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钢结构厂房安装偏差对结构性能的影响分析

作者:未知

   【摘要】本文结合本人近些年的设计工作和现场工程管理的实践经验,针对钢结构厂房安装偏差对结构性能的影响而进行深入探讨,同时提出合理的偏差允许范围,为同类钢结构工程的精确安装而提供参考。
   【关键词】钢结构;安装偏差;结构性能
  
   1 引言
   对于钢结构工程来说其重量轻、良好抗震性能等优点而被广泛应用,在工业厂房中应用就是最为常见钢结构工程。鉴于钢结构厂房中钢构件的设计就是充分应用其应力比,因此其构件截面通常较为长而薄,正因为钢构件的这些特点而使得钢结构厂房中构件的安装对其几何偏差相对敏感,所以在现行的钢结构厂房安装施工规范中对于构件的安装偏差有着明确的要求,但是对于构件的安装偏差对结构性能的影响研究等还是缺乏相应的理论,这对于如何合理地控制钢构件安装偏差并不有利。
   2 钢结构厂房安装偏差类型
   对于钢结构厂房的安装偏差,结合工程实践,本人总结如下:
   2.1 厂房钢结构柱脚底座的中心线偏离设计定位轴线,对于这种安装偏差,规范规定偏移量应控制在5mm范围内,而工程实践表明,对于这种偏差过大将会造成无法安装柱脚。
   2.2 安装构件时对钢柱的弯曲矢高偏差,规范规定对这种情况的偏移量应小于15mm同时小于H/1200。
   2.3 安装构件时对钢柱轴线垂直度的偏差,规范对此要求,钢柱小于10m则钢柱轴线垂直度偏移量控制在H/1000,而对于高于10m钢柱则同时要求控制25mm范围。
   2.4 安装构件时对钢梁的侧向弯曲矢高偏差,这种偏差主要是包括钢屋架、钢梁或者受压钢构件。
   2.5 安装构件时对钢梁跨中的垂直度偏移超出规范要求,其偏移量大于15mm。
   2.6 对于安装后的钢结构厂房,其主体的整体垂直度的偏移超出允许偏差范围,规范对这种偏差要求控制在H/1000mm以及25mm范围内。
   对于钢结构厂房加工和安装偏差来说,偏差1为单个钢构件所引起的,而且在工程中较为常见,诸如偏差2和偏差4通常是由于构件加工所引起的,
   3 安装偏差对结构性能影响
   从以上偏差介绍可知,这些偏差当中有部分是由于加工制作过程所导致而且安装前就存在下来的,同时对于以上六种厂房安装偏差可以单独存在,同时还会出现以上几种偏差的组合,其对结构性能又因偏差组合而变得相当复杂,对于工程实践以上偏差的组合主要有以下几种情况。
   3.1 由于测量或者施工误差而导致出现钢柱脚底座的中心线偏离定位轴线,钢梁长度存在偏差,由于在施工中通常采取强迫安装就位方式处理,因此这种偏差对结构受力将会产生初始应力。在钢结构安装过程中,产生初应力的几种偏差会同时出现,因此必须将几种同时存在的偏差进行叠加,以求取最不利的偏差组合。对于产生初应力的偏差组合,通常会同时存在第一种偏差和第三种偏差以及第四种偏差组合。
   3.2 同样由于测量和制造偏差而出现的钢柱弯曲以及钢梁弯曲,对于这种偏差通常只会初变形而不存在初应力,实际上对于只存在初变形偏差的组合为第一种偏差、第三种偏差、第四种偏差。考虑初位移的偏差组合中,通常每个构件只考虑一种初变形。
   目前由于结构安装偏差而主要对结构性能产生的影响主要集中对结构产生最大应力和变形的影响,包括单独偏差初应力的影响以及偏差组合所产生的初应力影响。对于只产生初变形的偏差,其对结构最大应力和变形的影响相对较小,通常不单独考虑偏差只产生初变形时对结构性能的影响。而对于钢结构厂房由于安装偏差从而产生附加初应力对结构在正常荷载作用下产生的最大应力和变形的影响,主要应用有限元分析软件进行建模计算,建模计算的过程与计算产生初应力的过程一致。
