(2)由圖21可知,地震作用隨著結(jié)構(gòu)高度的增加而減弱。風(fēng)荷載組合則是隨之增加,風(fēng)荷載組合對結(jié)構(gòu)的側(cè)移的影響較地震作用要小,地震作用組合成為結(jié)構(gòu)側(cè)移的控制工況。邊柱的應(yīng)力比控制為:0.53~0.54,中柱的應(yīng)力比控制為:0.8~0.84,梁的應(yīng)力比控制為:0.55~0.59(屋面梁),0.89~0.95(夾層主梁),計算夾層主梁未考慮混凝土對主梁的組合作用。對下部結(jié)構(gòu)的控制應(yīng)根據(jù)多層結(jié)構(gòu)的相應(yīng)規(guī)范,地震作用控制層間位移角為1/300,風(fēng)荷載作用控制層間位移角為1/400。
(3)由圖22可知,地震作用組合隨著結(jié)構(gòu)高度的增加變化不明顯,而風(fēng)荷載的變化同圖21。上部結(jié)構(gòu)的控制應(yīng)根據(jù)門式剛架技術(shù)規(guī)程,控制柱頂側(cè)移。
這種結(jié)構(gòu)一般為地震作用組合控制,設(shè)計時時必須計算這種工況,但應(yīng)依據(jù)不同規(guī)范和規(guī)程設(shè)計上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)。因此,對于這種結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)不同的規(guī)范或規(guī)程進(jìn)行設(shè)計控制,不可單純使用一種規(guī)范和規(guī)程來設(shè)計。
1.1.1 四周為磚墻圍護(hù)的單層門式剛架廠房
這種結(jié)構(gòu)類型同單層門式剛架工業(yè)廠房相比,主要區(qū)別在于:維護(hù)結(jié)構(gòu)的不同,四周為輕質(zhì)彩板維護(hù),對柱頂側(cè)移控制相對較松;四周為磚墻維護(hù),對柱頂側(cè)移控制較嚴(yán)。
四周為磚墻圍護(hù)的單層門式剛架廠房受力和變形有如下特點(diǎn):
(1)磚墻和剛架所受荷載有所不同。屋面的風(fēng)荷載由門式剛架承受,墻面的風(fēng)荷載主要由墻體承受;對于地震作用,門式剛架承受鋼結(jié)構(gòu)和屋面受的荷載,磚墻承受自身所受的地震作用。為了保證磚墻的自承重,應(yīng)該按照砌體結(jié)構(gòu)規(guī)范在磚墻內(nèi)部設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁。
(2)磚墻和剛架柱屬于兩種完全不同的結(jié)構(gòu),它們的周期和振型差別比較大,在荷載作用下它們的變形不協(xié)調(diào)。磚墻維護(hù)與承重結(jié)構(gòu)之間留有一定的施工縫隙,結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載和地震作用下產(chǎn)生的最大側(cè)移必須小于施工縫隙,防止它們之間的碰撞。
(3)門式剛架柱平面外無墻體作用時,柱平面外穩(wěn)定問題突出,特別是廠房較高時,應(yīng)根據(jù)計算需要設(shè)置一道或者多道柱間系梁,減少柱平面外長細(xì)比。同時系梁的布置在縱向方向要保證與柱間支撐協(xié)調(diào)傳力。
綜上,四周磚墻圍護(hù)的單層門式剛架在設(shè)計計算上與一般的單層門式剛架工業(yè)廠房有所區(qū)別,抗震措施也有很大不同,并且在側(cè)移控制要嚴(yán)于單層門式剛架工業(yè)廠房。
1.1.2 抗震設(shè)計要點(diǎn)
綜上分析,對于輕型房屋門式鋼架鋼結(jié)構(gòu),下列情況需要進(jìn)行抗震設(shè)防:
(1)高烈度區(qū),8度以上
(2)吊車噸位較大,或工作制較高
(3)帶夾層或局部帶夾層
(4)帶磚混維護(hù)墻
(5)屋蓋懸掛荷載較大
這些類門式剛架廠房中,地震作用明顯,可能起控制作用,設(shè)計中需要考慮抗震。
總結(jié)上述分析結(jié)論,可得各典型情況下的抗震設(shè)計要點(diǎn)為:
1)帶吊車的門式剛架結(jié)構(gòu)
Ø 當(dāng)?shù)踯噰嵨惠^大(15噸以上),或工作制較高(A5以上),應(yīng)進(jìn)行抗震設(shè)計。
Ø 隨著地震等級提高,地震荷載逐漸超過風(fēng)荷載,成為結(jié)構(gòu)側(cè)移的控制荷載,但不是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度控制工況;
Ø 在結(jié)構(gòu)設(shè)計中,應(yīng)考慮采用地震組合工況對結(jié)構(gòu)側(cè)移進(jìn)行驗(yàn)算。
Ø 隨著結(jié)構(gòu)高度的增加,風(fēng)荷載對結(jié)構(gòu)的影響超過地震荷載
2)帶夾層或局部夾層的門式剛架
Ø 地震組合為控制工況,設(shè)計時必須考慮,應(yīng)根據(jù)不同的規(guī)范和規(guī)程分別設(shè)計上部結(jié)構(gòu)和夾層;
Ø 夾層下部結(jié)構(gòu)應(yīng)采用多層結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范,廠房上部結(jié)構(gòu)根據(jù)門式剛架技術(shù)規(guī)程進(jìn)行設(shè)計。
3)四周為磚墻圍護(hù)的門式剛架
Ø 為了保證磚墻的自承重與抗震性能,應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求設(shè)置圈梁及構(gòu)造柱;
