单层有檩屋盖厂房结构和无檩屋盖厂房结构的动力分析

维普资讯 http://www.cqvip.com ◎论　文　单层有檩屋盖厂房结构和无　檩屋盖厂房结构的动力分析　赵敦实’。　李响　（１．徐州飞：ｔｒｒ＿．Ｎ架（集团）有限公司，江苏徐州２２１００１；　２．沈阳飞虹钢结构工程有限公司，辽宁沈阳１１００３６）　［摘要］本文采用振型分解反应谱法分析了四种不同水ｊ　刚度屋盖的单层厂房结构，将厂　房的长度和宽度不断变　化，讨论各长度和跨度下四种刚度屋盖厂房结构　的动力特性及动力响应。　［关键词］有檩与无檩屋盖；厂房结构动力分析　［中图分类号］ＴＵ３１１．３　［文献标识码］Ａ　［文章编号］１００９－０１４２（２００８）０５－００３１－０３　普通钢屋架结构厂房的屋盖跟据屋面材料和屋面布置隋　况，可分为有檩屋盖和无檩屋盖。无檩屋盖的优点是屋盖横　２　单层有檩屋盖厂房结构和无檩屋盖厂房　向刚度较大，整体性好，其缺点是屋盖自蘑大，不利于抗　结构的动力特性分析　震，无檩屋盖一股用于有起重量较大的重级、特重级吊车的　厂房。有檩屋盖的优点是构件重量轻、用料省的优点，但其　整体刚度较差。本文通过增加纵向水平支撑来加强有檩屋盖　计算分析所得的各算例的前沐阶振型周期见表１、表２、　表３。　水平刚度，使其达到或接近无檩屋盖的刚度。采用有限元分　析程序对四种不同刚度屋盖的单层厂房结构进行动力分析。　表１　各厂房结构第一一　一振型周期统计表／ｓ　在构件截面大小不变的条件下，将模型不断变化，讨论相同　长度和跨度条件下的四种刚度的屋盖的动力特性及地震响　应。评价用纵向水平支撑加强后的有檩屋盖代替无檩屋盖的　可行性。　棒＾囊孵　●　ｈ　ｃ　ｄ　ｌＩ１　０．３ＯｌＳ　Ｔ一　乱３ｏａｓ　Ｙ一０．３∞３　Ｙ一０，●２．６　Ｙ由　３Ｏ鞋Ｙ—　ｏ．３ｌｏ６　，一０，３１２１　Ｙ—　ｎ‘５蔼　Ｙ—　Ｉ¨　ｌ“　Ｏ．３１９１　Ｙ—　Ｏ．３２ｏ５　￥一０，鞠　—　ｎ柏∞　Ｙ由　ｌＨ　１计算简化和假定　单层有檩屋盖厂房结构和无檩屋盖厂房结构动力分析计　算模型动力分析时，的简化和假定：　Ｉ　０．２嘲Ｙ一０．２Ｍ　Ｙ一０．曲２ｓ，一０１５５２　Ｙ—　ｌ　ｌ１．ｏ．２Ｂ豹Ｙ由　ｎ０ｅ∞Ｙ一０．２８‘３，由０．４１∞Ｙ—　０．３∞口　ｒ一０．３ｏｌＳ　ｒＩ＿　ｎ童３‘　，一　ａ删　，一　０．３∞３　Ｉ一０．３ｏ０９　ｌ一０．蹦ｌ一０４＇ｏ５　ｌ—　ｌ　Ｏ．３１１１　Ｉ一０．３ｌ耵　ｘ一０．３１６５　ｌ—　ｎＳＩ３ｏ　Ｉ冉　（１）对于有檩屋盖，只考虑檩条及轻质屋面的质量。忽　略其对屋盖结构水平刚度的贡献。　（２）吊车梁和柱的连接形式为铰接。　ｌＩＪ　０．３２５ｌ　ｘ一０．３２，９　ｌ—ｎ３３０７　ｌ冉０．５５Ｔ６　ｌ—　ｌ　０．３３∞Ｘ—　３３埔Ｉ一０　３３４１　Ｘ—ｎＳ３。３　ｌ—　１．’ｌｕ　０．３Ｉ∞Ｉ—　Ｏ．３‘６．　１—０．鲫０　３６ｏｓ　ｌ一０．