结构抗震设计(精品课程)第8章

.,1、烟囱的抗震设计2、塔架的抗震设计3、贮仓的抗震设计4、水池的抗震设计,第八章构筑物的抗震设计,.,烟囱的震害形式,国内外地震震害资料表明，砖烟囱是一种容易遭受震害的高耸构筑物，它的破坏是很普遍的。砖烟囱的震害随着地震烈度、地基情况和震中距的不同有水平裂缝、多条环裂缝、筒身错位、阶梯形斜缝、酥裂、筒身扭转、竖缝、顶端破坏、掉头等，破坏形态如图8.1所示。,.,图8.1砖烟囱震害破坏示意图,.,砖烟囱的破坏程度与震害累积、地基条件的影响、破坏高度、外形的影响等因素相关。其破坏程度可以划分为以下五等，即：（1）完好；（2）轻微破坏：只需要略加修理或不修理就能继续使用；（3）中等破坏：介于轻微破坏和严重破坏之间；（4）严重破坏：虽未掉头，但必须拆除或需要特别修理才能继续使用；（5）掉头。,.,钢筋混凝土烟囱的震害主要表现为裂缝（大部分为水平裂缝）、倾斜、弯曲、折断、坠落等。砖烟囱的破坏形式与地震烈度的高低、地基场地的好坏有密切的联系。,图8.2钢筋混凝土烟囱破坏形式示意图,.,烟囱的选型及可不验算范围,烟囱筒身材料的选择，应根据抗震设防烈度、场地土类别、烟囱高度和出口内径、风荷载以及材料供应等具体情况综合考虑决定。,对于抗震性能，钢筋混凝土烟囱显然比砖烟囱好。砖砌体是脆性材料，抗震性能较差，即使配置钢筋可以增加烟囱的抗弯、抗剪切和抗拉的能力，但其增加的程度仍然有限，这主要是由于砖砌体本身固有性能所决定的，另外在砖烟囱内由于配置竖向钢筋而损伤了砖砌体，影响砌体强度；其次施工时，由于钢筋细柔而容易摆动，钢筋与砂浆之间粘结受到影响，影响两者之间的共同工作。震害调查资料也表明，配筋烟囱在遇到强烈地震或地基场地条件较差情况下，由于防震能力有限，常发生不同程度的破坏。,.,对于独立式烟囱，当烟囱高度不超过60m，并在设防烈度6度地区建造III、IV类场地，以及在7度和8度地区建造在I、II类场地时，可采用配筋（竖向和环向）砖烟囱。砖烟囱筒身宜采用圆锥形，因为圆锥形烟囱比圆筒形和方形烟囱的稳定性和受力性能都好。烟囱高度虽然不超过60m，但当建造在8度III、IV类场地或9度时，宜采用钢筋混凝土烟囱。对于烟囱高度超过60m时，一般均应采用钢筋混凝土烟囱。如果属于重要的烟囱，高度虽然没有超过60m，亦宜采用钢筋混凝土烟囱。,.,从震害调查资料得知，钢筋混凝土烟囱的震害破坏，大多数是在混凝土和钢筋遭受到损伤和腐蚀的部位。因此，在烟囱筒身内应采取有效预防措施，尽可能地避免或减少有害气体对筒壁材料的腐蚀和较大的温差作用。为了防止烟囱破坏危害人身安全和使邻近建筑物遭到次生灾害，自烟囱筒壁外边缘到邻近建筑物边缘距离不宜小于810m。,.,从侧向作用等效观点出发，当烟囱风荷载为0.4KN/m2时，与7度地震作用相当，即相当于具备7度地震作用的抗御能力。当烟囱风荷载为0.7KN/m2时，即相当于具备8度地震作用的抗御能力。对于砖和钢筋混凝土烟囱，当设防烈度为7度且场地条件为I、II类时，可以不进行截面抗震强度验算，但应按规范规定采取相应的抗震构造措施。对于高度不大于60m的砖烟囱，当设防烈度为7度以及设防烈度为8度且场地条件为I、II类时，均可不进行截面抗震强度验算，只需符合抗震构造要求。对于高度不大于210m的钢筋混凝土烟囱，当设防烈度为7度以及设防烈度为8度且场地条件为I、II类时，风荷载不小于0.7KN/m2情况下，可以不进行截面抗震强度验算，亦只需符合抗震构造要求。,.,水平地震作用及其效应烟囱与框架结构不同，它是一个独立悬臂结构，没有多余联系杆件，一旦在某一截面出现塑性铰时，就必然造成严重破坏，有时不仅涉及烟囱自身的安全，而且还会危及相邻建筑物的安全。因此，进行烟囱抗震设计计算时，应尽可能地保持在弹性工作范围内。另外，对于烟囱的设防烈度，一般均应采用基本烈度。,.,振型分解反应谱法,对于高度不大于150m的独立烟囱，考虑前三个振型的组合已足够精确。对于高度大于150m的独立烟囱，如果仅考虑前三个振型的组合，将使计算结果偏小很多，为使计算结果达到较好的精确度，应考虑前五个振型的组合为宜。对于高度超过210m时，尚宜考虑前七个振型的组合。,.,图8.11水平地震作用烟囱计算简图,.,振型分解反应谱法主要步骤如下：,第一，根据结构动力学的方法（精确法或近似法）计算出烟囱的自振特性。,第二，根据计算出的烟囱自振特性，应用反应谱理论计算烟囱的各个振型下的水平地震作用。,第三，按照结构动力学的方法，进行计算各个振型水平地震作用标准值作用下的水平地震作用效应Sj（剪力和弯矩）。,第四，将各个振型水平地震作用效应Sj按照平方和的平方根方法进行组合，即得出所求地震作用效应,.,对高度不大于150m的独立烟囱，使用该种方法计算的结果，与精确法计算结果相比较是相当接近的。对于高度在150210m的独立烟囱，使用该法进行计算，其结果基本上也是能够满足设计要求的。,底部弯矩和剪力法,首先计算独立烟囱底部的弯矩和剪力。,再者，按照规定的弯矩和剪力分布图形规律确定烟囱高度为Hi截面上的弯矩Mi，和剪力Vi。