简析钢结构工业厂房的抗震设计

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 简析钢结构工业厂房的抗震设计 摘要：本文从场地选择、结构选 型、抗震设计原则及构件设计等方面， 对钢结构工业厂房关键环节的设计要点 及注意事项逐一进行了探讨，以期为以 后钢结构抗震设计工作提供参考。 中国论文网 /1/view-12763617.htm 关键词：钢结构；工业厂房；抗 震；设计 由于近几年地震事故频繁发生， 钢结构建筑作为具有优良抗震性能的结 构体系，逐渐引起了社会的关注。钢结 构厂房广泛应用于工业建筑中，如何做 好钢结构工业厂房的抗震设计也成为了 业内人士关注的焦点。本文将从以下几 个方面谈谈钢结构工业厂房的设计要点， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 以期为以后钢结构抗震设计工作提供参 考。 一、钢结构工业厂房的场地选择 及地基基础设计 （一）场地选择 钢结构工业厂房应避开发震断层 和基本烈度高于九度地震区。由于地震 对厚土地层上的钢结构危害较严重，钢 结构工业厂房应优先考虑薄的场地覆盖 层。在钢结构厂房建设中，应选择土壤 坚实，土地广阔平坦并且具有较大剪切 波速的坚实坚硬的场地，以提高钢结构 厂房抗震性能。在对钢结构厂房进行设 计时，为了减弱地震的破坏性，应尽量 避免震动周期的一致性，减少震动的密 集性，缓和震动周期。 （二）地基基础设计 地基基础是钢结构厂房最重要承 重与稳定的部位，地基基础的设计也是 设计人员最为关切的。对于同一个结构 单元的基础建设，钢结构厂房需采用同 地基进行建设，在建设中还要保证地基 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 基础持力层的一致性，避免出现不同类 的地基土层。在钢结构基础地板或者桩 端接近土层的倾斜顶面时，为了增加其 埋入度，需加大深入土层的深度，加大 桩长，防止钢结构中产生不均匀沉降现 象的同时，加强地基土层内部边缘层的 处理。为了确保土层对上部结构无不利 因素，若地集中存在液化土层，在设计 中需要对液化土层进行有效的处理。 （1）对地基的加强加密处理 在钢结构工业厂房建设时，首先 需提高地基的坚实度，利用振冲法、强 夯法对地基砂桩进行强化，与此同时， 对锤击操作时，锤击地层深度值需要大 于土层液化的最深值，土层液化以下深 度也要进行有效的处理。 （2）对地基承载力处理 在钢结构工业厂房设计时，打桩 操作需依照最大承载力进行计算，桩端 需深入到土层液化深度的最下层，利用 桩基基础对土层进行加固。若钢结构工 业厂房的楼层较高，可将地基下面的可 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 液化地层全部挖出，以提高钢结构的抗 震性，彻底消除液化土层带来的隐患。 二、钢结构工业厂房的结构类型 及布置 （1）纯框架结构。纯框架结构 因其有较好的延性，建筑平面布置灵活， 易于布置较大房间的优点，在多层及高 层民用建筑和多层的工业建筑中应用较 多。但是纯框架结构侧向刚度小，属于 柔性结构，其层数和高度受到限制，所 以适用于不超过 12 层的结构或较低的 高层钢结构。 （2）空间桁架结构。常用于起 重机构架、网架结构、塔架等。空间桁 架结构的结点一般都看作圆球铰结点， 连接圆球铰的杆件可以绕通过铰中心的 任意轴线转动。 （3）内藏钢支撑钢筋混凝土剪 力墙板结构。主要是以其中的钢板支撑 承担水平力起抗震作用，外包钢筋混凝 土在弹性阶段可以增加水平刚度。 （4）框架偏心支撑（延性墙 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 板） 结构。特点是每对支撑与梁的交 点间形成消能梁段，或是支撑与梁的交 点和柱之间形成消能梁段，而每根支撑 应至少有一端与框架梁相连。偏心支撑 耗能梁段的设置部位决定支撑的布置。 从大量的震害经验总结出，偏心支撑最 好采用消能梁段位于横梁中部的支撑形 式。此种结构的设计原则是强柱、强支 撑和弱消能梁段。 （5）框架中心支撑结构。抗 侧力构件的支撑体系为支撑构件与周边 框架组成的支撑框架从而成为一个抗侧 力结构。中心支撑宜采用交叉支撑，也 可采用人字（V 形）支撑或单斜杆支撑， 不宜采用 K 形支撑。钢支撑可显著增强 框架的抗侧刚度，减少侧向位移，是抗 震设计的一个重要方面。 三、防震缝的设置 在进行钢结构设计时，为了提高 钢结构工业厂房的抗震性能，尤其是多 层工业厂房结构，需要做好防震缝的设 计工作。如果钢结构厂房的总高度不高 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 于 16m 时，在建立防震缝时，其宽度 （防震缝两边建筑边缘之间的距离宽度） 需要为 13mm，而如果高度超过 20m 时， 防震缝的宽度也需要相应的调整，宽度 加宽 20mm 左右，同时在进行防震缝设 计时，充分考虑钢筋混凝土结构的性能， 在进行防震缝设计时，防震缝的宽度需 要大于钢筋混凝土结构的 1.4 倍。 四、钢柱脚的设计 有效处理钢柱脚的设计工作，是 提高抗震性能的前提。按柱脚的受力特 点，将其分为铰接柱脚和钢性柱脚两种。 钢性柱脚抗震构造性能高，适用于刚性 高层建筑。设计中通常将其深埋入到土 层内部，一般称为埋入式柱脚。对于轻 型工字型柱，埋入深度不小于钢柱截面 高度的 2 倍，对大截面的 H 型柱或箱型 柱埋入深度不小于钢柱截面高度的 3 倍。 也可将钢柱直接置于地下室或基础梁顶 面，此时称为外包式柱脚。 五、截面设计 根据钢结构截面承载力不同，可 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 将截面分为四类：允许钢构件的板件发 生屈曲，为薄壁截面；钢截面的边缘最 大应力不超过钢材的屈服强度，为弹性 截面。或允许部分截面开展塑性，为弹 塑性截面；让截面形成塑性铰，还要有 一定的塑性转动能力，为 I 类塑性截面； 界面也是塑性铰，但不是不要求大的转 动能力，为 II 类塑性截面。钢结构工业 厂房同样应遵守强柱弱梁、强剪弱弯和 强节点弱构件的抗震设计基本原则。 （1） “强柱弱梁” 原则 “强柱弱梁 ”，即对柱的设计弯矩 放大，对梁不放大，梁柱一起受力时， 梁端可以先于柱屈服。由于指节点处柱 端实际受弯承载力要大于梁端实际受弯 承载力，为了提高结构的变形能力，防 止在强烈地震作用下倒塌，一般采用增 大柱端弯矩设计值的方法，满足使框架 结构塑性铰出现在梁端的设计要求。调 整后，柱的抗弯能力比之前强了，而梁 不变。 （2） “强剪弱弯” 原则 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 “强剪弱弯 ”即控制脆性破坏形式 的发生，指避免构件（ 梁、柱、墙） 剪力较大的部位在梁端达到塑性变形能 力极限之前发生非延性破坏。结构（框 架梁、柱） 的抗剪承载力要大于抗弯 承载力， “强剪弱弯 ”可充分发挥塑性铰 的能力，控制构件发生弯曲破坏，而不 是剪切破坏，避免脆性破坏。 （3） “强节点弱构件 ”原则 “强节点弱构件 ”是指节点的承载 力应高于连接构件，因节点失效意味着 与之相连的梁与柱都失效。在设计中可 采用以下措施加强节点： 增加连接强度，如增加焊缝和 螺栓；梁端加腋或加隅撑；加厚梁柱节 点域的腹板厚度或增设水平和斜向加劲 肋。 六、楼盖结构 钢结构房屋的楼盖宜采用钢筋混 凝土楼板或压型钢板现浇钢筋混凝土组 合楼板，并应与钢梁有可靠连接。对不 超过 12 层的钢结构房屋尚可采用装配 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 整体式钢筋混凝土楼板，亦可采用装配 式楼板。对超过 12 层的高层钢结构楼 盖可采用压型钢板现浇钢筋混凝土组合 楼板或非组合楼板。但对于楼盖孔口较 大如电梯间等削弱较大的楼板，在开洞 旁应设水平支撑，以保证楼盖平面内刚 度。 结语 综上所述，钢结构的抗震设计需 要从地基特点开始着手，同时考虑钢结 构的性能设计。为了提高钢结构工业厂 房的抗震性能，设计中，钢结构工业厂 房横向结构宜采用刚架或