山东科鼎LED钢结构工程有限公司之混凝土排架柱柱头位移限值探讨.docx

螣蛇的梦结构笔记系列混凝土排架柱柱头位移限值探讨螣蛇的梦整理一、建筑抗震设计规范5.5.1 表5.5.1所列各类结构应进行多遇地震作用下的抗震变形验算，其楼层内最大的弹性层间位移应符合下式要求：思考：该表未包括混凝土排架结构。混凝土排架柱头水平位移参考框架按1/550是不是太严格呢？需要进一步论证！二、建筑抗震设计规范5.5.1条文说明：在多遇地震作用下，建筑主体结构不受损坏，非结构构件(包括围护墙、隔墙、幕墙、内外装修等)没有过重破坏并导致人员伤亡，保证建筑的正常使用功能；在罕遇地震作用下，建筑主体结构遭受破坏或严重破坏但不倒塌。根据各国规范的规定、震害经验和实验研究结果及工程实例分析，采用层间位移角作为衡量结构变形能力从而判别是否满足建筑功能要求的指标是合理的。本段主要讲了“位移角和非结构构件损坏程度之间的关系”，该关系也可以查看丁芸孙钢结构设计误区与释义 百问百答P3：6.变形对围护结构的影响:【计算注意事项】计算时，一般不扣除由于结构重力P-效应所产生的水平相对位移；高度超过150m或H/B6的高层建筑【H28m或者层数10的住宅建筑；H24m的其他高层民用建筑】，可以【不强制】扣除结构整体弯曲所产生的楼层水平绝对位移值，因为以弯曲变形为主的高层建筑结构，这部分位移在计算的层间位移中占有相当的比例，加以扣除比较合理。如未扣除，位移角限值可有所放宽【目前软件没有扣除】。框架结构试验结果表明，对于开裂层间位移角，不开洞填充墙框架为1/2500，开洞填充墙框架为1/926；有限元分析结果表明，不带填充墙时为1/800，不开洞填充墙时为1/2000。本规范不再区分有填充墙和无填充墙，均按89规范的1/550采用，并仍按构件截面弹性刚度计算。对于框架-抗震墙结构的抗震墙，其开裂层间位移角：试验结果为1/33001/1100，有限元分析结果为1/40001/2500，取二者的平均值约为1/30001/1600。2001规范统计了我国当时建成的124幢钢筋混凝土框-墙、框-筒、抗震墙、筒结构高层建筑的结构抗震计算结果，在多遇地震作用下的最大弹性层间位移均小于1/800，其中85小于1/1200。因此对框-墙、板柱-墙、框-筒结构的弹性位移角限值范围为1/800；对抗震墙和筒中筒结构层间弹性位移角限值范围为1/1000，与现行的混凝土高层规程相当；对框支层要求较框-墙结构加严，取1/1000。钢结构在弹性阶段的层间位移限值，日本建筑法施行令定为层高的1/200。参照美国加州规范(1988)对基本自振周期大于0.7s的结构的规定，本规范取1/250。单层工业厂房的弹性层间位移角需根据吊车使用要求加以限制，严于抗震要求，因此不必再对地震作用下的弹性位移加以限制；弹塑性层间位移的计算和限值在本规范第5.5.4和第5.5.5条有规定，单层钢筋混凝土柱排架为1/30。因此本条不再单列对于单层工业厂房的弹性位移限值。多层工业厂房应区分结构材料(钢和混凝土)和结构类型(框、排架)，分别采用相应的弹性及弹塑性层间位移角限值，框排架结构中的排架柱的弹塑性层间位移角限值，在本规范附录H第H1节中规定为1/30。思考：本条文指明：吊车对变形的要求高于抗震对变形的要求，也即按吊车要求的位移角限值控制时非结构构件损坏程度要轻一些！实际上，混凝土柱排架结构的墙体、门窗等构件按规范一般在排架柱外侧与柱柔性连接，对非结构构件的保护相对有利。那么无吊车情形怎么办？是否可以参考轻级单梁吊车排架情形呢？需要进一步论证！