,.,式中：1相应于烟囱基本周期T1的水平地震影响系数；Gk独立烟囱恒荷载标准值；H0独立烟囱基础顶面至烟囱重心处的高度，一般H00.38H；H自基础顶面算起独立烟囱高度（m）。,烟囱底部由于水平地震作用标准值产生的弯矩：,.,烟囱底部由于水平地震作用标准值产生的剪力,式中c烟囱上部的剪力修正系数，,.,图8.12独立烟囱水平地震作用效应分布,.,由地震的宏观调查表明，在较高烈度地区竖向地震作用的影响是十分明显的。国内外大量强震记录也表明，地震除以水平运动为主外，竖向运动分量约为水平运动分量的50%。在震中地区，有时竖向运动分量可能大于水平运动分量，其破坏性是很大的。规范规定，除6度7度区的独立烟囱可以不考虑竖向地震作用以外，对于8度、9度和10度区内的独立烟囱，均应考虑上、下两个方向的竖向地震作用和水平地震作用的不利组合。,竖向地震作用及其效应,.,首先算出烟囱底部的总竖向地震作用标准值：,FEvk=avmaxGeg,式中：avmax竖向地震作用影响系数的最大值。8度和9度时可取avmax=0.65amax；10度时可取avmax=amax；Geg烟囱的等效总重力荷载，可取其重力荷载代表值的75%。,.,计算各质点mi的竖向地震作用标准值，按下式计算：,式中:Gj集中质点mj的重力荷载代表值；Hj集中质点mj处的计算高度；Gi集中质点mi处的重力荷载代表值；Hi集中质点mi处的计算高度。,.,根据算出的各质点mi处的竖向地震作用Fvi，便可计算出沿烟囱高度各截面的轴力效应。抗震规范建议，竖向地震作用效应的增大系数，可采用2.5。,.,M=1.3Mp+1.40.2Mw+Mf,地震作用效应和其他荷载作用效应的组合,在烟囱截面设计计算中，起控制作用的是弯矩，在地震作用下烟囱的组合弯矩可按下式计算。对于砖烟囱：,M=1.3Mp+1.40.2MW,对于钢筋混凝土烟囱：,式中：Mp地震作用产生的弯矩；MW风荷载作用产生的弯矩；Mf地震、风、基础倾斜等产生的附加弯矩。,.,烟囱的地震附加弯矩,式中：Mi，Mfi高度为Hi截面上的地震弯矩效应和附加弯矩效应（kNm）；Eh水平地震作用分项系数，采用Eh=1.3；h附加弯矩高度变化系数，按图采用；G烟囱总重力荷载标准值（不包括基础）（kN）；Bp烟囱重心高度处水平截面考虑材料塑性影响的抗弯刚度（kN.m2）对于圆形烟囱Bp=pEctr3tp考虑材料塑性影响的截面抗弯刚度折减系数，采用p=0.2；r、t烟囱重心处截面平均半径和筒壁厚度；Ect考虑高温受热影响后的混凝土弹性模量（Mpa），按现行烟囱设计规范取值。,.,地震附加弯矩高度变化系数h值1H=100m,2100mH=150m,3150m=0.7kN/m28度，I、II类场地，基本风压=0.7kN/m2；（3）小于或等于8度，I、II类场地，不带塔楼的钢塔架及其地基基础。,高耸结构风振的影响一般要大于地震的影响，但是如果结构的重量较大，并且处在高烈度地区，则地震的影响可能会更强烈。同时由于竖向地震对高耸结构的明显作用，会使结构轴向力骤然增大数倍甚至出现拉应力，因此在设计高耸结构时要充分考虑风荷载和地震作用的影响，以保证结构的安全。,.,水塔的抗震计算,水塔结构选型及可不验算抗震范围,圆形水柜与矩形水柜相比较，无论对于承受静水压力还是承受动水压力，前者都较好。在选择水柜型式时，应首先考虑采用圆形水柜。,水塔的支承结构，当基本烈度为10度时，均应采用钢筋混凝土水塔或钢水塔。即使基本烈度为8度的III、IV类场地和9度时，亦宜首先考虑采用钢筋混凝土水塔或钢水塔。只有当基本烈度8度的I、II类场地和6、7度时，且水柜容积不大于50m3时，才可以考虑采用砖筒壁支承的水塔。,.,砖柱支承，一般当基本烈度为6度和7度的I、II类场地，并且水柜容积不大于20m3时才允许采用。对于在II、III、IV类场地上的柱支承水塔基础，均应采用整片基础或环形基础。当采用单独基础时，均应设置基础联系梁，以加强各个单独基础间的整体性。,.,根据震害调查和理论分析，水柜部分一般可以不进行抗震截面强度验算，也可不采取另外的抗震构造措施。对于8度的III、IV类场地和9度区，支架式水塔、水柜的下环梁还应进行抗震截面强度验算。对于水塔的支承结构部分，属于下述情况者均可不进行抗震截面强度验算，但应符合构造要求。其中有：基本烈度为7度时I、II类场地的钢筋混凝土支架，水柜容积不大于50m3，且高度不大于20m的砖筒支承水塔的筒壁，以及水柜容积不大于20m3，且高度不大于7m的砖柱支承水塔的柱和梁。以及基本烈度为7度时和8度时I、II类场地的钢筋混凝土筒支承水塔的筒壁。,.,水塔抗震计算,在地震作用下，为确保水塔安全、不遭破坏，水塔的设防烈度宜按基本烈度采用。水塔的抗震计算一般应考虑水柜满载与空载两种情况。对于支架式水塔，以及平面为多角形的水塔，均应分别按正向和对角线向两个主轴方向进行验算。当设防烈度为7度时，水塔抗震计算可以只考虑水平方向的地震作用。当设防烈度为8度、9度和10度时，应按水平地震作用和竖向地震作用同时作用的最不利组合情况进行验算。