PPT大跨屋盖建筑抗震设计

《建筑筑抗震震设计计规范范》（（GB50011-2010）2022年10月25日第十七讲讲大跨屋盖建筑筑大跨屋盖盖建筑新增内容容（《规规范》10.2节）近年来大大跨屋盖盖建筑的的数量和和规模增增长迅速速；对大跨屋屋盖建筑筑的抗震震设计重重视不够够。一度出现现不少造型奇特特、结构构很不规规则、抗震性能能差的建筑。。本次修订订主要对对一些常常用的大大跨屋盖盖结构形形式的抗抗震设计计作出规规定；同时也明明确了需需进行专专门研究究和论证证的屋盖盖结构范范畴。10.2大跨屋盖盖建筑编写的基基本思想想结构布置置合理、、计算分分析正确确、抗震震措施有有效在结构布布置上，，强调屋屋盖结构构及其下下部支承承结构的的质量、、刚度分分布均衡衡，确保保结构的的整体性性和传力力明确。。在计算分分析方面面，重视视上部、、下部结结构的协协同工作在抗震措施上，定义了关键杆件和关键节点，并规定了相应的加强措施。编写的基基本框架架（1）一般规定定：适用的（2）计算要点：应进行抗震计算的范围、计算模型、计算方法、计算参数、多向地震、地震效应组合、变形限值、关键杆件和节点。（3）抗震构造措施：构件的长细比限值、节点构造要求、支座构造要求、隔振减振支座要求。共17条。10.2大跨屋盖盖建筑(I)一般规定定（共5条）适用结构构范围10.2.1条。结构选型型和布置

10.2.2条和10.2.3条。薄弱部位（含防震缝）

10.2.4条。非结构构件。

10.2.5条。10.2大跨屋盖盖建筑适用的屋屋盖结构构范畴本规范将将大跨屋屋盖建筑筑结构定定义为

七种基本形式：拱、平面桁架、立体桁架、网架、网壳、张弦梁、弦支穹顶。以及由以上基本形式组合而成的屋盖。

**柔性屋盖体系，混凝土和钢-混凝土组合屋盖暂不适用

10.2大跨屋盖盖建筑适用的屋屋盖结构构范畴—七类基基本形式式10.2大跨屋盖盖建筑需要进行行专门研研究和论论证的结结构范围围本规范对对下列两两类屋盖

①跨度大于120m、结构单元长度大于300m或悬挑长度大于40m的屋盖结构。②由于抗震设计经验的缺乏，新出现的屋盖结构形式。

实际上，以上两类结构的研究和论证可结合城乡和住房建设部《超限高层建筑工程抗震设防专项审查》工作进行。此外，可开启屋盖也属于非常用形式之一，其抗震设计除满足本规范的规定外，与开闭功能有关的设计也需要另行研究和论证。10.2大跨屋盖盖建筑10.2.1

