S Y S 工程应用实例解析 M 北京： 机械工业出版 社 。 2 0 0 3 【 收稿日 期】 2 0 1 l 一 0 9 一 l 5 作者简介 计静( 1 9 7 7一) ， 男， 黑龙江五常人， 博士， 副教 授 。 主要从事土木结构方面的科研 与设计 。