钢结构房屋抗震设计.ppt

C Z QU 东北电力大学建筑工程学院 CollegeofStructureEngineeringNEIEP C Z QU 东北电力大学建筑工程学院 CollegeofStructureEngineeringNEIEP 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 CollegeofStructureEngineeringNEIEP 1 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 CollegeofStructureEngineeringNEIEP C 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 CollegeofStructureEngineeringNEIEP 2 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 CollegeofStructureEngineeringNEIEP 3 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 CollegeofStructureEngineeringNEIEP 4 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 CollegeofStructureEngineeringNEIEP 2 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 CollegeofStructureEngineeringNEIEP 3 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 CollegeofStructureEngineeringNEIEP 3 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 CollegeofStructureEngineeringNEIEP F l作用于屋盖 处 在横梁 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 CollegeofStructureEngineeringNEIEP F l作用于屋盖 处 在横梁 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 7 和 9 8 计算厂房基本周期 但此时式中G2应换成G2 2 C Z QU 东北电力大学建筑工程学院 CollegeofStructureEngineeringNEIEP 这时排架侧移也应取一半排架计算 F l作用于单根柱B屋盖 处 在屋盖 处引起的内力 C Z QU 东北电力大学建筑工程学院 CollegeofStructureEngineeringNEIEP 4 三跨不对称中跨升高厂房这类厂房一般简化成三个质点体系 参见图9 7 C Z QU 东北电力大学建筑工程学院 CollegeofStructureEngineeringNEIEP 其基本周期可按能量法计算如下 C Z QU 东北电力大学建筑工程学院 CollegeofStructureEngineeringNEIEP 3 横向自振周期的修正由于前面计算横向基本周期均按铰接排架的计算简图计算的 实际屋架与柱顶之间的连接总有某些固结作用 另外 没有考虑围护墙对排架的侧向变形的约束影响 故计算所得的周期比实际偏长 为此 抗震规范 规定 由钢筋混凝土屋架与钢筋棍凝土柱或钢柱组成的排架厂房当有纵墙时 其基本周期取计算值的0 8倍 无纵墙时取计算值的0 9倍 C Z QU 东北电力大学建筑工程学院 CollegeofStructureEngineeringNEIEP 排架地震作用的计算 1 底部剪力法一般情况下 厂房横向排架的地震作用均可按底部剪力法进行计算 2 振型分解反应谱法高低跨厂房 当低跨与高跨高差较大时 按底部剪力法的计算结果误差较大 当需要求出高低跨交接处 柱在支承低跨屋盖处所受的最大水平拉力时 底部剪力法就无能为力 此时只能用振型分解反应谱法进行计算 C Z QU 东北电力大学建筑工程学院 CollegeofStructureEngineeringNEIEP 1 突出屋面的天窗架地震作用效应的调整由于天窗架的横向刚度远比厂房排架的刚度大 因而天窗架在横向相对于排架来说 接近刚性 地震作用效应的调整 在横向水平地震作用下 按底部剪力法计算时 天窗架的地震作用要比振型分解法计算结果大15 27 C Z QU 东北电力大学建筑工程学院 CollegeofStructureEngineeringNEIEP 故 抗震规范 规定 对突出屋面且带有斜腹杆的桁架式钢筋混凝土天窗架 其横向地震作用按底部剪力法计算已足够安全 只对跨度大于9m或烈度9度时 天窗架的横向地震作用效应才乘以效应增大系数1 5 以考虑高振型的影响 C Z QU 东北电力大学建筑工程学院 CollegeofStructureEngineeringNEIEP 2 厂房空间工作和扭转影响对排架地震作用的调整 震害和理论分析表明 当厂房山墙之间的距离不太大 且为钢筋混凝土屋盖时 作用在厂房上的地震作用将有一部分通过屋盖传给山墙 而使作用在排架上的地震作用减小 这种现象称之为厂房的空间作用 空间作用的大小取决于山墙的间距和屋盖刚度的大小 其影响是通过对平面排架地震作用效应的折减来实现的 C Z QU 东北电力大学建筑工程学院 CollegeofStructureEngineeringNEIEP 也就是按平面排架分析所求得的地震作用效应乘以相应的调整系数 表9 1 C Z QU 东北电力大学建筑工程学院 CollegeofStructureEngineeringNEIEP 抗震规范 规定 当符合下列条件时 才按表9 1考虑厂房空间作用和扭转影响来调整柱的地震作用效应 设防烈度为7度和8度 山墙的间距与厂房总跨度之比 8 或总跨 12m 山墙 或横墙 厚度不小于240mm 开洞所占的水平截面积不超过总面积的50 并与屋盖系统有良好的连接 柱顶高度不大于15m C Z QU 东北电力大学建筑工程学院 