在计算地震作用时，水塔自重、设备重量和水重均取其全部，一般不考虑水柜与水柜中水的地震运动不同步的影响，即对其作用效应不再折减，这是偏于安全的。,.,水塔是高柔构筑物，在地震作用下进行分析计算时，计算简图可视为一竖直悬臂杆件，如图所示。水柜连同水柜中的水视为一整体，通常称作头部，头部重量视为集中在头部的重心处。对于支承结构的质量，根据动能等效原则，可将其折算至头部重心处。这样，计算简图便成为一单自由度体系的竖直悬臂杆件，水塔支承结构便是无质量的弹性杆件。按此单自由度体系进行分析计算的结果，与按多自由度体系进行分析计算的结果相比较，一般是很接近的。显然，头部重量所占比例越大，就越精确。,水塔计算简图,.,对于支架水塔，水平地震作用标准值产生的底部地震弯矩可按下式确定：M0=a1(Gt+mGts)H0式中M0水平地震作用标准值在水塔底部产生的弯矩（kN.m）；a1相应于水塔基本自震周期的水平地震影响系数；Gt水柜的重力荷载代表值（kN）；Gts水塔支承结构和附属设备平台等的重力荷载代表值(kN)，m弯矩等效系数，等刚度支承结构可采用0.35，变刚度支承结构可适当减小，但不应小于0.25；H0水塔基础顶面至水柜重心的高度（m）。,.,对于高度较大的砖筒壁支承和钢筋混凝土筒壁支承的水塔，或筒壁高度与直径之比大于3.5的水塔，宜采用振型分解反应谱法计算。水柜和水柜中的水作为一集中质点，筒壁沿高度划分成几个段落，简化为多个集中质点系的问题。在抗震计算中，可只考虑基本振型一项，不进行多振型的组合。,对于竖向地震作用的计算，亦可采用前述方法。但应注意，当水塔简化为单自由度体系时，水塔的等效总重力荷载代表值不应再有折减系数0.75，其他均相同。,对于较低的砖筒壁支承和钢筋混凝土筒壁支承的水塔，当高度低于10m时，可采用前述的底部弯矩和剪力法进行计算。,.,至于水塔按单自由度体系计算简图进行分折的自振周期计算公式为：,g重力加速度，为9.81m/s2；在头部重心处作用单位水平集中力，在该处引起的水平位移，其计算公式为：,EI支承结构横截面的抗弯刚度；GA支承结构横截面的抗剪刚度；支承结构横截面剪应力分布不均匀系数。,.,水塔支承结构越细长，即高度H与支承结构外径D之比H/D越大，剪切变形的影响越小。对于钢筋混凝土支承和砖筒壁支承，当H/D4时，剪切变形的影响不到5%；当H/D2时，剪切变形的影响不到10%。在抗震计算中，为使计算简化，当H/D2时，可只取弯曲变形项影响，或者在计算弯曲变形一项影晌基础上再增加510%，近似计算公式为：,.,贮仓抗震计算,截面抗震验算的水平地震影响系数最大值表,贮仓应按下列抗震计算水准A确定地震影响系数并进行水平地震作用和作用效应计算。,.,（1）、构筑物的地震影响系数，应根据烈度、场地指数和结构自振周期按图8-16确定，其下限值不应小于最大值的10。,图8-16地震影响系数曲线注：地震影响系数；max地震影响系数最大值T结构自振周期(s)；Tg特征周期(s)。,.,（2）、截面抗震验算时，阻尼比为5的构筑物的水平地震影响系数最大值，应根据抗震计算水准按表8.7采用。除规范另有规定者外，构筑物的阻尼比可采用5。（3）、特征周期，应根据场地指数按下式计算：,场地指数，应按构筑物抗震设计规范规定计算。,对于基本自振周期大于1.5s且位于中软、软场地上的高柔构筑物，按上式确定的特征周期值宜增加0.15s。,.,（4）、当构筑物的阻尼比不等于5时，其水平地震影响系数应乘以阻尼修正系数；阻尼修正系数可按下列规定计算：（a）当T0.10s,水平地震影响系数的阻尼修正系数,结构的阻尼比。,（b）当T0.02s时，,（c）当结构自振周期在0.020.10s范围内时，阻尼修正系数可按线性内插法确定。,.,（5）、多质点体系，当采用底部剪力法计算时，按图8-22确定的水平地震影响系数，应乘以增大系数。水平地震影响系数的增大系数，应按下列公式确定：,当TTg，,当TTg，,一水平地震影响系数的增大系数；,增大系数的结构类型指数，应根据结构类型按下表采用：,结构类型指数表,.,（6）、竖向地震影响系数的最大值，可采用水平地震影响系数最大值的65。,.,对于钢筋混凝土筒壁支承的水塔，筒壁厚度应不小于120mm，混凝土强度等级应不低于C20；水柜部分的保温护壁应与水柜锚固牢靠；筒壁内的竖向钢筋应不小于12，间距不大于200mm，搭接长度不应小于40倍钢筋直径，接头位置应相互错开，同一水平截面上的接头数不应超过钢筋总数的1/4，筒壁下部的大门宜设置钢筋混凝土门框，门框的水平截面的面积宜不小于被门洞削弱的筒壁面积，门框与筒壁应锚固牢靠；筒壁上的窗和洞口周围，每周边均应设置不少于212的加强钢筋进行加固,塔架抗震构造措施,.,钢筋混凝土柱支承和钢柱支承的水塔，主要应使柱、粱和斜撑之间结点联结牢靠，使水柜、支架和基础形成为一整体，协同工作，有效地抵抗地震的反复作用。柱支承的水塔基础，宜采用整片基础或环状基础。当采用单独基础时，应采用连系粱相互联接，使成为一整体。