钢结构房屋抗震设计

C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEP复习ChapterEIGHT钢结构房屋抗震设计C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEPChapterEIGHT单层厂房的抗震设计C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEP单层钢筋混凝土柱厂房震害凡经正规设计的单层钢筋混凝土柱厂房，即使未经抗震设防，但由于设计时已考虑了类似水平地震作用的风荷载和吊车水平制动力，所以在小震时，厂房主体结构基本完好。在中震、大震时，由于地震作的用较大，致使主体结构有不同程度的损坏，严重时甚至倒塌。C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEP1．屋盖系统震害（1）屋面板的震害主要是震落、错位（图）。另外靠近柱间支撑的屋架端部，屋面板主筋发生斜裂缝。前者的主要原因是屋面板与屋架或屋面梁的焊点数量不足或焊接不牢。后者的主要原因是该处屋面板传递的水平地震力最大。C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEPC.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEP（2）天窗架的震害主要是天窗架立柱根部水平开裂或折断。天窗架纵向竖向支撑不足使支撑杆件压屈失稳，使天窗架发生倾斜甚至倒塌。主要原因是由于天窗架刚度远小于下部主体结构，且突出于主屋面以上，由于“鞭梢效应”，地震作用较大。C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEP（3）屋架的一般震害是端头混凝土酥裂掉角，支承大型屋面板的支墩折断，以及端节间上弦杆被剪裂等。主要原因是屋盖纵向水平地震力经由屋架向柱头传递时，该处的地震剪力最为集中。屋架严重的震害是倒塌。主要原因是屋面板与屋架焊接不良；屋盖系统支撑不完善，屋架与柱顶连接不牢造成屋架侧向整体失稳倒塌。C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEP2．柱震害（1）上柱在牛腿附近因弯曲受拉出现水平裂缝、混凝上酥裂或折断。（2）上柱头由于与屋架连接不牢，连接件被拔出或松动、引起混凝土劈裂或酥碎。（3）下柱由于内力过大，承载力不足，在柱根附近产生水平裂缝或环状裂缝，严重时可能发生酥碎、错位，乃至折断。C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEP（4）设柱间支撑的厂房，在柱间支撑与柱连接部位，由于传递的剪力较大，轻则出现水平裂缝，重则柱根混凝土剪碎酥裂（图）。（5）支承低跨屋盖的柱肩（牛腿）除水平裂缝外，还会发生竖向裂缝，其原因是在高阶振型时，使两个屋面产生相反方向运动。C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEP3．柱间支撑震害柱间支撑的震害往往是支撑刚度不足导致压屈失稳（图）。另外，可能在支撑与往连接部位或焊缝被撕开，或拉脱锚件、拉断锚筋，致使支撑失效，造成主体结构错位或倾倒。C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEP4．墙体震害厂房的墙体有外围护墙、封墙、山墙及内隔墙等，震害主要表现为轻则墙体开裂、外闪、外鼓，重则墙体局部或全部倒塌（图）。高低跨处的高跨封墙极易失稳倒塌，究其原因，因受高振型影响，所产生的地震反应较大之故。C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEP单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计的一般规定1．厂房的结构布置（1）多跨厂房宜等高和等长。（3）厂房体型复杂或有贴建的房屋和构筑物时，宜设防震缝。（2）厂房的贴建房屋和构筑物，不宜布置在厂房角部和紧邻防震缝处。C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEP在厂房纵横跨交接处、大柱网厂房或不设柱间支撑的厂房，防震缝宽度可采用100～150mm，其他情况可采用50～90mrn。（4）两个主厂房之间的过渡跨至少应有一侧采用防震缝与主厂房脱开。（5）厂房内上吊车的铁梯不应靠近防震键设置；多跨厂房各跨上吊车的铁梯不宜设置在同一横向轴线附近。（6）工作平台宜与厂房主体结构脱开。C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEP（7）厂房的同一结构单元内不应采用不同的结构形式；厂房端部应设屋架；不应采用山墙承重；厂房单元内不应采用横墙和排级混合承重。（8）厂房各柱列的侧移刚度宜均匀。C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEP2．厂房天窗架设置（1）天窗宜采用突出屋面较小的避风型天窗，有条件时宜采用下沉式天窗。（2）突出屋面的天窗宜采用钢天窗验也可采用矩形截面杆件的钢筋混凝土天窗架。（3）8度，天窗架宜从厂房单元端部第三柱间开始设置。（4）天窗屋盖、端壁板和侧板，宜采用轻型板材。C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEP3．厂房屋架设置（1）厂房宜采用钢屋架或重心较低的预应力混凝土、钢筋混凝土屋架。（2）跨度不大于15m时，可采用钢筋混凝土屋面梁。（3）7度且跨度大于24m，或8度时，应优先采用钢屋架。（4）柱距为12m时，可采用预应力混凝上托架（粱）；当采用钢屋架时，亦可采用钢托架（梁）。C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEP（5）有突出屋面天窗架的屋盖不宜采用预应力混凝土或钢筋混凝土空腹屋架。