CollegeofStructureEngineeringNEIEP 3 高低跨交接处钢筋混凝土柱的内力调整 在排架高低跨交接处的钢筋混凝土柱支承低跨屋盖牛腿以上各截面 按底部剪力法求出的地震剪力和弯矩 应乘以增大系数 其值按下式计算 C Z QU 东北电力大学建筑工程学院 CollegeofStructureEngineeringNEIEP C Z QU 东北电力大学建筑工程学院 CollegeofStructureEngineeringNEIEP C Z QU 东北电力大学建筑工程学院 CollegeofStructureEngineeringNEIEP 4 吊车桥架对排架柱局部地震作用效应的修正吊车桥架是一个较大的移动质量 在地震中往往引起厂房的强烈局部振动 对吊车所在排架产生局部影响 加重震害 钢筋混凝土柱单层厂房的吊车梁顶标高处的上柱截面 由吊车桥架引起的地震剪力和弯矩 当按底部剪力法等简化计算方法计算时 其值应乘以表9 3中的增大系数 C Z QU 东北电力大学建筑工程学院 CollegeofStructureEngineeringNEIEP C Z QU 东北电力大学建筑工程学院 CollegeofStructureEngineeringNEIEP 单层厂房的抗震构造措施 1 檩条应与混凝土屋架 屋面梁 焊牢 并应有足够的支承长度 2 双脊应在跨度1 3处相互拉结 3 压型钢板应与檩条可靠连接 瓦楞铁 石棉瓦等应与檩条拉结 4 支撑布置宜符合表9 4要求 1 有檩屋盖构件的连接及支撑布置 应符合下列要求 C Z QU 东北电力大学建筑工程学院 CollegeofStructureEngineeringNEIEP C Z QU 东北电力大学建筑工程学院 CollegeofStructureEngineeringNEIEP 2 无檩屋盖构件的连接及支撑布置应符合下列要求 1 大型屋面板应与屋架 屋面梁 焊牢 靠柱列屋面板与屋架 屋面梁 的连接焊缝不宜小于80mm 2 6度和7度时 有天窗厂房单元端开间 或8度和9度时各开间 宜将垂直屋架方向两侧相邻大型屋面板的顶面彼此焊牢 3 8度和9度时 大型屋面板端头底面的埋件宜采用角钢并与主筋焊牢 C Z QU 东北电力大学建筑工程学院 CollegeofStructureEngineeringNEIEP 4 非标准屋面板宜采用装配式接头 或将板四角切掉后与屋架焊牢 5 屋架端部预埋件的锚筋 8度时 不宜小于4 10 9度时不宜小于4 12 6 支撑布置宜符合表9 15要求 有中间井式天窗时宜符合表9 16要求 8度和9度时跨度不大于15m的屋面梁屋盖 可仅在厂房单元两端各设竖向支撑一道 C Z QU 东北电力大学建筑工程学院 CollegeofStructureEngineeringNEIEP C Z QU 东北电力大学建筑工程学院 CollegeofStructureEngineeringNEIEP C Z QU 东北电力大学建筑工程学院 CollegeofStructureEngineeringNEIEP 3 屋盖支撑尚应符合下列要求 1 天窗开洞范围内 在屋架脊点处应设上弦通长水平压杆 2 屋架跨中竖向支撑在跨度方向的间距 6 8度时不大于15m 9度时不大于12m 3 屋架上 下弦通长水平系杆与竖向支撑宜配合布置 4 柱距不小于12m且屋架间距6m的厂房 托架区段及其相邻开间应设下弦纵向水平支撑 5 屋盖支撑杆件宜用型钢 C Z QU 东北电力大学建筑工程学院 CollegeofStructureEngineeringNEIEP 4 突出屋面的混凝土天窗架 其两侧墙板与天窗立柱宜采用螺栓连接 5 钢筋混凝土屋架的截面和配筋 应符合下列要求 1 屋架的上弦第一节间和梯形屋架端竖杆的配筋 6度和7度时不宜小于4 12 8度和9度时不宜小于4 14 2 梯形屋架的端竖杆截面宽度宜与上弦宽度相同 C Z QU 东北电力大学建筑工程学院 CollegeofStructureEngineeringNEIEP 3 拱形和折线形屋架上弦端部支承屋面板的小立柱截面不宜小于200mmX200mm 高度不宜大于500mm 主筋宜采用 级钢 4 12 8度和9度时不宜小于4 14 箍筋可采用46 间距100mm 6 厂房柱子的箍筋 应符合下列要求 1 下列范围内柱的箍筋应加密 柱头 取柱顶以下500mm并不小于截面长边尺寸 上柱 取阶形柱自牛腿面至吊车梁面以上300mm高度范围内 C Z QU 东北电力大学建筑工程学院 CollegeofStructureEngineeringNEIEP 牛腿 柱肩 取全高 柱根 取下柱柱底至室内地坪以上500mm 柱间支撑与柱连接节点和柱变位受平台等约束的部位 取上 下各300mm 2 加密区的箍筋间距不应大于100mm 箍筋肢距和最小箍筋直径应符合表9 17的规定 C Z QU 东北电力大学建筑工程学院 CollegeofStructureEngineeringNEIEP 7 山墙抗风柱的配筋 应符合下列要求 1 抗风柱柱顶以下300mm和牛腿面以上300mm范围内的箍筋 直径不宜小于6mm 间距不应大于100mm 肢距不宜大于250mm 2 抗风柱的变截面牛腿处 宜设置纵向受拉钢筋 8 大柱网厂房柱的截面和配筋构造 应符合下列要求 1 柱截面宜采用正方形或接近正方形的矩形 边长不宜小于柱全高的1 18 1 16 C Z QU 东北电力大学建筑工程学院 CollegeofStructureEngineeringNEIEP 2 重屋盖厂房考虑地震组合的柱轴压比 6度和7度时不宜大于0 8 8度时不宜大于0 7 9度时不宜大于0 6 3 纵向钢筋宜沿柱截面周边对称配置 间距不宜大于200mm 角部宜配置直径较大的钢筋 4 柱头和柱根的箍筋应加密 并应符合下列要求 a 加密范围 柱根取基础顶面至室内地坪以上1m 且不小于柱全高的1 6 柱头取柱顶以下500mm 且不小于柱截面长边尺寸 C Z QU 东北电力大学建筑工程学院 CollegeofStructureEngineeringNEIEP b 箍筋直径 间距和肢距 应符合前面6中对厂房柱子箍筋的要求 9 厂房柱间支撑的设置和构造 应符合下列要求 1 厂房柱间支撑的布置 应符合下列规定 a 一般情况下 应在厂房单元中部设置上 下柱间支撑 b 有吊车或8度时 宜在厂房单元两端增设上柱支撑 C