采用非常用形式以及跨度大于120m、结构单元长度大于300m或悬挑长度大于40m的大跨钢屋盖建筑的抗震设计，应进行专门研究和论证，采取有效的加强措施。适用于刚刚性大跨跨钢结构构屋盖。。不包括柔柔性结构构、钢-混凝土组组合屋盖盖。强调需进进行专门门研究和和论证的的范畴（（包括开开启式屋10.2大跨屋盖盖建筑二、大跨跨屋盖的的结构布布置1、基本本原则1)屋屋盖的地地震作用用应能有有效地通通过支座座向下传传递；(水平地地震力的的传递、、支撑系系统的布布置、支支承点的的布置、、支座的的承载能能力等)2)避避免屋盖盖内力集集中或较较大扭转转效应；；（屋盖、、支承及及下部结结构的3) 保证屋盖结构的整体性；（优先采用空间传力体系、避免局部削弱或突变的薄弱部位）4) 宜采用轻型屋面系统。（严格控制屋面系统的单位自重）10.2大跨屋盖盖建筑10.2.2屋屋盖盖结构的的选型和和布置，1应能将屋盖的地震作用有效地传递到下部支承结构。2应具有合理的刚度和承载力分布，屋盖及其支承的布置宜均匀对称。3宜优先采用两个水平方向刚度均衡的空间传力体系。4结构布置宜避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的内力、变形集中。对于可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。5宜采用轻型屋面系统。6下部支承结构应合理布置，避免使屋盖产生过大的地震扭转效应。是本本规规范范3.4和3.5节规规定定的的补补充充。。对结结构构布布置置的的要要求求不不仅仅针针对对屋屋盖盖结结构构，，也也包包含含下下部部支支承承结结构构。。10.2大跨跨屋屋盖盖建筑筑二、、大大跨跨屋屋盖盖的的结结构构布布置置2、、单单向向传传力力体体系系一般般情情况况下下，，单单向向传传力力体体系系的的主主要要抗抗震震措措施施是是保保证证垂垂直直于于主主结结构构方方向向的的水水平平地地震震力力传传递递以以及及主主结结构构的的平平面面外外稳稳定定性性。。因因此此，，强强调调了了屋盖盖支支撑撑系系统统合合理理布布置置的重重要要性性。。在在单单榀榀立立体体桁桁架架中中，，与与屋屋面面支支撑撑同同层层的的两两（（多多））根根主主弦弦杆杆间间也也应应设设置置斜斜杆杆（（如如图图17.2））。。其次次，，当当桁桁架架支支座座采采用用下下弦弦节节点点支支承承时时，，必必须须采取取有有效效措措施施确确保保支支座座处处桁桁架架不不发发生生平平面面外外扭扭转转，设设置置纵纵向向桁桁架架是是一一种种有有效效的的做做法法，，同同时时还还可可保保证证纵纵向向水水平平地地震震力力的的有有效效传传递递。。这这一一方方面面可可提提高高桁桁架架的的平平面面外外刚刚度度，，同同时时也也使使得得纵纵向向水水平平地地震震内内力力在在同同层层主主弦弦杆杆中中分分布布均均匀匀，，避避免免薄薄弱弱区区域域的的出出现现。。10.2大跨跨屋屋盖盖建筑筑二、、大大跨跨屋屋盖盖的的结结构构布布置置3、、空空间间传传力力体体系系对平平面面形形状状为为矩矩形形且且三三边边支支承承一一边边开开口口的的屋屋盖盖结结构构，，提提出出了了通通过过在在开开口口边边局局部部增增加加层层数数来来形形成成边边桁桁架架，，以以提高开口边的的刚度和加强结构整整体性的措施施。对于两向正交交正放网架和和双向张弦梁梁，由于屋盖盖平面的水平平刚度较弱，，为保证结构构的整体性及及水平地震作作用的有效传传递与分配，，应沿上弦周周边网格设置置封闭的水平支支撑（如图17.3）。当结结构跨度较大大或下弦周边边支承时，下下弦周边网格格也应设置封封闭的水平支支撑。规范同时也强强调了单层壳的节点点应刚接。10.2大跨屋盖建筑10.2.3各类屋屋盖体系的结结构布置，尚尚应分别符合合下列要求：：1单向传力体系的结构布布置，应符合合下列规定：：1)主结结构（桁架、、拱、张弦梁梁）间应设置置可靠的支撑撑，保证垂直于主结构构方向的水平平地震作用的的有效传递。。2)当桁桁架支座采用用下弦节点支支承时，应在在支座间设置置纵向桁架或采取其它它可靠措施，，防止桁架在在支座处发生生平面外扭转转。2空间传力体系的结构布布置，应符合合下列规定：：1)平面面形状为矩形形且三边支承承一边开口的的结构，应加加强开口边，，保证足够的刚度度。