   通过分析研究表明,对于钢结构产房加工或安装偏差组合所产生的初应力,在跨度小的厂房中其对结构的影响较大,主要原因是对于小跨度结构来说,其偏差所产生的最大应力出现在钢梁跨中,对梁跨中的弯矩从而影响较大。通过对12mX9m和9mX6m的影响分析表明,对结构最大应力影响较大的为左右柱脚偏差、柱轴线垂直度偏差和梁侧向弯曲矢高偏差同时出现的偏差组合,分别为27.33%和10.62%。而对于最大应力和变形存在与钢梁跨中时,其对跨度较大的钢结构厂房来说,其产生的影响主要表现为变形,相对应力影响较小,甚至出现使应力反向减小情况,其原因主要是对于跨度较大的结构再偏差作用下,最大应力出现在柱顶,从而使得柱顶弯矩较较小,如通过分析18mX6m、18mX9m、30mX9m的单层钢结构厂房,对最大变形影响最大的均为组合8,分别为19.24%、24.99%、29.19%和37.69%,最大变形均出现在梁跨中。
   对于钢结构厂房安装偏差产生初应力对钢结构稳定性的影响,主要是计算单层单跨钢结构和单层双跨钢结构加工和安装产生初应力的偏差对钢结构稳定性的影响。通过对9m、12m、18m跨度的安装偏差进行分析,在没有偏差的情况下屈曲荷载系数分别为1.9987、1.3507和1.2096,同时考虑偏差以后对弹性稳定影响最大偏差组合为左柱柱脚偏差、右柱柱脚偏差和柱轴线垂直度偏差同时出现,9米跨度屈曲荷载系数为1.8941,使屈曲荷载减小5.23%,12米跨度屈曲荷载系数为1.3024,使屈曲荷载减小3.58%,18米跨度屈曲荷载系数为1.25,使屈曲荷载减小1.25%;同时随着跨度增加,偏差对结构弹性稳定的影响越来越小,这主要原因是随着跨度增加,结构截面面积和刚度的增大,使偏差对结构弹性稳定的影响减小。
   4 防止钢结构厂房安装偏差技术
   通过以上分析可知,钢结构厂房安装偏差种类繁多,而且不同偏差又有不同的偏差组合,这使得钢结构安装偏差对结构性能的影响变得异常复杂,而且从偏差对结构性能的影响分析可知,对某些的安装偏差必须采取有效的控制措施,否则将会结构性能带来安全隐患。针对此,通过结合工程实践,本人总结了一些防治钢结构厂房安装偏差过大的有效技术措施,为有效地保证构件安装偏差不偏离允许值而提供借鉴。
   4.1 安装钢结构厂房前应对钢构件采取全面检查,例如检查钢构件的长度、垂直度、数量、甚至是安装接头处螺栓孔这间的尺寸等。通过研究表明,要控制构件安装偏差对结构性能的影响,就必须在安装构件前对构件制造过程中所留下的缺陷或者运输中所产生的变形采取预先矫正,然后再安装。
   4.2 考虑到钢结构厂房的钢柱与基础通常采取柱脚锚栓连接,因此在安装钢柱前必须先检查柱脚栓之间的尺寸、露出基础顶面的标高是否符设计要求,以及柱脚锚栓的螺纹是否有损坏等,一般在基础施工时就应采取措施,以保护柱脚锚栓及其螺丝不被碰坏。
   4.3 吊装钢结构构件时时,应采取适当措施,防止产生过大的弯扭变形,同时应将绳扣与构件的接角部位加垫好,以防刻伤构件。所有上部结构的吊装,必须在下部结构就位,校正并系牢支撑构件以后才能进行。另外在吊装钢构件到位后,应及时系牢支撑及其他连系构件,以有效地确保钢结构厂房的稳定性,避免出现结构整体变形而造成构件位置偏差。
   4.4 根据工地安装机械的起重能力,在地面上组装成较大的安装单元,以减少高空作业的工作量。在我国可持续发展的钢结构工程建筑技术开发过程中,特别重视工程的安全以及问题,安全就是品质的保证,所以在钢结构安装中有些问题不容忽视。
   5 结论
   本文将针对钢结构厂房安装偏差对结构性能的影响而进行深入探讨,同时提出合理的偏差允许范围,为同类钢结构工程的精确安装而提供参考。
   参考文献:
   [1]王元清,章军,石永久,等.柱脚位移对门式刚架钢结构设计的影响分析[J].低温建筑技术 ,2008,21(12):74-75.
   [2]中华人民共和国标准.钢结构工程施工质量验收规范(GB50205-2001)[S].北京:中国计划出版社,2001.
   [3]本书编辑委员会.轻型钢结构设计指南(实例与图集)第二版[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.

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