单层多跨钢结构厂房结构设计分析及地震作用研究

对于单层多跨钢结构厂房的结构设计以及地震作用分析，必须清楚认识单层多跨钢结构厂房组成，具体包括柱子、屋顶等，主要建造材料为钢结构，是十分常见的工业厂房类型。当前工作现代化发展步伐加快，与此同时很多冶金领域发展范围扩展，对单层多跨钢结构厂房结构设计及地震作用提出严格要求。

 

改善传统钢结构厂房施工中，使用年限短、自身重、不可回收等局限，真正做到单层多跨钢结构厂房的节能环保结构设计，延长其使用年限的同时，将施工周期缩短，减轻自身重量，为工业发展全面贯彻绿色节能环保理念创造条件。

 

本文主要以单层多跨钢结构厂房的结构设计及地震作用为中心，分别从三个方面深入剖析，首先对钢结构厂房的结构设计进行研究，其次对地震作用分析详细探索，最后总结两点结构设计的注意事项，目的在于进一步保证单层多跨钢结构厂房的稳定性与安全性。

 

一、单层多跨钢结构厂房结构设计分析

 

面对工业现代化发展对厂房结构提出的高要求与标准，积极提出单层多跨钢结构厂房设计理念，并且结合实际厂房设计需要，不断优化结构设计理念，积极从在钢结构厂房设计期间，动力特性与结构钢设计角度出发，充分认识到单层多跨钢结构厂房对工业化发展的重要性。

 

1、动力特征钢结构设计研究

 

单层多跨钢结构厂房设计过程中，必须认识到动力特征对钢结构设计的重要性。在进行结构设计期间，动力特征分析需要有限元软件SPA的支持完成操作。有限元软件SPA具体包括有点单元、体单元、线单元与面单元。四个单元分别对单层多跨钢结构厂房的结构设计进行分析。具体体现在静动力计算、有限元、线性、非线性等方面。有限元软件主要从单层多跨钢结构角度出发，对厂房空间进行动力特征分析，从而确定厂房空间结构。结合动力特征分析的方式，提前建立好空间结构模型，利用空间结构模型划分具体单元，同时采取网格划分的方式，实现墙面板、檩条以及屋面板等在单层多跨钢结构厂房中的自重减轻，实现钢柱梁重力的均摊。利用有限元软件对模型中结构设计展开分析，及时将厂房空间结构情况加以了解，随后制定不同阶层的振型图，理清其中模型变化周期，及时统计特征频率表。根据有限元软件对钢结构厂房中一榀钢架的研究与动力特征分析，认识到一榀钢架其振型全部为平面外围状态，并且与其他位置的钢结构相比刚度较小，如果不能有效控制，极易出现左右摆动，影响钢结构厂房的结构安全。观察钢结构厂房结构设计振型图，结构设计的不同阶段，变形方向、钢结构位移等都存在明显区别，其中变形也划分为多种模式，比如扭转变形、整体变形或者平动变形等。钢结构顺着一个方向延伸，其中结构中很多位置都会出现较大位移变化，这期间就需要在结构设计中注意，控制钢梁截面大小，以此来控制钢结构的位移变化。但是相对方向如果支撑力不足，也会出现扭转变形现象，所以在实际钢结构厂房的结构设计中，必须注意双向钢结构位移情况，防止各种变形问题的出现。

 

2、单层多跨钢结构厂房结构设计

 

钢结构厂房结构设计中，还要根据单层多跨结构设计要求，综合考虑其多方面影响因素，必须做到每个结构设计都能够得到有效控制。单层多跨钢结构厂房结构设计中，厂房的钢梁、横纵跨度以及厂房柱网等，都会影响到最终结构设计质量。钢结构厂房结构设计中，柱网设计必须根据国家相关标准与规定进行结构设计，并且在结构设计中，充分考虑施工与维护工作，为柱网后期维护创造有利条件，确保随时能够检查柱网的柱距是否统一。根据检查情况确定厂房横纵跨度与刚度，进而满足钢结构厂房建筑对柱网结构的需求，提高单层多跨钢结构厂房结构设计的安全性、功能性与经济性、钢结构厂房柱网设计期间，还涉及到钢结构厂房的伸缩缝位置、尺寸等方面，这些方面的科学设计，保证厂房横纵柱网尺寸。具体设计中需要注意，厂房横向跨度、纵向跨度之间，必须确保柱距符合厂房结构设计规定。其中厂房横向跨度中，设计主要以3m倍数为主，纵向柱网尺寸设计则以6m为主。钢结构厂房设计过程中，横向跨度设计期间，需要考虑到厂房中设备、生产线、物流、管理以及人员流动等因素，还要结合钢结构厂房结构设计要求与厂房实际应用等，选择专业团队进行技术分析与规划，确保单层多跨钢结构厂房结构设计的科学合理。

 

二、单层多跨钢结构厂房的地震作用研究

 

不管是任何建筑，都必须认识到抗震的重要性。单层多跨钢结构厂房在结构设计中，也需要结合当地自然情况，增强钢结构厂房的地震作用，从而保证钢结构厂房的安全与工业发展的安全。对于单层多跨钢结构厂房地震作用，主要从地震作用特点分析、计算、地震作用分析等方面展开。