2)两向向正交正放网网架、双向张张弦梁，应沿沿周边支座设设置封闭的水水平支撑。3)单层层网壳应采用用刚接节点。。注：单向传力体系指平面拱拱、单向平面面桁架、单向向立体桁架、、单向张弦梁梁等结构形式式；空间传力体系指网架、、网壳、双向向立体桁架、、双向张弦梁梁和弦支穹顶顶等结构形式式。单向类：可靠靠的支撑系统统和防止支座座扭转；空间类：保证证结构刚度的的均衡性和构构成的稳定性性。10.2大跨屋盖建筑二、大跨屋盖盖的结构布置置4、防震缝设置防震缝往往往是有效的的，本规范明明确可以使用用。震缝宽度，规规范规定不宜宜小于150mm。这主主要是根据下下部支承结构构为框架结构构或框架-抗抗震墙结构时时的最小缝宽宽综合确定。。规范所规定的的最小防震缝缝宽度可能不不足。建议最最好按设防烈烈度下两侧独独立结构在交交界线上的相相对位移最大大值来复核。。10.2大跨屋盖建筑10.2.4当屋盖分区域域采用不同的的结构形式时时，交界区域域的杆件和节节点应加强；；也可设置防防震缝，缝宽宽不宜小于150mm。10.2.5屋面围护系统统、吊顶及悬悬吊物等非结结构构件应与与结构可靠连连接，其抗震震措施应符合合本规范第13章的有关规定定。允许设置防震震缝。建议大跨屋盖盖结构防震缝缝的缝宽可按按设防烈度下下两侧独立结结构在交界线线上的相对位位移最大值来来确定。对于于规则结构，，缝宽也可将将多遇地震下下的最大相对对变形值乘以以不小于3的放大系数近似估计。强调屋盖的非非结构构件抗抗震设计的重重要性。10.2大跨屋盖建筑(II)计算要点（共共8条）可不进行抗震震计算的结构构范围10.2.6条。计算模型10.2.7条。阻尼比取值10.2.8条。水平地震10.2.9条。计算方法10.2.10条。各向效应组合合10.2.11条。变形限值10.2.12条。关键构件和节节点10.2.13条。10.2大跨屋盖建筑三、抗震计算的的基本要求1、可不进行行抗震作用计计算的范围《网架结构设设计与施工规规程》JGJ7-91规规定：6、7度时的网网架可不进行行竖向、水平平地震作用计计算；8度度时，中小跨跨度（小于等等于60m））网架可不进进行水平地震震作用计算。。《网壳结构技技术规程》JGJ61-2003中中沿用了《网网架结构设计计与施工规程程》JGJ7-91中将将水平和竖向向地震作用分分开考虑的做做法，强调7度时的网网壳结构可不不进行竖向抗抗震计算，但但必须进行水水平抗震计算算。在《空间网格格结构技术规规程》（送审审稿）中，对对7度时可可不进行竖向向地震计算的的网壳结构限限定在矢跨比比大于等于1/5的情情况。本次修订的主主要考虑是，，对于大跨屋屋盖结构中的的空间传力体体系，通常并并没有明确的的抗侧力系统统。也就是说说，构件的承承受的地震力力来自各向地地震动分量的的共同作用，，结构的地震震效应必须考考虑多向地震震效应的组合合，因此地震震作用也就不不能仅计算水水平或竖向。。同时由于目目前大跨屋盖盖结构的地震震作用计算基基本是电算，，既然计算了了水平地震作作用，那么竖竖向地震作用用计算就不会会有太大问题题。故本次修修订弱化了屋屋盖结构的地地震效应按水水平和竖向区区分的概念。。10.2大跨屋盖建筑10.2.6下列屋盖结构构可不进行地地震作用计算算，但应符合合本节有关的的抗震措施要要求：17度时，矢跨比比小于1/5的单向平面桁桁架和单向立立体桁架结构构可不进行沿沿桁架的水平平向以及竖向向地震作用计计算。27度时，网架结结构可不进行行地震作用计计算。与《网格结构规程程》统一，但范围围有所缩小，，仅限于平板板型网架和矢矢跨比小的桁桁架。10.2大跨屋盖建筑三、抗震计算的的基本要求2、水平地震震作用的计算算方向对于单向传传力体体系，可以以以主主结构构方向向和垂垂直于于主结结构方方向分分别作作为主主方向向进行行结构构地震震作用用计算算。而空间传传力体体系的屋盖盖结构构，通通常难难以明明确划划分为为沿某某个方方向的的抗侧侧力构构件，，需要要沿两两个水水平主主轴方方向同同时计计算水水平地地震作作用。。对于于平面面为圆圆形、、正多多边形形的屋屋盖结结构，，可能能存在在两个个以上上的主主轴方方向，，此时时需要要根据据实际际情况况增加加地震震作用用的计计算方方向。。另外外，当当屋盖盖结构构、支支承条条件或或下部部结构构的布布置明明显不不对称称时，，也应应增加加水平平地震震作用用的计计算方方向。。