Ø 磚墻與剛架在荷載下變形不協(xié)調(diào),需要預(yù)留一定的施工縫隙,并作好柔性連接構(gòu)造;
Ø 四周為磚墻圍護(hù)的門式剛架對側(cè)移的控制要求嚴(yán)于相應(yīng)的門式剛架,其側(cè)移要小于施工縫隙,而且還要保證磚墻與承重結(jié)構(gòu)連接可靠。
Ø 門式剛架計算時應(yīng)考慮磚墻圍護(hù)地震作用影響。
4)屋蓋懸掛荷載較大的門式剛架
Ø 屋蓋較大的懸掛荷載對門式剛架影響較大,計算時應(yīng)考慮地震作用。
Ø 除了對剛架截面影響較大外,往往對剛架節(jié)點(diǎn)設(shè)計帶來影響,端板上螺栓布置困難,尚無可靠的計算方法。
下面根據(jù)上述幾種類型,給出筆者參與的幾個工程實(shí)例圖片:
現(xiàn)行CECS102:2002《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》對結(jié)構(gòu)的跨度、吊車噸位和柱距有一定要求。即:吊車噸位大于20t、吊車工作制大于A5。當(dāng)不滿足限制條件時,不能按現(xiàn)行CECS102:2002《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行設(shè)計,必須按照普通鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50017-2003)進(jìn)行設(shè)計。筆者結(jié)合多年工程經(jīng)驗(yàn),建議采用輕型圍護(hù)門式剛架普通鋼結(jié)構(gòu)。其主要技術(shù)要求為:
(1)主承重結(jié)構(gòu)采用門式剛架(包括格構(gòu)式截面);
(2)圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用冷彎薄壁型鋼和壓型鋼板;
(3)門式剛架柱截面和吊車梁截面等承重結(jié)構(gòu)按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》設(shè)計(包括抗震設(shè)計);
(4)門式剛架梁截面和檁條、墻梁、支撐等按《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》設(shè)計;
(5)節(jié)點(diǎn)采用端板連接節(jié)點(diǎn),或采用栓焊混合連接節(jié)點(diǎn);
以筆者參與的多個工程為例,可知這種結(jié)構(gòu)形式可帶來較好的經(jīng)濟(jì)效益。其抗震設(shè)計方法應(yīng)分別遵循《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》和《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的要求即可,在此不再贅述。
1 結(jié)語
(1) 汶川地震中鋼結(jié)構(gòu)震害相對較小,這說明鋼結(jié)構(gòu)建筑具有良好的抗震性能,適合在高烈度區(qū)應(yīng)用,但是在傳統(tǒng)重屋蓋鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房、大跨度公共建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)以及輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)等仍存在鋼結(jié)構(gòu)事故實(shí)例。
(2) 鋼結(jié)構(gòu)房屋在強(qiáng)震作用下,往往表現(xiàn)為強(qiáng)度足夠,但側(cè)向剛度不足,且焊縫連接處常常發(fā)生脆性破壞。應(yīng)采取措施提高結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度,提高焊接質(zhì)量。
(3) 單層門式剛架隨著結(jié)構(gòu)高度的增加,風(fēng)荷載成為其設(shè)計的控制工況,而地震作用對結(jié)構(gòu)的影響很小,對于設(shè)防烈度不高的地區(qū)可以不必計算。
(4) 帶吊車的門式剛架地震作用組合對結(jié)構(gòu)側(cè)移的影響一般要大于風(fēng)荷載組合,應(yīng)該計算地震荷載對結(jié)構(gòu)的影響。
(5) 局部夾層的下部結(jié)構(gòu)地震作用是其控制工況,必須根據(jù)多層結(jié)構(gòu)的設(shè)計規(guī)范進(jìn)行設(shè)計,上部結(jié)構(gòu)則根據(jù)門式剛架技術(shù)規(guī)程進(jìn)行設(shè)計。
(6) 四周維護(hù)為磚墻的單層門式剛架對側(cè)移的控制要求要嚴(yán)于相應(yīng)的門式剛架,其側(cè)移控制要小于施工縫隙,而且還要保證磚墻與承重結(jié)構(gòu)連接可靠,減小剛架柱平面外的計算長度,提高平面外的穩(wěn)定性。
(7) 屋蓋較大的懸掛荷載對門式剛架影響較大,計算時應(yīng)考慮地震作用。
(8) 當(dāng)結(jié)構(gòu)的跨度、吊車噸位和柱距不滿足CECS102:2002《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的限制要求時,建議采用輕型圍護(hù)門式剛架普通鋼結(jié)構(gòu)。
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