 

1、地震作用特点

 

单层多跨钢结构厂房设计中，地震作为其建筑结构安全设计的重要影响因素，一直困扰着钢结构厂房结构设计发展，并且十分受到工业行业的关注与重视。钢结构厂房设计中，抗震设计是设计师研究重点环节。当前我国对建筑结构要求越来越严格，在此背景下，传统工业发展行业积极创新改革，不断采取有效措施提高工业生产厂房的抗震能力，并且提高结构设计质量。但是抗震设计中，频繁出现雪荷载加大、风荷载加大、自然因素变化频繁等情况，相对来讲在一定程度上增加了厂房建筑的造价，所以为工业发展带来巨大压力。特别是部分工业生产建造中，对于厂房建筑的钢材使用量并不大，不能满足厂房承压需求，与轻钢厂房结构设计要求与经济性严重不符，体现出厂房建筑施工的局限性，缺少经济适用性。面对这种情况，必须认识到钢结构厂房在实际结构设计中的不足，从地震作用角度进行分析，由此进一步提高单层多跨钢结构厂房设计科学性，并且增强钢结构厂房的实用性。地震作用的分析，其本身能够为建筑结构设计提供参考，尤其是具体设计中，能够根据掌握的地面运动制定适当结构设计方案，对地质变化进行间接性动态监督，具体考虑因素包括地震速度、加速度与位移等。结合具体地震发生的特点，突发性、偶然性与短暂性、破坏性等，分析这期间厂房结构出现的短暂性动力变化，具体体现在横向与竖向作用方面。通过相关实践研究发现，相较于水平地震作用，其本身作为单层跨度钢结构厂房，因为涉及范围广，所以必须结合地震作用特点，准确计算相关数据，确保地震作用计算到位，钢结构厂房的结构设计到位。

 

2、地震作用计算

 

地震作用计算，主要包括底部剪力法、时程分析法与振型分解反应谱法。其中振型分解反应谱法计算，基本原理在于单自由度体系加速度计算，结合相关数据准确设计出反应谱，同时根据地震作用运行与分解原理，准确从振型角度出发进行地震计算。统一振型对应地震作用效应，并且按照自由度体系将地震效应呈现出来。此方法计算比较适合自由度体系地震作用计算。相较于振型分解反映谱法，时程分析法，则以结构基本运动方程为着入点，准确记录地面加速度，并且通过方程积分的方式，准确分析出整个时间段的地震作用。将地震波带入到地震作用计算中，从地震开始到结束一直进行积分，将此方法与底部剪力法相结合，严格控制地震内力情况，防止钢结构厂房出现较大变形，跟随规律变化而调整结构设计，所以时程分析法在单层多跨钢结构厂房结构设计中最为适合。

 

3、地震作用对单层多跨钢结构厂房的影响研究

 

单层多跨钢结构厂房结构设计过程中，必须严格遵循《建筑抗震设计规范》要求，并且结合当地实际发展情况，科学展开抗震设计。单层多跨钢结构设计，结合地震加速计算数据，将其设计为0.2g，并且梳理其中特征周期，根据实际情况周期设置0.56s。一般情况下单层多跨钢结构厂房，其本身的工程结构复杂、跨度较大，因此结构设计中在地震作用下，积极进行数据采集，掌握钢结构厂房结构设计中的关键节点，选择重要节点，准确分析数据与统计数据，确保钢结构厂房中涉及到的每榀钢架编号都十分明确。完成数据采集之后，计算地震作用利用时程分析法，记录地面加速度，绘制地震加速度反应谱。准确分析地震反应谱中所展示的振幅、频谱等内容。并且根据地震变化影响系数，将其与动力系数、结构设计因素相结合，由此增强单层多跨钢结构厂房抗震结构设计，提高钢结构厂房结构设计的安全能力。

 

三、单层多跨钢结构厂房结构设计注意事项

 

对于单层多跨钢结构厂房的结构设计，积极发挥地震作用的同时，在实际结构设计中还要注意以下事项：

 

第一，在单层多跨钢结构厂房设计过程中，必须对柱网尺寸严格把控。准确计算柱网尺寸，确保柱网尺寸符合施工要求的同时，将其与厂房施工的地址条件相互参考，从而确保打桩方法制定合理。单层多跨钢结构厂房在施工建设期间相对复杂，注意钢结构横向与竖向变化，科学控制方法基础上，设计好维护的结构形态，进而确保钢结构厂房施工安全。

 

第二，注意单层多跨钢结构厂房结构设计期间，柱类型的选择至关重要。柱的长度、宽度等都要十分精确，根据自身建筑可能产生的负荷，将其科学分散到柱的身上，减轻钢结构厂房本身的承载压力。通过分离式的结构设计，拉大柱与柱之间的距离，充分利用柱惯性矩变化，保证钢结构厂房结构设计的稳定性。

 

结束语

 

综上所述，单层多跨钢结构厂房结构设计与地震作用分析，对钢结构厂房的安全至关重要。科学的结构设计帮助钢结构厂房有效控制施工成本，同时真正实现现代化工业发展要求，做到节能环保。地震作用提高结构设计抗震能力，保证钢结构厂房的建设与使用稳定性。(作者：吴智华)