柱支架的横梁应有较大的刚度，横梁内钢筋的搭接长度应不小于40倍的钢筋直径，箍筋间距应不大于200mm，横梁两端在等于梁高的一段长度范围内，箍筋间距应不大于100mm。在柱与水柜交接处以下和柱与基础交接处以上各0.8m范围内，以及梁柱节点上下各1倍柱宽，且又不小于1/6柱净高的范围内，柱的箍筋间距应不大于100mm，而且当基本烈度为8度、9度和10度时，柱的箍筋直径应不小于8。水柜下的环粱和横梁的粱端应加腋，当基本烈度为8度、9度和10度而且水塔高度大于20m时，沿支架高度每隔10m左右宜设置钢筋混凝土水平交叉支撑一道，支撑截面一般不宜小于支架柱的截面。,.,砖筒壁和砖柱支承的砌体材料，均应采用强度等级不低于MU7.5的砖和不低于M5的水泥石灰砂浆砌筑。砖筒壁支承的抗拉和抗剪能力一般都是较低的，必须采取措施提高其强度和延伸性能。有效的方法是配置适当的钢筋，可以采取在筒壁砌体内配筋，也可以在筒壁外面预先留竖槽配置钢筋，再灌注细石混凝土或用砂浆填实。,.,砖筒壁配筋范围和数量应按计算确定，但不得少于下表中规定的要求。,砖筒壁配筋范围和最小配筋量表,.,钢筋主要配置在砖筒壁的下部，随着地震烈度的增高，配筋范围应逐渐往上扩大，配筋率应该是下大上小。对于只要求在下半部配筋的砖筒支承，应避免刚度的突变，配筋数量应从中部到上部逐渐减小，除竖向钢筋的下部应与基础锚固外，上部亦应保留有少量钢筋伸入顶部与水柜锚固，不贯通的竖向钢筋应锚入砌体预留孔内，用砂浆填实。钢筋端部均应设置弯钩，钢筋搭接长度应不小于40倍钢筋直径，搭接部分在全长范围应用铁丝绑扎牢固。采用留竖槽配筋作法，除应不少于6道槽外，竖槽间距还应不大于1m。,.,当设防烈度为7度III、IV类场地和8度I、II类场地时，砖筒壁内宜采用不少于4根加固构造柱，构造柱截面应不小于240240mm，配筋量不少于412，构造柱应与圈粱、筒壁、水柜、基础等锚固联成整体。沿筒壁高度每隔4m左右应设圈粱一道，圈梁截面高度不宜小于180mm，宽度不宜小于筒壁厚度的2/3且不宜小于240mm。构造柱和圈粱的混凝土强度等级均不宜低于C15；纵向钢筋不应少于412，箍筋间距不应大于250mm。砖筒壁底部门洞的上部和下部应各设置钢筋混凝土圈粱一道，门洞两侧应设置钢筋混凝土门框或砖柱门框加固。砖筒壁上的其他窗洞上下均应配置38的水平钢筋，且每端伸入筒壁内不小于1m与筒壁锚牢。,.,贮仓抗震设计,贮仓是指贮存粒状和粒状松散物体（如谷物、面粉、水泥和碎煤等）的立式容器，可作为生产企业调节和短期贮存生产原料，也可以作为长期存料的仓库，这种贮仓都是仓顶进料，仓底卸料。贮仓按材料分为钢筋混凝土贮仓、钢贮仓和砖砌贮仓贮仓。钢筋混凝土贮仓又可分为预制装配式及整体浇注式，预应力与非预应力贮仓。从经济、耐久性等方面考虑，工程上应用最广泛的是整体浇注的普通钢筋混凝土贮仓。贮仓按照平面形状分为圆形、矩形、多边形等。目前应用最多的是圆形及矩形贮仓。我国钢筋混凝土贮仓设计规范，根据贮仓高度与平面尺寸的关系，可分为浅仓和深仓两类（图8.6）。浅仓主要作为短期贮料用，由于在浅仓中所贮存的松散物体的自然坍塌线不与对面仓壁相交，一般不会形成料拱（图8.7），因此可以自动卸料。,.,(a)深仓；（b）浅仓图8.6贮仓的形式,.,深仓中所存松散物体的自然坍塌线经常与对面立壁相交，形成斜拱引起卸料时堵塞，因此，从深仓中卸料需用动力设施或人力，深仓主要供长期贮科用。深仓和浅仓的划分界限为：当H/D0（或H/b0）1.5时为深仓；当H/D0（或H/b0）=1.5时为浅仓。其中，H为贮料计算高度；D0为圆形贮仓的内径；b0为矩形贮仓的短边长。,.,浅仓的自然坍塌线图,深仓的自然坍塌线图,.,对贮仓震害调查表明：柱支承的贮仓倒塌所占的比例较高，主要表现在柱头部位，因此，仓下支承柱纵筋的最小配筋率应达到设计要求。,.,贮仓的仓体可不进行抗震验算，但应满足抗震构造借施要求。符合下列条件的贮仓，其支承结构可不进行抗震验算，但应满足抗震构造措施要求。（1）、7度时，支承筒同一水平截面的孔洞圆心角总和不大于1000，且最大孔洞圆心角不大于500的钢筋混凝土筒承式圆贮仓。（2）、7度硬、中硬场地时，钢筋混凝土柱承式圆贮仓。（3）、7度硬、中硬场地时，柱底至仓顶的高度不大于15m，且单格仓的贮料荷载标准值不超过5000kN的钢筋混凝土柱承式方仓。（4）、7度时的钢柱承式贮仓。,.,符合下列条件之一的柱承式贮仓的单层仓上建筑，可不进行抗震验算，但应满足抗震措施要求。（1）、7度及8度硬、中硬场地时，钢结构仓上建筑。（2）、7度时，钢筋混凝土结构仓上建筑。（3）、7度硬、中硬场地时，砖混结构仓上建筑。,.,贮仓的水平地震作用，可采用底部剪力法或振型分解反应谱法计算。贮仓的水平地震作用计算时，贮料荷载组合值，筒承式圆贮仓可采用满仓贮料荷载标准值的80%，柱承式贮仓可采用满仓贮料荷载标准值的90%。筒承式圆贮仓按底部剪力法计算时，仓体和仓上建筑宜采用多质点体系模型；仓上建筑的地震作用效应应乘以增大系数，其值可采用4.0，但增大部分不应往下传递。