淺析鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計.pdf

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1、量呈!塹鏖量叁魚絲!竺墨』盛墊絲絲絲!魚塞叁淺析鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計羅芝春(成都建筑材料工業(yè)設(shè)計研究院有限公司，四川成都610021)摘要：本文通過工程實例，對鋼結(jié)構(gòu)布置方案進行分析，說明結(jié)構(gòu)布置方案在優(yōu)化設(shè)計中所起到的重要作用。關(guān)鍵詞：優(yōu)化設(shè)計：結(jié)構(gòu)布置方案；桁架吊架；粱與拉壓桿(柱)組成的吊架中圖分類號：TU391文獻標(biāo)識碼：B文章編號：1672—4011(2012)04—0069—030前言一個工程項目的造價控制，設(shè)計階段對工程造價的影響度非常之高，根據(jù)有關(guān)資料分析表明，在項目決策及方案設(shè)計階段影響工程造價的

2、可能性為30—70％。國外認為設(shè)計階段對工程造價的影響為75％。故優(yōu)化設(shè)計至關(guān)重要。目前大多數(shù)設(shè)計者，在優(yōu)化設(shè)計工作中，往往只注重對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料強度利于上，如鋼構(gòu)件的應(yīng)力比，混凝土構(gòu)件的配筋率的控制；而對結(jié)構(gòu)布置的合理性與否卻較少做多方案的比較，從中選擇最優(yōu)方案。本文將通過噴煤管吊架設(shè)計實例，從兩種不同結(jié)構(gòu)布置方案進行探討。1噴煤管吊架簡介噴煤管吊架位于水泥廠窯系統(tǒng)的燒成車間，是噴煤管設(shè)備的支承結(jié)構(gòu)；其形式如圖1—2所示，荷載是沿軌道移動的動荷載。結(jié)構(gòu)上縱向設(shè)計兩榀吊架，懸吊于門式剛架或框架屋面梁上，兩榀吊架

3、下弦設(shè)水平和豎向支撐，組成空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，承擔(dān)噴煤管設(shè)備的移動荷載。圖1噴煤管及吊架立面示意圖2結(jié)構(gòu)布置方案一縱向吊架基本上是如圖3所示的模型1桁架形式；其結(jié)構(gòu)應(yīng)力比計算結(jié)果如圖4；施工圖如圖5所示。筆者收集了所在設(shè)計院多個項目的噴煤管吊架施工圖，圖21—1剖面．4250

4、I口4250L々々6000暑’{]；；}11HN3如訓(xùn)75．o蘭1-量々‘r量量_暑2L舶x6lO_0●曼2I舯xtlo_oItN350x17，-0>似※聚X※暑：蚤●,21JlO。6。I㈨iL躑16’l伽虛／10x6,10-0．1750J．1

5、750．17501750圖3模型1桁架計算簡圖監(jiān)：‰。。并。“?：盎：黑??，。?1：?一。糖r：?、”：=：∥鬈囂鬈饕蒸籬鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力比圖說明：柱左：強度計算應(yīng)力比；右上：平面內(nèi)穩(wěn)定應(yīng)力比(對應(yīng)長細比)右下：平面外穩(wěn)定應(yīng)力比(對應(yīng)長細比)；粱左上：上翼緣受拉時截面最大應(yīng)對比，右上：梁整體穩(wěn)定應(yīng)力比(o表示沒有計算)；左下：下翼緣受拉時截面最大應(yīng)力比，右下：剪應(yīng)力比圖4銅結(jié)構(gòu)應(yīng)力比包絡(luò)圖圖5模型1桁架式噴煤管吊架施工圖3方案一分析從圖3結(jié)構(gòu)模型1中可見，桁架節(jié)點與門式剛架的位置不重合。遵照PKPM用戶手冊，桁架模

6、型輸入要求：桁架桿件應(yīng)全部當(dāng)成柱來輸入，桁架的支座應(yīng)在節(jié)點上；而該桁架節(jié)間尺寸必須滿足噴煤管設(shè)備給定的連接點要求，通常難以與門式剛架的布置相吻合；故設(shè)梁GL一3與門式剛架連接，再與桁架節(jié)點連接。以適應(yīng)桁架計算模型。支承桁架的鋼梁GL一3如果按柱輸人顯然與實際受力狀態(tài)不符，不可以作為桁架桿件。從圖4可見，其上弦桿應(yīng)力非常小，下弦及豎腹桿應(yīng)力也很小，斷面尺寸是長細比控制。所以筆者認為噴煤管吊架不必做成桁架形式。4結(jié)構(gòu)布置方案二。優(yōu)化設(shè)計對上述設(shè)計案例建立模型2(見圖6)，以梁、柱(吊桿)組成平面體系，采用平面框架計

7、算軟件PK建模，優(yōu)化設(shè)計噴煤管吊架。圖6模型2吊架計算簡圖C,L一3按梁輸入，其余桿件按柱輸入，交叉斜桿定義為單拉桿，除梁外其余各桿端均定義為鉸接。此模型符合各桿件實際工作狀態(tài)，立面體系是穩(wěn)定的。計算結(jié)果見圖7。0．02仉I)4?‘00．03(49l0．o,“98J＼0760．10旦’60760IO。／cb-卿．1淞話i／o．讖跚o．姍枷∞009黑㈥×o．2300．0lI／p(498；Co．2避黜$N幫tO))】’＼／?0060421＼?0．0441421?oo“1421＼圖7按模型2設(shè)計的噴煤管吊架施工圖如圖

8、8所示。圖8噴煤管吊架施工圖5結(jié)構(gòu)布置方案一與方案二比較從圖6與圖8比較不難看出：后者較前者少了許多桿件，省掉了圖6桁架上弦桿、腹桿也減少了一半。并且因?qū)⒔徊嫘睏U定義為單拉桿，充分發(fā)揮鋼構(gòu)件抗拉性能強的優(yōu)點，減小了桿件斷面。因整體桿件減少，自重減輕。從圖5和圖7兩種模型計算結(jié)果比較：圖7各斜桿的應(yīng)力比，較圖5斜腹桿高得多，斜桿不僅僅起到平面穩(wěn)定的支撐作用，還發(fā)揮其材料強度分擔(dān)一定的荷載。鋼梁GL一3與門式剛架梁的下翼緣相連接，這樣可減小吊架高度，且利于剛架梁的穩(wěn)定；并采用螺栓連接，便于施工。(下轉(zhuǎn)第81頁)載組

9、合，各向的當(dāng)量荷載只考慮單向作用。(2)偶然組合。由永久荷載、可變荷載、當(dāng)量靜力荷載的1／4與偶然荷載(電機短路力矩或地震作用)組合?！炈愕鼗休d力時，只考慮使用階段的標(biāo)準(zhǔn)荷載基本組合。6設(shè)計壓縮機基礎(chǔ)時應(yīng)注意的問題(1)機組的總重心與壓縮機基礎(chǔ)底面的形心應(yīng)力要求位于同一條鉛垂線上；當(dāng)偏心不可避免時，其縱向和橫向的偏心距不應(yīng)超過相應(yīng)方向底板邊長的3％。計算機組總重心時，僅計算永久荷載