Ⅻ　Ｘ一ｌ—　ｎ　５７９Ｂ　ｌ—　０∞¨　ｘ一　０＋３赫Ｔ　ｌ一（３）厂房结构的形式为单层单跨；平面形状为矩形。　（４）吊车桥架及小车的重量平均分配到中间三棍排架柱　下阶柱的上节点上。　表２各厂房结构第二振型周期统计表／ｓ　在作反应谱分析时，采用上海市的（键筑抗震设计规　程》　（ＤＧＪ９～２００３）中的地震影响曲线，７。区，场地类别为　一…—　ｌ－．　纛■冀瓣　●　蝴　ｌ—　ｎ　２２帕ｌ冉ｃ　０　拍１３　ｌ冉ｄ　０　３３∞Ｉ冉　Ⅳ类，多遇水平地震影响系数最大值取０．０８，地震加速度　０．１９，特征周期为０．９５，阻尼比为０．０２。采用振型分解法时，　取前十二阶振型。　对于有檩屋盖，檩条加轻质屋面的重量取０．３　ｋＮ／ｍ，。　对于无檩屋盖，屋面防水层加找平层和保温层的重量取　１．２　ｋＮ／ｍ　。　Ｉ－ｔ　０．２３∞ｌ一０．２３．．Ｉ一０．２搬ｘ一０　３６Ｉ＇Ｉ—　Ｉ。１　０．２‘．２　ｌ冉　０，２‘ｓｏ　ｌ冉０．２蝴ｌ一０．姗Ｉ冉　Ｉ，ｌ　０　撇ｌ—　２６５６置一０　２６７６　ＩｌＩ１　０．瑚Ｉ　Ｉ向　Ｉ∞０，２７３２　Ｉ一０　２７Ｓ２　ｌ一０，２７７３　Ｉ冉０　４３３０　Ｉ舟　ｌＩＩ　Ｏ．狮Ｏ　ｘ冉　＝８∞　Ｘ冉０．撇善冉ｏ．●筒‘　ｘ冉　ｌ１。　Ｏ．２Ｔ６５　Ｙ尚０　２７Ｇ２　一０．２－ｒ７４　Ｙ—ｏ．４１伸Ｙ棚　ｌ，１　ｏ．硼Ｙ冉ｏ．镛３５　Ｙ一０　２８５Ｉ　Ｙ内ｏ　４５４２　Ｙ冉　０　２７‘６　Ｙ一０　２７，￣７　Ｙ冉０．４Ｉ７５　Ｙ陶　吊车重量取１００　ｔ，分析时不考虑厂房结构横向和纵向围　护结构的重量。　Ｉ１。１．。０　２９２Ｂ　Ｙ一０．撤ｌ　Ｔ一０．硝　Ｙ一０．●瑚口　，内　０　２７５５　Ｙ一Ｉ时１．。０．２８∞Ｔ问０　２８１０　Ｙ向０删‘Ｙ尚０　４，￣３９　Ｙ冉　０　２９００　Ｙ向０．２９１０￥陶　Ｏ　ｚ９∞Ｙ一“＾Ｈ　Ｙ向　［收稿日期］２００８—０５—１２　３１　｝　维普资讯 http://www.cqvip.com 辽宁　建材　２００８年第５期　表３各厂房结构第三振型周期统计表／ｓ　苗屋右埴幔蹙－号　Ｉ．．Ｉ层兰广良继均壬几　垧层兰广良　●　．　口　崩蘸舯　Ｃ　Ｏ　。　结构的地震响应分析…………一　…　盖类型的厂房结构的内力和位移均有不同程度的变化。　３．１　最大位移　０．丝Ｉ＇Ｉ，ｌ■０．２２２９扭＃０．２２３６蜘转０．２９２３掼■　１　Ｊ　：　ｏ．２啪丑－ｏ．２ｔ８７扭转ｏ．２ｌ粕扭转ｏ．２９３５期转ｏ．２３６６扭■ｏ．２瑚扭转ｏ．２３９６　ａｌＮ　ｏ　３５９９扭转　２５１３扭■ｏ．３９４７扭转　ｎ　２ｌ９６蜘－ｏ．２ｔ９５扭转ｏ．２ｌ９３扭辅ｏ．２９８０扭－　Ｘ、Ｙ方向水平地震荷载作用下，不同跨度、长度及屋　地震作用下各厂‘房结构柱顶的Ｘ向、Ｙ向最大位移统计　ｉ，　．｛　１　１ｎ　１ｌ１　ｏ．２４１４扭糟０．２４２９扭转０　２４４０扭转０．３７８１　ａｌＮ　ｏ．２４９２　ＩＩｔ．簟０．２５０６扭辅　０．