,.,柱承式贮仓按底部剪力法计算时，可采用单质点体系模型，且应满足：（1）、质点位置可设于柱顶。（2）、质点的重力荷载代表值，应按下列要求计算。计算地震作用时，构筑物的重力荷载代表值应取结构构件、内衬和固定设备自重标准值和可变荷载组合值之和；可变荷载的组合值系数，除另有规定者外，应按下表采用。,.,可变荷载组合值系数,.,贮料荷载组合值应为筒承式圆贮仓可采用满仓贮料荷载标准值的80%，柱承式贮仓可采用满仓贮料荷载标准值的90%。，仓上建筑自重标准值应按100%采用，支承结构自重标准值可按30%采用。,.,（3）、水平地震作用标准值的作用点，应置于仓体与贮料的质心处。柱承式贮仓的仓上建筑的水平地震作用，可采用置于刚性地面的单质点（单层时）或多质点（二层时）体系模型计算；仓上建筑的地震作用效应应乘以增大系数，其值可按表8.10采用，但增大部分不应往下传递。表仓上建筑地震作用效应增大系数,注：n为贮仓支承结构侧移刚度与仓上建筑计算层的层间侧秤刚度之比m为仓体质量（含贮料）与仓上建筑计算层的质量之比。,.,柱承式方仓有横梁支承结构的侧移刚度计算简图如下：,图8-17侧移刚度计算简图,.,侧移刚度可按下列公式计算,式中K方仓支承结构的侧移刚度（N/m）；m柱列数；n一一个柱列在单位水平力作用下，柱顶的水平位移(m/N)h支承柱全高（m）；h1梁以上柱高（m）；h2梁以下柱高（m）；l梁的跨度（m）；h横梁的位置参数；梁与边柱的线刚度比；1中柱与边柱的线刚度比；n个柱列的柱根数；E柱的混凝土弹性模量（N/m2）；I一边柱截面惯性矩（m4）；I1一中柱截面惯性矩（m4）；I梁截面惯性矩（m4）。,.,8度软场地和9度时，柱承式贮仓应计算重力偏心引起的附加水平地震作用，其标准值可按下列公式计算：,式中Fgk重力偏心引起的附加水平地震作用标准值（N）；FEk未计入重力偏心时的水平地震作用标准值（N）；g重力偏心作用系数，当小于0.05时，可采用0；GEQ贮仓结构单元等效总重力荷载（N），支承结构可不计入；K贮仓结构单元支柱的总弹性侧移刚度（N/m）；h支柱的总高度（m）。,.,单排柱承式群仓，当采用底部剪力法且用单质点体系计算时，支柱的水平地震作用标准值效应应乘以扭转效应系数，其值可按下表规定采用。,扭转效应系数表,.,柱承式贮仓，支柱与基础和仓体连接端的组合的弯矩设计值，应乘以增大系数；增大系数可按下表采用。,柱端弯矩增大系数,.,柱承式贮仓的支承结构，梁柱节点处的梁柱端弯矩和组合的剪力设计值，应分别符合以下规定：第一、第二抗震等级框架的梁柱节点处，除顶层和柱轴压比小于0.15者外，梁柱端的弯矩应分别符合下列公式要求：,第一抗震等级,第二抗震等级,或,.,节点上下柱端顺时针或反时针方向截面组合的弯矩设计值之和（N.m），上下柱端的弯矩可按弹性分析分配；节点左右梁端反时针或顺时针方向实配的正截面抗震受弯承载力所对应的弯矩值之和（N.m），可根据实际配筋面积和材料强度标准值确定；节点左右梁端反时针或顺时针方向截面组合的弯矩设计值之和（N.m）；节点实配增大系数，可按节点左右梁端纵向受拉钢筋的实际配筋面积之和与计算面积之和的比值的1.1倍采用，或经分析比较后确定。,式中：,.,框架梁、柱、抗震墙和连梁，其端部截面组合的剪力设计值，应符合下式要求：,式中：V端部截面组合的剪力设计值（N）；fc混凝土轴心抗压强度设计值（Pa）；b梁、柱截面宽度或抗震墙墙板截面宽度（m）；h0截面有效高度，抗震墙可取截面高度（m）。RE承载力抗震调整系数，除另有规定外，按表8.13选取。当仅按竖向地震作用计算时，结构构件承载力的抗震调整系数可采用1.0。,.,承载力抗震调整系数,.,框架梁和抗震墙中跨高比大于2.5的连梁，其端部截面组合的剪力设计值，第一、第二抗震等级应按下列公式调整，第三抗震等级可不调整。,或,第二抗震等级,第一抗震等级,.,式中：,、,分别为梁左右端顺时针或反时针方向实配的正截面抗震受弯承载力所对应的弯矩值（N.m），可根据实际配筋面积和材料强度标准值确定；,梁实配增大系数，可按梁的左右端纵向受拉钢筋实际配筋面积之和与计算面积之和比值的1.1倍采用，或经分析比较后确定；,、,分别为梁的左右端顺时针或反时针方向截面组合的弯矩设计值（N.m）。,Ln梁的净跨（m）VGb梁在重力荷载代表值作用下，按简支梁计算的梁端截面剪力设计值（N）；,.,框架柱和贮仓支承柱，其端部截面组合的剪力设计值，第一、第二抗震等级应按下列公式调整，第三抗震等级可不调整。,第一抗震等级,或,第二抗震等级,.,式中：,、,分别为柱上、下端即时针或反时针方向实配的正截面抗震承载力所对应的弯矩值（N.m），可根据实际配筋面积、材料强度标准值和轴压力等确定；,柱实配增大系数，可按偏压柱上、下端实配的正截面抗震承载力所对应的弯矩值之和与其组合的弯矩设计值之和的比值采用，或经分析比较后确定；,分别为柱的上、下端顺时针或反时针方向截面组合的弯矩设计值（N.m）。