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    网架结构在汽车工业厂房应用浅论

     网架是由很多杆件从两个或几个方向有序排列组成的高次超静定空间结构,网架杆件相互支撑作用,在任一种荷载工况下,所有杆件均参与工作,充分利用了材料的性能,从而达到节约材料的目的。网架结构实际受力与工程力学计算结果比较接近,杆件制作简便、工厂化程度高、施工工期短等特性是其突出的优点。 
      1 空间网架结构体系简述 
      1.1 网架结构型式 
      网架结构[1]根据网格形式不同分为:交叉桁架体系;四角锥体系;三角锥体系[3]。 
      单层汽车工业厂房的网架结构一般采用正交正放的四角锥网架,这种结构造型简单、制造方便、特别是在有悬挂吊车的情况下[2],具有较大的空间刚度的正放四角锥网架比较有利。 
      1.2 网架支承形式 
      网架与柱的节点连接方式分为:上弦支承式和下弦支承式。 
      上弦支承对网架平面内本身的稳定比较有利,但对柱子的稳定不利。汽车工业厂房中因工艺要求一般采用大跨度、大柱距的网架结构,一般采用下弦支承[5]。 
      1.3 网架支座形式 
      网架支座的选取原则为:网架设计支座的力学模式必须和设计的支座构造保持一致。 
      网架支座分为压力支座节点和拉力支座节点。压力支座节点主要有:平板压力、单面弧形压力、双面弧形压力、球铰压力支座节点。拉力支座节点主要有:平板拉力、橡胶板式、单面弧形拉力支座节点。在汽车工业厂房中,运用较多的是平板支座,单面弧形支座。 
      1.4 网架球节点 
      网架球节点形式有焊接空心球和螺栓球两种。焊接空心球节点构造简单,传力明确,但现场焊接工作量大,焊接质量要求高,且焊接变形易引起尺寸偏差。螺栓球节点避免了大量的现场焊接工作量,且零配件规格便于系列化、标准化,适用于工业化生产。但螺栓球节点也存在如节点构造复杂、机械加工量大、制作费用较高等问题,一般适用于中小跨度网架,杆件长度不超过3m为宜。 
      2 网架设计一般原则 
      2.1 杆件计算长度及容许长细比 
      网架杆件计算长度根据球节点形式确定。当采用螺栓球时,弦杆及支座腹杆、腹杆计算长度均为1.0L;当采用焊接空心球时,弦杆及支座腹杆计算长度为0.9L,腹杆计算长度为0.8L。(L为杆件的几何长度) 
      网架杆件中拉杆容许长细比取值:直接承受动力荷载杆件、支座附近杆件为250,一般杆件为300;压杆容许长细比取值为180。因网架结构下弦工艺荷载为均布荷載,应考虑最不利布置形式,除满布荷载以外,还应按照棋盘式布置荷载。 
      2.2 网架高度与杆件选取 
      网架的高跨比可取为1/10~1/18,通常在2~6 m范围内;网格的长宽宜相等,也可以不等,网架在短向跨度的网格数不宜小于5。网架杆件的长度一般控制在3~6 m,腹杆与地面夹角应控制在30~60度,以45度为宜,腹杆的内力一般仅为上下弦杆内力的1/3~1/6[4]。为了提高网架的刚度,网架挠度控制值提高为1/300,以满足工艺吊挂对网架刚度的要求。 
      3 实例分析 
      某厂房焊装车间总长为248m,宽度54m,主要柱网为27mx24m,厂房内工艺荷载分布均为且较大(主要为3KN/m2)此厂房屋盖设计宜采用空间网架结构[5]。根据温度分区,焊装车间长度方向划分为120m和127m,以120mx54m为例。网架柱设计时偏安全的取μ=2。厂房荷载设置:屋面恒载 0.3KN/m2,屋面活载 1.0 KN/m2,工艺吊挂荷载为2.8KN/m2、3.0KN/m2。 
      焊装车间采用正放四角锥形式,主要柱网为27mX24m,网架最低点高度为2.4m,坡度为5%。网格尺寸大小为3mx4m,下弦支承。网架球节点有焊接空心球和螺栓球,杆件计算长度均取为1.0L,拉杆、压杆长细比均按λ=180取值。网架结构通过调整网架上弦外侧球节点布置,使得上下弦外侧球节点对齐,方便现场安装抗风短柱,无需采用辅梁来连接抗风短柱。但此种方法,影响了管道支架小立柱的设置,外围轴线管道支架一侧需连接在竖向腹杆上,竖向腹杆需复核管道荷载,如不足则需增大杆件截面尺寸,保证满足强度要求。 
      因考虑风荷载的作用,焊装车间外侧柱顶支座均采用单面弧形压力支座节点,支座弧形板与其上的底板为线接触,能使支座有微量转动和微量线位移。中柱支座采用平板压力支座节点,这种支座节点构造简单,加工方便,用钢量省,见图(1)。 
      网架计算:网架采用同济大学研制的3D3S V12.1.1网架模块进行建模和计算优化,并采用后处理模块进行施工图的绘制。 
      总用钢量统计表1。 
      焊装车间总面积13392m2,折合单位用钢量为36.3kg/m2。 
      4 总结 
      网架结构设计不仅仅是软件的应用,更是对网架结构设计概念的清晰理解。在网架设计中,最重要的一点是选择符合工程实际情况和综合条件的结构形式,主要体现在结构形式、支承形式、支座形式、球节点形式的选用上,最终保证结构安全,经济和施工便利。 

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