２９３扭糟ｏ．２４１３　ａｌｌ＃０．２４４３　ｌｌｔｌ＃ｏ．３８３７扭■　田图２　夷４　ｌ越　ｏｔ２４８３扭　乱２５０６扭糟ｏ・册扭－ｏ・‘Ｉ３．扭藉　撇：ｆ　＿ｌ／，　：　’　＿　－ｌ　１　１ｌｅ　２３０．扭■：２２　：：０．　４３６：扭转：　９２３：扭转：扭转ｏ　２５２３扭转ｏ　２５３Ｓ扭转ｏ．４２６４茁鞴　；　｝．＿　，—　ｔ－ｅ－，　｛Ｉ　广　・　ｎ　２．８．扭转丘　‘　圉　‘　１．　２Ｂ“墨■　２６６２扭转０．２６８５擐转０。删船■　‘　‘　‘　Ｉ　…一一一舭魍　…　０　ｉ　圈９刚　０　围各种不同屋善厂雇结构＃而的付憨对　ｌＩ’Ｉ　……—…　……Ｊ……・Ｊ　ｒ　１　蓦，－———＿●＿—＝＿—＿＿　，＿¨　‘　１．二ｌ＝…　－ｕ　３　。一　．　Ｉ：辨　０　１５　ｎｌ　●　ｈ　ｃ　ｄ　０．４Ｓ　ｔ＂￣”：＿ｆ　一　＿　一一　。；‘　＾“——ｔ　　ｔｌ　表４各厂房结构×向、Ｙ向柱顶最大位移统计表／ｍｍ　０　１５　－　●　ｂ　ｃ　ｄ　１Ｉ一　ＩＩＩ　Ｏ　５５　Ｏ　５　一　●　鞲　．一．　●一Ｔ２　譬一　ｔ　４　蠹＝＝　——厂璃■ｅ　・　一　１一　Ｙ日　１由　ｂ　耀■羹疆　ｃ　’向　１向　Ｙ冉　１向　ｄ　Ｙ冉　二～一：一一．　Ｏ：　…一　…二一ｊ　ｉ　厂房结构柱顶的ｘ向、Ｙ向位移均明显　大于　妥　产　ｘ　。　‘　＆移。。　且位　值　别　周期的影响　，Ｊ　霉　苎　粤　…　厂　度箱　加　加　一。　Ｉｌ　（３）ｄ类型辱尊　‘　结　有！三　篓　里　罢　．　、　～　２　：兰　的水平刚度依次增大，而三　ｌ构　璧差　琴銮　摹宴　｜Ｊ皇　要三　望　：　皇　型　要董　种类　厂　结‘ｘ向　’苛　￣托，ｌｍ－　７　说明　屋盖的水　屋盖重量也要远远大于其它类型Ｊ只量　曼垂　『‘房结构的屋盖重量同　簧　革　ｉ矗　二定　日；：。增加　只，寸　栖水平位移的　因此　～……一……一　。。…’一。。　。。。　，，，　（２Ｊ当皇鉴壁　苎　竺　Ｉ房　譬不享　笙　三　＝二．星矍譬　詈分的刚度对结构　坚　翌　妻　、　．，｝｝类　厂房结构　是篓构　壁尊　要曼翌　王萎烹　的位　…　着厂　房长度和跨度的增加，备类型厂房结构柱顶　从而ｄ类型屋盖厂房结构前三阶振型的周期　…一～…一一～　…一　一　…。　。ｌ要明导大于ａ‘、　曼　．　要篁　憩三　篓　粤　：一　；　’　倾覆弯矩　里蓍　！望　ｃ三　：曼篓　！翌结　期　　：　孥　曼差　…　苫　薯　－最大倾覆弯矩统计见表ｓ　一…一………　。　…　。　加望霎曼　结　些　．　星　度达到　定程度时，增加屋盖的刚度对结构周期的影响很小。　一矩均　显　。　菩　构基底的ｘ向、Ｙ向最大倾覆弯　姜ｉ　吾　ｘ　Ｙ　３２　Ｉ　　【维普资讯 http://www.cqvip.com ◎论　表５各厂房结构ｘ向基底最大倾覆弯矩统计表／ｋＮ。ｍ　…一　文　４　结论　本文采用振型分解反应谱法分析了ａｂ、Ｃ、ｄ四种类　、囊■囊董　●　ｂ　ｃ　ｄ　Ｉ＿ｌ　ｌ文∞　挖　ｌ文ｌｌ　２１．