实配的正截面承载力，系指按实际配筋面积、材料强度标准值和对应于重力荷载代表值的轴向力计算的正截面承载力。,Hn柱的净高（m）；,.,8度、9度时，支承结构可分别按第二、第一抗震等级的框架计算。采用筒与柱联合支承的贮仓，支筒与支柱的地震剪力，可按刚度比例进行分配，但支柱的地震剪力应乘以1.5且不应小于支承结构底部总地震剪力的10%。9度时，钢筋混凝土柱承式贮仓的抗震变形验算，可按规范第节有关规定计算。8度和9度时，仓斗与坚壁之间的连接焊缝或螺栓，应按规定计算竖向地震作用的影响。,.,（1）、进行抗震变形验算时，水平地震影响系数应按上述方法确定，但最大值应按表8.14采用。,抗震变形验算的水平地震影响系数最大值,抗震变形验算,.,（2）、框排架结构，结构层的层间最大弹甥性位移，可选取薄弱层部位进行计算，井应符合下列规定：（a）薄弱层位置的确定：结构层屈服强度系数沿高度分布均匀的结构，可取底层；结构层屈服强度系数沿高度分布不均匀的结构，可取该系数最小或相对较小的结构层；排架结构，可取上柱。,.,(b)结构层层间最大弹塑性位移，可按下列公式确定：,其中：,分别为层间最大弹塑性位移和屈服位移(m)；,结构层屈服岿度系数,分别为结构层屈服剪力和弹性地震剪力(N)；,.,（3）、柱承式贮仓的最大弹塑性位移，可按下式计算：,式中,柱顶最大弹塑性位移（m）,柱顶屈服位移（m），可按柱顶作用1.42倍屈服弯矩。采用弹性分析确定；,柱顶弹性地震弯矩（Nm）；,柱顶屈服弯矩（Nm）。,.,（4）、框排架结构或柱承式贮仓的结构层或柱顶弹塑性位移，应符合下式要求：,式中：,结构层高度、排架上柱高度或柱承式贮仓柱的全高(m)；,层间弹塑性位移角限值,.,框排架结构和柱承式贮仓的层间弹塑性位移角限值，可按下列规定采用：A）、对于框排架结构，可按下表采用。,层间弹塑性位移角限值,.,B）、对于柱承式贮仓，可按下式确定：,式中：T1贮仓的基本自振周期(s)；fck混凝土轴心抗压强度标准值(Mpa),.,一、一般要求本章适用于贮存散状物料的柱承式方仓和直径不大于20m的柱承式、筒承式及筒与柱联合支承的圆贮仓。贮仓外形宜简单、规则，质量和刚度分布宜均匀对称；群仓平面布置宜采用矩形或三角形。6度和7度时，筛分间不宜设在仓顶，8度和9度时不应设在仓顶。贮仓结构的选型、选材，应符合下列规定：（1）、钢筋混凝土贮仓，宜采用筒承式圆贮仓。（2）、8度和9度时，应采用现浇钢筋混凝土结构。（3）、9度时，柱承式贮仓可采用钢结构。（4）、6度和7度时，直径不大于6m的筒承式圆贮仓，可采用砖砌体结构，但与通廊应脱开。（5）、柱承式贮仓不应采用砖砌体结构。,贮仓抗震构造要求：,.,钢筋混凝土柱承式贮仓的支承结构，应符合下列规定：（1）、方仓的支柱，宜延伸至仓顶。（2）、柱间宜设置横梁。（3）、9度时，宜设置钢筋混凝土抗震墙，并应对称布置。,.,仓上建筑宜符合下列规定：（1）、仓上建筑的承重结构，宜采用现浇钢筋混凝土框架；9度时，可采用钢结构；6度及7度硬、中硬场地，两层仓上建筑的总高度不超过8m，单层仓上建筑的高度不超过4m时，也可采用砖混结构。（2）、仓上建筑的屋盖，除砖墙承重外，宜采用轻型结构或现浇钢筋混凝土结构，8度及8度以下时，也可采用装配式钢筋混凝土结构；仓上建筑的楼板，宜采用现浇钢筋混凝土结构。（3）、仓上建筑的围护墙，当8度中软、软场地或9度以及仓上建筑为钢结构承重时，宜采用轻质材料。,.,贮仓在下列部位宜设置防震缝，防震缝的宽度应符合下列规定：（1）、群仓上局部设有筛分间且形成较大高差处应设置防震缝。（2）、贮仓与辅助建筑毗邻处应设置防震缝。（3）、当有下列情况之一时，应设置防震缝：（a）房屋贴建于框排架结构；（b）结构的平面布置不规则；（c）质量和刚度沿纵向分布有突变。（4）、防震缝的两侧应各自设置承重结构。,.,（5）、除胶带运输机外，设备不应跨防震缝布置。（6）、防震缝的最小宽度：（a）贴建房屋与框排架结构间：6度、7度时60mm；8度时70mm；9度时80mm。（b）框排架结构单元间，当结构高度在15m以下时，可采用70mm，当结构高度超过15m时,对6度、7度、8度和9度，分别每增高5、4、3、2m宜加宽20mm。,.,二、构造措施柱承式贮仓有横梁的支承结构，应符合下列规定：（1）、横梁与柱的线刚度比，不宜小于0.8；计算柱线刚度时，柱高应取基础顶面至仓底的距离。（2）、在满足工艺要求的前提下，横梁顶面至仓底的距离与柱全高之比，不宜小于0.3，且不宜大于0.5。（3）、横梁截面的高宽比不宜大于4。,.,柱承式贮仓的柱轴压比限值，应符合下表的规定。柱承式贮仓的柱净高与截面高度之比不宜小于4。,柱承式贮仓的柱轴压比限值表,.,支柱的纵向钢筋，宜采用对称配筋；其最小总配筋率，应符合表8.22的规定；8度和9度时，钢筋间距不应大于200mm。,支柱纵向钢筋的接头，8度和7度时宜采用焊接或机械连接，8度和9度时应采用焊接或机械连接；柱两端1.5倍柱截面长边高度范围内不宜设置接头，同一截面内接头钢筋的面积不应大于钢筋总面积的50%，相邻接头间距不宜小于500mm。