10.2大跨屋屋盖建筑10.2.9屋屋盖结结构的的水平平地震震作用用计算算，应应符合合下列列要求求：1对对于单单向传传力体体系，，可取取主结结构方方向和和垂直直主结结构方方向分分别计计算水水平地地震作作用。。2对对于空空间传传力体体系，，应至至少取取两个个主轴轴方向向同时时计算算水平平地震震作用用；对对于有有两个个以上上主轴轴或质质量、、刚度度明显显不对对称的的屋盖盖结构构，应应增加加水平平地震震作用用的计计算方方向。。10.2大跨屋盖建筑三、抗震计算的的基本要求3、多向地震震效应的组合合对于单向传力体系系，可针对各向向抗侧力构件件分别进行地地震作用计算算。。除单向传力体体系外，一般般屋盖结构构构件验算应考考虑三向（两两个水平向和和竖向）地震震作用效应的的组合:10.2大跨屋盖建筑地震作用γEhγEv同时计算水平与竖向地震作用(水平地震为主)1.30.5同时计算水平与竖向地震作用(竖向地震为主)0.51.3规范表5.4.1地震作用分项项系数10.2.11屋盖盖结构构件的的地震作用效效应的组合应应符合下列要要求：1单向传力体系系，主结构构构件的验算可可取主结构方方向的水平地地震效应和竖竖向地震效应应的组合、主主结构间支撑撑构件的验算算可仅计入垂垂直于主结构构方向的水平平地震效应。。2一般结构构，应进行三三向地震作用用效应的组合合。除单向类体系系外，一般的的屋盖结构并并没有明确的的各向地震作作用的抗侧力力构件，即构构件的地震效效应往往包含含三向地震作作用的结果，，因此其构件件验算应考虑虑三向（两个个水平向和竖竖向）地震作作用效应的组组合。这也是是基本原则。10.2大跨屋盖建筑四、计算模型型、方法和参参数1、屋盖与支支承结构的协协同工作考虑上下部结结构的协同作作用是屋盖结结构地震作用用计算的基本本原则。考虑上下部结结构协同工作作的最合理方方法是按整体体结构模型进进行地震作用用计算。下部结构简化化必须依据可可靠且符合动动力学原理（（即应综合考考虑刚度和质质量等效后的的有效性）。。10.2大跨屋盖建筑10.2.7屋盖结构构抗震分析的的计算模型，，应符合下列列要求：1应合理确确定计算模型型，屋盖与主主要支承部位位的连接假定定应与构造相相符。2计算模型型应计入屋盖盖结构与下部部结构的协同同作用。3单向传力体系支撑构件件的地震作用用，宜按屋盖盖结构整体模模型计算。4张弦梁和和弦支穹顶的的地震作用计计算模型，宜宜计入几何刚刚度的影响。。强调了上下部部结构协同分分析的重要性性，是基本原则之一。10.2大跨屋盖建筑四、计算模型型、方法和参参数2、关于几何何刚度对于预应力桁桁架和网格结结构、悬挂（（斜拉）结构构，几何刚度度对结构动力力特性的影响响非常小，完完全可以忽略略。对于跨度较大大的张弦梁和和弦支穹顶结结构，预张力力引起几何刚刚度对结构动动力特性有一一定的影响。。某些布索方案案（譬如肋环环型布索）的的弦支穹顶结结构，撑杆和和下弦拉索系系统实际上是是需要依靠预预张力来保证证体系稳定性性的几何可变变体系（如图图17.4）），必须计入入几何刚度。。10.2大跨屋盖建筑四、计算模型型、方法和参参数3、计算方法法基本方法-振型分解反反应谱法(柔柔性结构不宜宜采用）。鼓励采用的方方法-多向地震反反应谱法、时时程分析法、、甚至多向随随机振动分析析方法。依然保留竖向地震作用用的简化算法罕遇地震变形形验算-弹塑性时程程法10.2大跨屋盖建筑10.2.10一般情况，屋屋盖结构的多多遇地震作用用计算可采用用振型分解反应应谱法；体型复杂或或跨度较大的的结构，也可可采用多向地震反应应谱法或时程分析法进行补充计算算。对于周边边支承或周边边支承和多点点支承相结合合、且规则的的网架、平面面桁架和立体体桁架结构，，其竖向地震震作用可按本本规范第5.3.2条规定进行简简化计算。建议了一些更更精细的分析析方法进行复复杂大跨屋盖盖结构的地震震作用计算，，应该鼓励这这些方法的应应用，但实际际操作还有些些深层次问题题值得讨论。。对竖向地震作作用的简化算算法的适用范范围进行了进进一步限定。。10.2大跨屋盖建筑四、计算模型型、方法和参参数4、振型组合合数自振周期分布布密集是大跨跨屋盖结构区区别于多高层层结构的重要要特点。《空空间网格结构构技术规程》》（送审稿））中建议，网网架结构的组组合振型数宜宜至少取前10~15阶阶，网壳结结构宜至少取取前25~30阶，但但这主要是适适用于可不按按上下部结构构整体模型进进行计算的情情况。