∞　型屋盖的单层厂房结构，在构件截面大小不变的条件下，按　Ｉｔ＋　Ｉｎ　Ｉ　ｌ矗　ＩＨ　１４＋０７　１４１．１１　ｌｔ　７１　墩∞　２０．３０　娩诧　１４１．１５　１４１．钟　ｌｔ　ｓ５　ｌ　．。　２０．　麓．髓　１４．１２　１４．７。　ｌ＾　ｌ孰ｌ７　缸舯　娩确　２３．饽　矩．。　３３，∞　∞．７。　廿．∞　Ｉ．．１．　厂房长度和跨度的不同分析结构的动力特『生和响应，通过大　量的计算和分析，得出以下结论：　（１）各类型厂房结构的前３阶振型的变化基本相同，但　无檩屋盖厂房结构振型的周期要明显大于有檩屋盖厂房结构　振型的周期，说明无檩屋盖的刚度贡献与质量贡献之比要小　于有檩屋盖的刚度贡献与质量贡献之比。　（２）无檩屋盖厂房结构的各项地震响应均明显大于有檩　屋盖厂房结构的地震响应。　（３）无檩屋盖厂房结构与有檩屋盖厂房结构的各项地震　响应的差值分别随着厂房长度和宽度的增加而增加因此，　。ｌＨ　１＂　Ｉｎ　Ｉｍ　Ｉｔ　Ｉｎ　２３．Ｂ　赶ＩＩ　蕊Ｉｌ　２７．３７　１９　强∞　２Ｓ．４７　∞　∞　２７．７Ｂ　．６３　２．．恐　２５．饽　∞．６２　硪２２　３０．１０　ＳＯ．Ｉ￣　镰１４　５２．９ｌ　６１－Ｓ　７０－３３　加。结构的变形在弹性范围内，结构所受的力与相应的位移　成正比，因此，从ａ到ｄ，厂房结构基底最大倾覆弯矩的变　化规律与位移的变化规律相一致。　在满足屋盖水平刚度的要求下，厂房长度越长，跨度越大，　使用有檩屋盖更具有优越性。　（４）在结构质量及其它条件不变的情况下，当屋盖的水　（２）随着厂房长度和跨度的增加，备类型厂房结构基底　的倾覆弯矩均增加。　（３）ｘ向的基底倾覆弯矩远小于Ｙ向的基底倾覆弯矩。　排架柱在Ｙ方向的截面模量大约为ｘ方向的截面模量的１Ｏ　倍，而结构Ｙ方向的位移和ｘ方向的位移相差不是很大，　所以结构ｘ向的最大基底倾覆弯矩远小于Ｙ向的最大基底　倾覆弯矩。　３．３排架柱最大轴力　平刚度达到一定程度时，增加屋盖的水平刚度对结构的周期　及地震响应的影响很小。　通过对无檩屋盖和有檩屋盖厂房结构的静力及动力性能　的对比，可以看出，纵向水平支撑加强后有檩屋盖的水平刚　度已经比较接近无檩屋盖的水平刚度，而其地震响应要比无　檩屋盖小得多，因此用纵向水平支撑加强后的有檩屋盖代替　无檩屋盖在结构上是可行的。　参考文献：　各厂房结构排架柱最大轴力统计见表６。　表６各厂房结构排架柱最大轴力统计表／ｋＮ　．　。　【１］王肇民．建筑钢结构设计【Ｍ］．同济大学出版社，２００１．　【２］刘大海，杨翠如．厂房抗震设计【Ｍ］．中国建筑工业出版社，　１９９７．　曩量囊！ｌｌ　■　ｂ　吲　７摹．０３７　［３］黄兴棣，邱洪兴．单层厂房结构［Ｍ］．中国建筑工业出版社，　ｃ　ｄ　１４８．瑚　ｌ７５．∞●　１９９５．　Ｉ．．　ｌｌｌ　Ｉｆ＋７１．嘲　７　｜４７　ｒ．∞ｌ　豫０瞄　１４Ｊ陈骥．