,支柱纵向钢筋最小总配筋率（%）表,.,支柱的箍筋配置，应符合下列要求：（1）、箍筋加密范围，柱端应取不小于柱净高的1/6且不小于柱截面高度，8度和9度时的角柱，应取柱全高；有刚性地坪时，应取地坪上下各500mm。（2）、加密区的箍筋最大间距和最小直径，应按下表采用。,柱加密区的箍筋最大间距和最小直径(mm)表,.,柱加密区的箍筋最小体积配箍率（%）,（3）、加密区的箍筋最小体积配箍率，应按下表采用；当采用螺旋箍时，最小体积配箍率可减少1/6，但不应小于0.4%。,.,（4）、当柱净高与截面高度之比小于4时，箍筋应沿全高加密，其间距不应大于100mm。（5）、箍筋的肢距，8度和9度时不宜大于200mm，且每隔一根纵向钢筋宜在两个方向有箍筋或拉筋。（6）、非加密区的箍筋配箍量，不宜小于加密区的50%，且8度和9度时的箍筋间距不应大于10倍纵向钢筋直径。（7）、螺旋箍应焊接封闭。,.,支承结构横梁的纵向钢筋配置，应符合下列规定：（1）、8度和9度时，梁端截面混凝土受压区高度与有效高度之比不宜大于0.35，纵向受拉钢筋的配筋率不宜大于2%。（2）、梁截面上部和下部通长钢筋不应少于214，8度和9度时且不应少于梁端截面上部纵向钢筋截面面积的1/4。（3）、8度和9度时，梁的纵向钢筋接头宜优先采用焊接接头或机械连接，且同一截面内的接头钢筋面积不宜大于钢筋总面积的1/4；梁端箍筋加密区范围内不宜有钢筋接头；相邻接头的间距不应小于500mm。,.,支承结构横梁的箍筋配置，应符合下列规定：（1）、梁端1.5倍梁高范围内，箍筋应加密。（2）、加密区的箍筋最大间距和最小直径，应符合表8.25的规定。（3）、8度和9度时，加密区的箍筋肢距不宜大于200mm，每排纵向钢筋多于4根时，宜每隔一根用箍筋或拉筋固定。,梁加密区的箍筋最大间距和最小直径（mm）,注：h为梁截面高度。,.,当柱间设置填充墙时，应符合下列规定：（1）、应沿柱全高设置，且宜对称布置。（2）、沿墙高每隔500mm，应从柱中伸出26拉筋与墙体拉结，拉筋伸入墙内长度不应小于墙长的1/4或700mm，当墙长大于5m时，墙顶与梁宜有拉结措施；当墙高大于4m时，在墙高中部宜设置与柱连接的通长钢筋混凝土水平系梁。,.,筒承式圆贮仓的支承筒壁，应符合下列要求：（1）、筒壁的厚度，6度和7度时不宜小于180mm，8度和9度时不宜小于200mm。（2）、筒壁应采用双层双向配筋，竖向或环向钢筋的总配筋率均不宜小于0.4%；内外层钢筋间应设置拉筋，其直径不宜小于6mm，其间距6度和7度时不宜大于700mm，8度和9度时不宜大于500mm。（3）、筒壁孔洞宜对称均匀布置，每个孔洞的圆心角不应大于700，同一水平截面内开洞的圆心角之和不应大于1400。（4）、洞口边长不大于1.0m时，洞口每边的附加钢筋不应少于218，且不应小于洞口切断钢筋截面面积的60%，洞口四角的斜向钢筋均不应少于218。（5）、洞口边长大于1.0m时，洞口四周应设置加强框；加强框的每边配筋量，不应小于洞口切断钢筋截面面积的60%。,.,钢结构贮仓，应符合下列规定：（1）、8度和9度时，纵向柱间支撑开间的钢柱基础顶面，宜设置与支撑平面相垂直的抗剪钢板。（2）、地脚螺栓宜采用有刚性锚板或锚梁的双帽螺栓，埋置长度不宜小于15倍螺栓直径。砖贮仓，应满足下列要求：,.,砖贮仓，应满足下列要求：（1）、仓体和支承筒应设置现浇钢筋混凝土圈梁和构造柱；圈梁的间距，仓体不宜大于2m，支承筒不宜大于3m，且应在仓顶和仓底各设一道圈梁；构造柱的间距不宜大于3.5m。（2）、圈梁的截面宽度应与墙厚相同，高度不应小于180mm，纵向钢筋不宜少于412，箍筋间距不宜大于250mm。（3）、构造柱的截面尺寸不宜小于墙厚，纵向钢筋不宜少于412，箍筋间距不宜大于250mm，柱上、下端部箍筋宜加密；沿柱高每隔500mm应有不少于26钢筋与墙体拉结。（4）、仓体和支承筒的洞口周边，应设置钢筋混凝土加强框。,.,砖混结构仓上建筑，应符合下列规定：（1）、砖墙厚度不应小于240mm。（2）、应设置圈梁和构造柱；圈梁间距不宜大于3m，且应在墙顶设置一道圈梁；构造柱间距不宜大于4m。（3）、仓上建筑局部有突出屋面的结构时，该部分的仓上，建筑区段应采用钢筋混凝土框架结构。,.,水池抗震设计,给水排水工程属于生命线工程，在地震灾害后防止疾病等蔓延起着重要的作用。在给水工程中，水池包括各种类型的沉砂池、混和池、沉淀池、快滤池、清水池、配水池和吸水井。一般情况下水池的池底、侧壁、隔壁等处在地震中容易遭到破坏。池底的破坏主要由于地基土的软弱产生不均匀下沉引起的，这种实例非常多。水池满水时，构筑物较重，易引起下沉；放空时，较轻，易引起上浮。不论在水池满水或放空时发生地震，都可能使池底开裂或折断。因此，作为水池的地基土，要求坚固均一。如地基土欠佳，可采用打桩等措施，使水池固结在下部优质的地基土上。应避免在半挖半填的地基土上建造水池。此外，为减少水池底部的地下水压由于地震而升高，可配置排水设备。,.,水池侧壁的平面形状，尽可能简单为好，其中圆形的比方形的抗震件能好。