大型圆形料场网架结构的计算与设计

大型圆形料场网架结构的计算与设计

赖志晖

福建龙净环保股份有限公司 福建龙岩 364000 摘  要 : 网架结构是一种新型的建筑结构类型，主要应用在厂房、体育馆、展览馆等盖屋结构中。本文对网架结构的特点进行了分析，还对建筑网架结构的设计流程进行了探讨，并结合实际设计案例，希望可以促进网架结构的合理应用。     关键词 : 网架结构；建筑；设计；分析         网架结构属于平板结构，采用了多根杆件，而且是以网格的形式通过节点连接形成的一种空间结构，具有较高的稳定性。网架结构的自重比较轻，还具有较高的美观性，网架是由正方体、三棱体等基础的单元构成的，是一种平面桁架系网架，网架连接节点有焊接球节点、螺栓球节点、钢板节点等类型。 1、网架结构的特点         网架结构的结构形式比较特殊，其是一种空间杆系结构，而且受力的形式具有三维特点，可以承受多个方向的作用力，下面笔者对网架结构的特点进行简单的分析，以供参考。 a.网架结构有着较高的刚度，而且整体性较好，有着较强的抗震能力。 b. 网架结构的自重比较轻，采用的钢材比较少，有效节省了钢材，还降低了施工的成本。  c. 网架结构多采用的是 Q235或 Q345钢材，杆件截面多为钢管或者型钢的类型，网架节点有钢板、螺杆球、支座以及焊接球等形式，这种结构具有取材方便，施工工艺简单的优点。   d.  网架结构的适用性强，可以适应多种平面形式的建筑。  网架结构具有工业化的特点，其杆件与部件的规格比较统一，适合工厂化生产，工作的效 e.率比较高，可以加快工程的进度，保证建筑工程如期完工。         2、网架结构的设计流程         网架结构的设计是一项重要的工作，设计人员需要按照国家相关规范要求，对网架结构进行合理的优化，突出网架结构的特点。在对网架结构进行设计时，可以采用模型分析分方式，对网架进行合理的计算，还要对施工图进行调整。         1）模型分析。为了保证模型的合理性，施工设计人员需要对初期网络尺寸进行合理的划分，选择适合的网架厚度，对平面支座进行合理的调整，找到施工的关键点。在网架的边缘，需要对支座位置进行调整，这一过程需要遵循反复调整的原则，还要满足建筑外形的要求，结合网架受力的特点，保证模型满足图纸的设计要求。         2）网架结构的计算。网架计算时，主要是对支座设置情况、荷载输入以及工况的组合情况进行优化设计，在设计的过程中，应结合计算结果，对设计方案施工施工流程进行调节，检查风荷载的输入是否准确，对支座构件进行模拟，判断工况组合状态下，支座构件的设置是否合理，分项系数的设置是够准确。在对计算结构的挠度进行检查时，应保证其规范性，对不合理的地方进行调整。在对网架结构的几何可变情况进行检查时，还要检查连接节点的螺栓大小是否符合设计要求。         3）施工图的调整。在对施工图进行调整时，需要对节点施工图进行计算，并对加工施工图进行出图。水平网架是以水平面为基准面，而弧形网架是以拟合平面为基准面，在弧线相交的位置，应采用其他基准面进行计算。在对网架模型进行设计时，会利用专业的计算软件，在平面所在的位置需要移动到基点位置，避免出图中存在过多的误差，这会影响网架球的安装。施工图的调整可以保证网架结构建筑设计与施工的质量。         3、设计实例         为了对网架结构建筑的设计进行更加详细的分析，笔者结合某建筑设计实例，对网架结构的设计方案进行简单的介绍。         3.1工程概况         某火电厂厂房施工场地的地形比较特殊，具有南低北高的特点，地质属于丘陵地貌，施工设备采用的是顺列布置的方式，厂房结构采用的是网架结构的设计形式。主厂房采用的钢结构，横向为框排架 +支撑结构的形式，纵向为梁柱铰接 +支撑结构的形式，在适当轴位（尤其在结构底部内力较大处），设横向垂直支撑，保证结构的横向刚度和横向水平力的传递，以确保结构稳定和抵抗侧向力。厂房两机组单元之间设置伸缩缝，两机组厂房形成独立单元结构体系。         