陈英琴
湖北省缘达化工工程有限公司，湖北 武汉 430074
摘要：排架结构是指由轻型屋面体系（钢梁或屋架）和混凝土柱组成的一种结构形式。与常规的钢柱和钢梁组成的门式钢架的受力机理全然不同，利用PKPM二模型进行设计与计算时，不能简单的把门式钢架模型中的钢柱替换为混凝土柱，应依照这类结构的特点进行有针对性地设计。
关键词：PKPM；排架结构；问题与处理措施
引言
混凝土柱与实腹式钢梁组成的排架结构在实际中应用较为广泛。化工行业一般腐蚀性较强，单层的大跨度厂房，因钢结构构件耐腐蚀性差，因此选用排架结构多于选用门式刚架结构。基于混凝土柱与钢梁的材料性能相差很大，两者之间的连接无法达到理论上的刚接，因而设计时一般将混凝土柱和钢梁处理为铰接，而基础则采用刚接。门式钢架中边钢柱与钢梁的连接一般处理为刚接，而基础则多采用铰接。两者的受力机理不同，因此，在利用PKPM计算单榀排架结构时，不能简单的用混凝土柱代替钢柱。鉴于这一点，本文对排架结构的设计进行一定的分析和探讨。
1 排架结构建模时遇到的问题及处理方法
1.1 排架结构计算应整体建模
单榀排架结构计算时，应按照钢梁和混凝土柱的实际情况进行整体的建模分析。钢梁对混凝土柱的约束作用与混凝土柱的刚度密切相关。若是将混凝土柱和钢梁分开计算，计算钢梁时，将钢梁两端简单的定义为固定铰支座，或者建两段很短的混凝土柱作为支座，这样会使混凝土柱的刚度被放大，从而使柱对钢梁的约束作用增强，这样会出现钢梁的计算挠度减小，钢梁的轴力变大，跨中的弯矩变小等与实际不符的情况发生，按照这样的模型进行计算，会导致钢梁的计算截面过小，而存在一定的安全隐患；计算混凝土柱时，不考虑钢梁对柱的水平推力，会导致混凝土柱截面和配筋偏小，并且，计算与混凝土柱相连的基础时，因为丢失了钢梁的水平推力，会导致设计的基础面积偏小，待厂房施工完毕荷载作用之后，发生基础失稳房屋倒塌的工程事故。因此，按照实际情况进行整体建模分析，反映真实的受力情况，并依据整体计算的结果来设计基础的面积、混凝土柱的尺寸及配筋、钢梁的截面大小。否则，会出现严重后果。
1.2 排架结构计算时参数的选用
利用PKPM中钢结构二维设计门式钢架设计单榀排架结构时，由于排架结构的受力机理不同于门式钢架，《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB51022-2015不适合此类结构，因此结构形式要选用“单层钢结构厂房”，设计规范也要选择“按《钢结构设计标准》GB50017-2017计算”，并且抗震地区选择地震作用计算时，程序会按照《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（2016年版）第九章单层钢结构厂房的规定控制钢梁的高厚比、宽厚比等局部稳定性。当采用楔形工字型变截面钢梁时，钢梁除了满足钢结构规范规定的局部稳定性外，其承载力（应力比）还需要按照《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》的要求进行验算。鉴于轻钢屋面体系对钢梁的挠度不敏感，钢梁的挠度可较《钢结构设计标准》中规定的挠度（L/400）适当放宽。混凝土柱顶位移限值，按照《钢结构设计标准》附录C的要求取值。
2 分析模型的选择与对应的连接构造处理
混凝土柱与钢梁的铰接连接一般有三种构造处理方式。一，完全抗剪连接，这种连接就是把钢梁两端的水平推力以剪力的形式全部传递给混凝土柱；在PKPM模型中，设置混凝土柱顶和钢梁节点为铰接（如图一中的完全约束）。二，完全滑移连接，这种连接是容许钢梁端部相对于混凝土柱顶能自由滑移，梁端的水平推力通过相对滑移而释放（混凝土柱单独计算，不考虑钢梁的水平推力就是属于这种情况）；在PKPM模型中，设置混凝土柱顶和钢梁节点为铰接，且混凝土柱顶设定为“水平方向自由滑动”（如图一中的完全滑移）。三，就是介于两者之间的部分滑移连接，这种连接就是容许钢梁端部相对于混凝土柱顶有一定的滑移，梁端的水平推力因这个相应的滑移释放一部分，剩下的水平推力依旧以剪力的形式传递给混凝土柱；在PKPM模型中，设置混凝土柱顶和钢梁节点为铰接，且混凝土柱顶设定为“约束水平方向相对位移差” （如图一中的部分滑移）。对于第二种和第三种方式，必须要保留钢梁一端为梁柱完全约束的普通铰接节点，梁的另一端则按照第二种或第三种方式设置，不然出现可变体系，模型将无法进行计算分析。
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在PKPM设计中，不同的梁柱连接形式，内力的计算结果会差别很大，构件的配筋和尺寸大小也不尽相同。一个完全抗剪连接的施工图（如图二中的完全约束），PKPM计算时却设置柱顶为完全滑移，这样计算出来的结果，会导致柱的截面和配筋、基础的面积严重偏小；而PKPM计算时设置柱顶为完全抗剪，施工图时却设计为长圆孔或完全滑动支座形式（如图二部分滑移），这样做出来的房屋会出现钢梁的应力比、挠度等严重超限的情况。
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3 结语
混凝土柱和钢梁必须进行整体分析，并按照整体分析的结果来进行设计。排架结构和门式钢架计算时所满足的规范要求不同，要正确区分开。混凝土柱与钢梁的铰接连接，PKPM中的计算模型必须与施工图处理的铰接连接相对应，否则，将会产生非常严重的安全隐患。
参考文献:
［1］GB 51022-2015，门式刚架轻型房屋钢结构技术规范[S].
［2］GB 50011-2010（2016年版），建筑抗震设计规范[S].
［3］许岩.钢筋混凝土框排架结构在实际工程中的应用[J].工程建设与设计,2020,No.427(05):17-19.