水池隅角处，地震时易损裂，因此，水池的隅角越少越好。在隅角附近，要设伸缩缝，以调节互相垂直的壁体不同运动。如水池过大，每隔一定的间距，也要设一伸缩缝。如池壁较薄，伸缩缝的间隔取1015m；池壁较厚，取2030m。作为伸缩缝的材料，过去曾用铜板。但在水池三通部位、L形弯曲部位，因不允许有自由的伸缩，建议使用橡胶或乙烯树脂等材料作伸缩缝，在大型水池的中间部位，最好也用这些材料作伸缩缝。,.,老的砖石结构水池，地震时大多发生裂缝或倾倒。钢筋混凝土结构的水池，其整体性好，应力分配较合适，加上设置伸缩缝，地震时损坏较少。即使在大地震中，钢筋混凝土结构的水池，如经过抗震计算并考虑下述各种抗震措施，也可达到安全无恙。在地震区，当水池的深度较大，或埋设较深，或池内贮藏的是直接供人饮食的清水时，最好在水泥砂浆防水层中配金属网。,.,日本长泽自来水厂的沉淀池，系钢筋混凝土结构，长100m、宽40m。在进行抗震设计时，将池子在长度上分成两个单元，第一单元4040m，第二单元4060m，并配入0.3%的温度钢筋，经若干次地震考验，未发现漏水现象。当将巨大的水池分成两个单元，其一半则成为一侧开口的巨大箱形结构，这种结构物如下部地基土坚固，对地震的地面运动加速度为0.2g0.3g的地震，可完全抗御。这是一种较经济的抗震方案。,.,按我国现行规范进行设计的清水池，在7度区，当场地较为坚硬时，一般没有严重的破坏，但在8度和9度区，砖砌的清水池会有不同程度的破坏。因此，在条件许可的情况下，位于地震区的水池，尽量采用钢筋混凝土结构。,根据我国室外给水排水和煤气热力工程抗震设计规范中要求，贮水池的抗震计算可按下述内容和方法进行。,.,水池的水平方向地震荷载的计算及荷载组合，应符合下列要求：（1）地面式水池：应计算结构、保温层、防水层等自重惯性力及池内动水压力。（2）地下式或半地下式水池：应计算结构、顶盖覆土、保温层、防水层等自重惯性力，动水压力和动土压力。（3）进行结构强度、抗裂度（圆形水池）及地基承载力的抗震验算时，应将地震荷载与静力设计荷载组合（满池或空池）。,水平方向地震作用及荷载组合,.,除下列情况外，均应对水池在结构上进行抗震验算：（1）设防烈度为7度的地面式及地下式水池。（2）设防烈度为8度的地下式钢筋混凝土圆形水池。（3）设防烈度为8度的地下式、平面长宽比小于1.5、无变形缝构造的钢筋混凝土有盖的矩形水池。,抗震验算,半地下式水池，当池高一半以上位于地面以下，应按地下式考虑；池高一半位于地面以上，应按地面式水池考虑。,.,水池自重惯性力的分布图(a)地面式水池顶盖及池壁的自重惯性力沿高度的分布；(b)地下式水池顶盖及池壁的自重惯性力沿高度的分布；(c)矩形水池池壁的自重惯性力沿平面的分布；(d)圆形水池池壁的自重惯性力沿平面的分布,.,水池的自重惯性力应按下列公式计算,自重惯性力,（1）地面式水池池壁沿高度的自重惯性力,（2）地面式水池顶盖的自重惯性力,地下式水池池壁和顶盖的自重惯性力，可分别按上式计算，但应取和11=1.0。,.,式中，pz为池壁沿高度的自重惯性力（kN/m2）；C为结构影响系数，对钢筋混凝土结构的水池取0.5，对无筋砖砌体结构的水池取0.7；kh为相应设计烈度的水平方向地震系数；1为相应于结构基本周期T1的动力放大系数，1=/k，对地面式水池取1=max，W1为池壁沿高度的单位面积重量（kN/m2）；H为池壁的高度（m）；z为计算截面距池壁底端的高度（m）；Wd为水池顶盖的总重量（kN），包括防水层、顶盖上的覆土或保温层等；Pd为顶盖的自重惯性力（kN）；Wz为池壁沿高度的重量（kN/m）。1为第1振型参与系数，对一般水池可取1.10。,.,圆形水池的动水压力分布图(a)沿高度分布；(b)沿环向分布,.,圆形水池的动水压力及其沿地震方向的合力为：,圆形水池的动水压力及其合力,式中，pwy()为圆形水池的动水压力（kN/m2），pwy为圆形水池的动水压力沿地震方向的合力（kN）；w为水的容重（kN/m3）；Rn为水池的内半径（m）；Hw为池内水深（m）；fwy为圆形水池的动水压力系数，按表取值；为计算截面与沿地震方向轴线的夹角。,.,圆形水池的动水压力系数f表,.,矩形水池的动水压力分布图(a)沿高度分布；(b)沿平面分布,.,矩形水池的动水压力及其沿地震方向的合力，应按下列公式计算,矩形水池的动水压力及其合力,式中，pwj为矩形水池的动水压力（kN/m2）；Pwj为矩形水池的动水压力沿地震方向的合力（kN）；fwj为矩形水池的动水压力系数，按表取值，b为垂直于地震方向的矩形水池边长。矩形水池的动水压力系数fwj表,.,作用于水池池壁的动土压力，按下式计算,作用于池壁的动土压力,式中，pc为地震时作用于水池池壁的主动土压力的增量（kN/m2）；pA为相应计算截面处的主动土压力（kN/m2）；为土的内摩擦角。,动土压力分布图(a)动土压力沿池壁高度分布；(b)矩形水池的动土压力沿平面分布；(c)圆形水池的动土压力沿平面分布,.,在地震荷载作用下，