三、对有吊车的排架柱在吊车作用下的柱头位移限值，混凝土结构设计规范没有规定，钢结构设计规范（2003版）附录A：A.2.1 在风荷载标准值作用下，框架柱顶水平位移和层间相对位移不宜超过下列数值：1、无桥式吊车的单层框架的柱顶位移 H/150；【应包括无吊车和单梁吊车两种情形】2、有桥式吊车的单层框架的柱顶位移 H/400；3、多层框架的柱顶位移 H/500；4、多层框架的层间相对位移 h/400；H 为自基础顶面至柱顶的总高度；h为层高。注：1、对室内装修要求较高的民用建筑多层框架结构，层间相对位移宜适当减小。无墙壁的多层框架结构，层间相对位移可适当放宽。【可见位移限值主要用来保护非结构构件】2、对轻型框架结构的柱顶水平位移和层间位移均可适当放宽。A.2.2：在冶金工厂或类似车间中设有A7、A8级吊车的厂房柱和设有中级和重级工作制吊车的露天栈桥柱，在吊车梁或吊车桁架的顶面标高处，由一台最大吊车水平荷载（按荷载规范取值）所产生的计算变形值，不宜超过表A.2.2所列的容许值。表A.2.2 柱水平位移（计算值）的容许值注：1、Hc为基础顶面至吊车梁或吊车桁架顶面的高度。2、计算厂房或露天栈桥柱的纵向位移时，可假定吊车的纵向水平制动力分配在温度区段内所有柱间支撑或纵向框架上。3、在设有A8级吊车的厂房中，厂房柱的水平位移容许值宜减小10。4、在设有A6级吊车的厂房柱的纵向位移宜符合表中的要求。对比门式刚架轻型房屋钢结构技术规程3.4.2：单层门式刚架的柱顶位移设计值，不应大于表3.4.2-1规定的限值。【不适用于排架，仅用来和钢规比较】表3.4.2-1 刚架柱顶位移设计值的限值吊车情况其它情况柱顶位移极限无吊车当采用轻型钢墙板时当采用砌体墙时h/60h/240有桥式吊车当吊车有驾驶室时当吊车由地面操作时h/400h/180注：表中h为钢架柱高度。【砌体围护地操桥式按1/240.无单梁吊车的规定，按地操吊车项，单梁运行相比桥式卡轨更常见】思考：吊车位移要求高于地震，按吊车对位移的要求当然可以，既然是吊车对位移有决定性作用，那么位移限值对钢结构和混凝土排架来说应该一样。四、机械工业厂房结构设计规范对混凝土排架柱也没有专门规定。9.1.10:风荷载作用下，单层钢结构厂房柱顶的位移限值宜符合下列规定：【和钢结构设计规范相同】1、无桥式起重机的单层厂房的柱顶位移宜为基础顶面至柱顶的总高度的1/150；2、有桥式起重机的单层厂房的柱顶位移宜为基础顶面至柱顶的总高度的1/400；3、轻型且无桥式起重机厂房柱顶的位移限值可在本条第1款的基础上适当放宽【低于1/150】。9.1.11：厂房柱与露天栈桥柱在起重机梁顶面标高处的横向和纵向变形值，可按一台最大起重机横向或纵向水平制动力标准值(不计动力系数)作用在起重机梁顶面标高处分别计算确定。横向计算时，露天栈桥柱可假定为嵌固在基础顶面的悬臂柱。厂房柱和露天栈桥柱的横向和纵向变形限值，宜符合表9.1.11规定。【与钢结构设计规范有不同，规定更细致】表9.1.11厂房柱与露天栈桥柱在起重机梁顶面标高处的横向和纵向变形限值(mm)注：1、对起重量较大、起重机工作级别为A4A6的厂房，厂房柱的横向位移宜按表中对A7工作级别的规定适当放宽；2、Hc为基础顶面到起重梁(桁架)顶面的高度；3、计算厂房或露天栈桥柱的纵向位移时，可假定起重机的纵向水平制动力分配在温度区段内所有柱间支撑或纵向框架柱列上。思考：1、没有找到关于混凝土排架柱柱头位移的明文规定，建议按钢结构设计规范附录A控制；2、没有找到关于无吊车混凝土排架柱柱头位移规定，建议按H/150控制！参考文献：1、钢结构设计误区与释义 百问百答 丁芸