按整体体模型型计算算时，，两个个水平平方向向的振振型参参与质质量达达到占占总质质量90％％的的要求求；竖竖向振振型参参数质质量系系数却却较难难达到到90％，，其主主要的的原因因是下下部结结构竖竖向刚刚度和和质量量较大大。办办法：：（1））如果果仅设设计屋屋盖结结构，，那么么能够够确保保计算算结果果随组组合振振型数数增加加而收收敛，，便可可不过过多拘拘泥参参与质质量系系数达达到90%的要要求；；（2））可以以采用用里兹兹振型型（RitzModal））法，，即组组合振振型采采用里里兹振振型而而不用用自然然振型型。10.2大跨屋屋盖建筑四、计计算模模型、、方法法和参参数5、阻阻尼比比的取取值关于上上下部部结构构协同同工作作时的的阻尼尼比研研究更更少，，工程程设计计大多多在0.025~0.035间间取值值，具具体数数值一一般认认为与与屋盖盖钢结结构和和下部部混凝凝土支支承结结构的的组成成比例例有关关。本本次修修订根根据位位能等等效原原则建建议了了两种种计算算整体体结构构阻尼尼比的的方法法，供供设计计中采采用。。10.2大跨屋屋盖建筑比较关关注的的问题题。还提供供了两两种确确定阻阻尼比比的方方法：：（1）振型型阻尼尼比法法(2)统一阻阻尼比比法试设计计的结结果，，不敏敏感。。在罕遇遇地震震作用用下，，一些些实际际工程程的计计算结结果表表明，，屋盖盖钢结结构也也仅有有少量量构件件能进进入塑塑性屈屈服状状态，，所以以阻尼尼比仍仍建议议与多多遇地地震下下的结结构阻阻尼比比取值值相同同。10.2.8屋盖钢钢结构构和下下部支支承结结构协协同分分析时时，阻阻尼比比应符符合下下列规规定：：1当下部部支承承结构构为钢钢结构构或屋屋盖直直接支支承在在地面面时，，阻尼尼比可可取0.02。2当下部部支承承结构构为混混凝土土结构构时，，阻尼尼比可可取0.025~0.035。比较关关注的的问题题。还提供供了两两种确确定阻阻尼比比的方方法：：（1）振型型阻尼尼比法法(2)统一阻阻尼比比法试设计计的结结果，，不敏敏感。。在罕遇遇地震震作用用下，，一些些实际际工程程的计计算结结果表表明，，屋盖盖钢结结构也也仅有有少量量构件件能进进入塑塑性屈屈服状状态，，所以以阻尼尼比仍仍建议议与多多遇地地震下下的结结构阻阻尼比比取值值相同同。10.2大跨屋屋盖建筑五、屋盖盖结构构抗震震验算算2、变变形验验算本次修修订，，对大大跨屋屋盖结结构在在多遇遇地震震下的的变形形进行行了规规定，，其中中部分分参考考了《《空间间网格格结构构技术术规程程》的的相关关规定定。大大跨屋屋盖结结构在在重力力荷载载代表表值和和多遇遇竖向向地震震作用用标准准值下下的组组合挠挠度值值不宜宜超过过规范范表10.2.12的的限值值。1、、关关键键杆杆件件和和关关键键节节点点大跨跨屋屋盖盖结结构构由由于于其其自自重重轻轻、、刚刚度度好好，，所所受受10.2.13屋盖盖构构件件截截面面抗抗震震验验算算除除应应符符合合本本规规范范第第5.4节节的的有有关关规规定定外外，，尚尚应应符符合合下下列列要要求求：：1关关键键杆杆件件的的地地震震组组合合内内力力设设计计值值应应乘乘以以增增大大系2关键节点的地震作用效应组合设计值应乘以增大系数；其取值，7、8、9度宜分别按1.15、1.2、1.25采用。3预张拉结构中的拉索，在多遇地震作用下应不出现松弛。注：对于空间传力体系，关键杆件指临支座杆件，即：临支座2个区（网）格内的弦、腹杆；临支座1/10跨度范围内的弦、腹杆，两者取较小的范围。对于单向传力体系，关键构件指与支座直接相临节间的弦杆和腹杆。关键节点为与关键构件连接的节点。震害害调调查查和和研研究究表表明明，，支支座座区区域域为为易易损损区试设计表明，在8度设防的条件下才对一些构件设计起控制。10.2大跨屋屋盖建筑10.2.12大跨屋屋盖结结构在在重力力荷载载代表表值和和多遇遇竖向向地震震作用用标准准值下下的组组合挠挠度值值不宜宜超过过表10.2.12的限值值。表10.2.12各类大大跨屋屋盖结结构的的挠度度限值值【说明】多遇地地震作作用下下的屋屋盖结结构变变形限限值主主要结构体系屋盖结构(短向跨度l1)悬挑结构(悬挑跨度l2)平面桁架、立体桁架、网架、张弦梁l1/250l2/125拱、单层网壳l1/400－