4．厂房柱设置（1）8度时，宜采用矩形、工字形截面柱或斜腹杆双肢柱。不宜采用薄壁工字形柱、腹板开孔柱、预制腹板的工字形柱和管柱。（2）柱底至室内地坪以上500mm范围内和阶形柱的上柱宜采用矩形截面。C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEP单层钢筋混凝土柱厂房抗震计算震害调查表明，7度区I、II类场地，柱高不超过10m，且两端有山墙的单跨及等高多跨厂房主体结构基本无损坏，仅围护墙有轻微损坏。《抗震规范》规定：上述厂房可不进行抗震计算，但应符合抗震构造措施。C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEP一般厂房：需要进行水平地震作用下横向和纵向抗侧力构件的抗震强度验算。8度、9度区跨度大于24m的屋架：尚需考虑竖向地震作用。8度III、IV类场地和9度区的高大单层钢筋混凝土柱厂房：还需对阶形柱的上柱进行罕遇地震的水平地震作用下的弹塑性变形验算。C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEP横向计算钢筋混凝土柱无檩和有懔屋盖厂房的横向抗震计算，一般情况下，宜计及屋盖的横向弹性变形，按多质点空间结构分析。当符合一定条件时，可按平面排架计算，但为了减少这种简化计算带来的误差，按规定应对排架柱的地震剪力和弯矩进行调整。对于轻型屋盖厂房，由于空间作用不显著，柱距相等时，可按平面排架计算。C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEP一般单层单跨和单层多跨等高厂房将厂房质量集中于柱屋盖标高处，将其简化为一个单质点体系（图9.5）：1．计算简图C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEP两跨不等高厂房可简化成两个质点体系：三跨不对称厂房可简化成三质点体系：C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEP由于在计算周期和计算地震作用时采取的简化假定各不相同，故其重力荷载集中方法要分别考虑。2．等效重力荷载代表值计算厂房自振周期时，集中屋盖标高处的质点等效重力荷载代表值，是根据动能等效原理求得的。所谓动能等效就是原结构体系的最大动能与质点集中到柱顶质点的折算体系的最大动能相等的原理。C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEP计算厂房自振周期时的等效重力荷载代表值为：（1）单跨或多跨等高厂房屋盖自重代表值雪荷代表值屋面积灰代表值乘以动能等效换算系数的吊车梁重力荷载代表值系数0.5为雪和积灰的活荷载组合值系数柱重力荷载代表值纵墙重力荷载代表值C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEP（2）两不等高厂房上柱重力荷载代表值封墙重力荷载代表值假定各集中于1/2低跨和高跨屋盖处中柱高跨吊车梁重力荷载代表值C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEP式（9.2）中柱高跨吊车梁重力荷载代表值为集中于低跨屋盖处的数值；当集中于高跨屋盖处时，应乘以动力换算系数0.5。至于集中到低跨屋盖处还是棠中到高跨屋盖处，应以就近集中为原则。由于吊车桥架对排架自振周期影响很小，因此，在屋盖质点重力荷载代表值中不考虑吊车桥架重力荷载。一般来说，这样处理对厂房抗震计算是偏于安全的。C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEP计算地震作用时的重力荷载代表值，吊车梁、柱和纵墙的等效换算系数是按柱底或墙底截面处弯距等效的原则确定的。集中于屋盖处的重力荷载代表值为：（1）单跨或多跨等高厂房吊车梁换算至屋盖标高处的等效重力荷载代表值柱换算至屋盖标高处的等效重力荷载代表值纵墙换算至屋盖标高处的等效重力荷载代表值C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEP（2）两不等高厂房C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEP确定厂房地震作用时，对设有桥式吊车的厂房，除将厂房重力荷载按前述弯矩等效原则集中于屋盖标高处外，还应考虑吊车桥架重力荷载。对于硬勾吊车，尚应考虑最大吊重的30％，一般是把某跨吊车桥架重力荷载集中于该跨任一柱吊车梁的顶面标高处。对于柱距小于12m的厂房，单跨时应取一台，多跨时不超过两台。C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEP如果两跨不等高厂房均设有吊车，则在确定厂房地震作用时应按四个集中质点考虑（图9.8）。C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEP3．横向基本周期的计算（1）单跨和多跨等高厂房排架横梁内力在A柱柱顶作用单位水平力时，在柱顶产生的侧移（图）C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEP（2）两不等高厂房C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEPF＝l作用于屋盖①处，在横梁①内引起的内力单根柱A顶作用F＝l，在该处引起的内力C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEPF＝l作用于屋盖①处，在横梁②内引起的内力单根柱C顶作用F＝l，在该处引起的内力C.Z.QU东北电力大学建筑工程学院CollegeofStructureEngineeringNEIEP（3）三跨不对称中跨升高厂房这类厂房可利用其对称性，取一半来计算。这样就变为两质点体系（图9.11)。这就可利用前面式（9.