钢结构稳定理论与设计（第二版）【Ｍ］．科学出版社，　２００３．　０　鞠７　甜．瑚　瓠２０ｌ　∞１．呻ｌ　ｌｎ　Ｉｎ　Ｉｎ　盯．蝴　‘．Ｉ　ｌａ幺ｍ　１１４．９坼　麓．●Ｔ７　％＿瑚　１０￣Ｉ．唧　儿‘７１１　∞．∞ｌ　眠脚　１０６．１１４　ｌｌ＆Ｓ１４　ＩＩＨｉ．．５７　２３０．磁　蜥，４５１４　２概０∞　［５］吴敏哲，赵桂平．单层工业厂房地震反应的高振型影响ｌＪＪ．　西安建筑科技人学学报．１９９４，３．　【６］Ｉｂｒａｈｉｍ．Ｔ．Ｍ，ＬａＢｏｕｂｅ．Ｒ．Ａ，Ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　Ｃｏｌｄ—ｆｏｒｍｅｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｒｏｏｆ　Ｔｒｕｓｓｅｓ　ｕｎｄｅｒ　Ｃｏｎｃｅｎｔａｒｔｅｄ　Ｌｏａｄｓ．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｏｎｓｔｕｃ—　ｒＩｎ　１２Ｓ．３啦　！２６．嘲　１２８．７５１　３２４．３１１１　ｔｉｏｎａｌ　Ｓｔｅｅｌ　Ｒｅｓｅａｃｒｈ，１　９９８，４６（１—３）：１　７６—１　７７．　Ｉｎ　Ｉ“　Ｉ－　Ｉｄ　１３＂／．１８＂／　１４０，ｔｏ７　ｌｓ‘．７９３　１１＇０．１Ｂ　１３９．０３４５　１４３．２‘３　１５６．７１１　１７＂２＋４４７　１４１．∞３　ｌ慨７１３　ｌ虢躺ｌＴ５ｌ瞄　耵ｚ稍　强１．２３７　４１４．Ｉ５２　●　５Ｔ５　【７］杨永秀．对钢结构有檩屋盖单层厂房整体空间作用的探讨　ｌＪ１．钢结构２００３．６．　【８］徐建等．单层厂房抗震设计【Ｍ］．地震出版社，２００４．　，，『９童根树，李东．厂房纵向支撑体系的设计强度和刚度要求　９ＪｌＪ１．浙江大学学报，２００４．５．　【１０］ＧＢ５００１　１－２００１建筑抗震设计规范【ｓ］．中国建筑工业出版　社，２００１．　【１１】杜成斌，苏擎柱，曾国洪．带有参数菲确定『生的单层厂房结　构的地震响应［ＪＪ　可海学学报，００２．２５．　【１２］Ｌｙｎｎ　Ｓ　ＢｅｅｄｌｅＳｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　Ｍｅｔａｌ　ｓｔｕｒｅｕｔｒｅｓ．Ａｗｏｒｌｄ　Ｖｉｅｗ，　．由表６得出如下结论：　备厂房结构排架柱最大轴力的变化规律与结构位移及倾　覆弯矩的变化规律相基本一致。由于各厂房的形状规则，质　量分布均匀，结构的质量中心和刚度中心重合，因此，结构　在地震作用的扭转效应很小，可以忽略。　Ｓｃｅｏｎｄ　Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｕ．Ｓ．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ　Ａｇｅｎｃｙ．１９９１．▲　３３