双层网壳、弦支穹顶l1/300－

抗震设设计有有必要要对结结构变变形进进行控控制。。10.2大跨屋屋盖建筑(III)抗震构构造措措施（（共4条）构件长长细比比限制制10.2.14条。节点构构造10.2.15条。支座构构造10.2.16隔振和减震支座

10.2.17条。10.2大跨屋屋盖建筑六、抗抗震构构造措措施10.2大跨屋屋盖建筑1、杆杆件的的长细细比限限值杆件长长细比比限值值参考考了《《钢结结构设设计规规范》》和《《空间间网格格结构构技术术规程程》的的相关关规定定，但但对关关键杆杆件的的长细细比限限制加加严，，特别别是8、9度度设防防的关关键杆杆件。。如《《空间间网格格结构构技术术规程程》，，一般般受拉拉构件件的容容许长长细比比为350，支支座杆杆件为为250；；受压压杆件件统一一为180；压压弯构构件为为15010.2.14屋盖钢钢杆件件的长长细比比，宜宜符合合表10.2.14的规定定：表10.2.14钢杆件件的长长细比比限值值注：1括号内内数值值用于于82表列数据不适用于拉索等柔性构件杆件形式受拉受压压弯拉弯一般杆件250180150250关键杆件200150（120）150（120）200大跨屋屋盖钢钢结构构的杆杆件长长细比比要求求，主主要参参考《空间网网格结结构技技术规规程》和《钢结构构设计计规范范》的相关关规定定，且且对关关键杆杆件作作了适适当加加强。。10.2大跨屋屋盖建筑六、抗抗震构构造措措施10.2大跨屋屋盖建筑2、节节点构构造本次修修订仅仅对常常用节节点实际上大跨屋盖钢结构的节点形式众多，抗震设计时的节点选型要与屋盖结构的类型及整体刚度等因素结合起来，采用的节点要便于加工、制作、焊接。设计中，结构杆件内力的正确计算，必须用有效的构造措施来保证，且节点构造应符合计算假定。在地震作用下，节点应不先于杆件破坏，也不产生不可恢复的变形，所以要求节点具有足够的强度和刚度。杆件相交于节点中心将不产生附加弯矩，也使模型计算假定更加符合实际情况。10.2.15屋盖构构件节节点的的抗震震构造造，应应符合合下列列要求求：1采采用节节点板2采用相贯节点时，应将内力较大方向的杆件直通。直通杆件的壁厚不应小于焊于其上各杆件的壁厚。3采用焊接球节点时，球体的壁厚不应小于相连杆件最大壁厚的1.3倍。4杆件宜相交于节点中心。10.2大跨屋屋盖建