3.2抗震设计         按照我国规范确立的“三水准设防目标，两阶段设计步骤”的抗震设计思想，在具体设计中，第一阶段设计是通过多遇地震作用下的构件承载力验算，以及层间弹性变形验算，来满足第一水准的要求；并通过概念设计和相应的抗震措施来满足第二水准和第三水准地震的设计要求。第二阶段的设计是对厂房结构薄弱部位的弹塑性层间变形验算并采取相应的抗震措施，实现第三水准的设防要求。         3.3结构计算         结构分析计算的传统方法为平面杆系计算，不考虑钢结构厂房的空间协调作用。本工程采用 STAADPRO、 SAP2000等空间有限元分析程序进行计算分析，并互为校核，确保计算的准确性、正确性。将纵横向框、排架和各层楼、屋面联合组成的空间结构体系进行空间结构计算，在满足生产工艺要求的前提下，充分考虑了构件之间的协调作用，与传统的平面模型相比更进一步接近结构、荷载和受力的实际情况，可以精确考虑厂房的空间协调因素，使计算模型最大限度的反映结构的实际受力状态，使构件断面选择更趋于合理。         4、钢网架结构主厂房的优点         4.1网架结构的一般性能优势         （ 1）安装简便、施工周期短、布置灵活多样，厂房的有效利用面积大。 （ 2）构件断面小，结构自重轻，减小地震作用的影响，同时减少基础的建设费用，具有较高的性价比。        （ 3）钢结构自重轻、强度高、延性好，对抗震有很好的适应性 5.原料场智能化系统设计         5.1 系统总体架构         本系统主体架构主要由堆取料机车上部分与中控室中控系统两大部分组成。车上部分主要配备了一套 3D 激光料堆云图采集系统 , 负责在作业完成后短时间内采集料堆高质量的 3D 云图 ,并通过网络发送到中控系统 ,实现快速获取料场料堆的变化情况。在悬臂的前端配备自动料堆堆高检测系统 , 实现实时采集料堆堆高 , 根据堆料控制模型 , 自动判断换堆、走行等。堆取料机机上配备走行定位系统 , 配合部署在地面主皮带托架上的 RFID 标签 ( 需事先精确测定坐标 ), 结合机上的走行编码器 , 实现轨道方向的走行精确定位 , 为机上无人化作业打下坚实基础。对机上原有 PLC 程序进行无人化改造 , 加入自动驾驶模块 , 堆料模型、取料模型、姿态识别模型、作业任务接收模块等 , 实现机上控制系统具备无人化作业能力。机上还需配备多个视频监控镜头 , 以便对机上不同部位进行远程观察、监控。         中控室部分主要包括远程操控平台 , 通过对机上的视频监控信号、 HMI 操控画面集成 , 可实现多台堆取料设备仅需 1 人远程监视与操控 , 堆取料机的数量与远程监控平台的比例可根据设备的作业频率而定 , 一般为 3:1 即可满足需要。 1 台通信服务器 ,负责机上 PLC 系统、 3D 扫描系统、作业任务管理系统以及 L2等第三方 MIS 系统的连接。 1 台 3D 云图处理图形工作站 , 主要负责对各台堆取料设备发送回的 3D 料堆云图进行过滤、拼接、体积计算等 , 每次作业后刷新相应料堆的体积数据 , 从而实现快速准确盘库 , 从料堆的 3D 云图还可提取料堆的位置、形状数据 ,以便于精确、足不出户地绘制出高质量的料场图。       结语： 网架结构在厂房建筑工程中应用比较多，其是一种大跨度的空间网架结构形式，有着良好的发展前景，是建筑行业不断发展的产物。当前社会，厂房建筑的美观性越来越强，采用的设计体系越来越先进。在对网架结构的建筑进行设计时，需要合理应用施工技术，还要选择性能优良的施工材料，对施工方案进行不断的完善，保证网架结构设计方案的最佳性。 参考文献： [1]贾皓 .大跨空间结构振动主动控制原理与方法研究 [J].科技信息 .2011（ 14） [2]褚云朋，姚勇，朱宝龙，周俐俐，王亚丽 .大跨空间钢结构建筑市场人才需求与教学改革 [J].科技信息 .2012（ 07） [3]童丽萍，司瑞娟，曹延波 .大跨空间拱支索膜屋盖结构体系分析 [J].建筑钢结构进展 .2007（ 05）