建筑结构抗震设计.ppt
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- 建筑结构 抗震 设计
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1、第一节第一节 震害及分析震害及分析 7度区:未经设防的单层砖结构厂房,多数只有轻微破坏或度区:未经设防的单层砖结构厂房,多数只有轻微破坏或 基本完好,少数为中等破坏。基本完好,少数为中等破坏。8度区:多数有破坏,部分受到中等破坏,个别倒塌。度区:多数有破坏,部分受到中等破坏,个别倒塌。9度区:大多数严重破坏或倒塌,个别在震后保留下来。度区:大多数严重破坏或倒塌,个别在震后保留下来。震害震害:纵墙水平裂缝、砖垛折断、山墙斜裂缝。屋架支震害震害:纵墙水平裂缝、砖垛折断、山墙斜裂缝。屋架支 座联结处的局部破坏。座联结处的局部破坏。1纵墙水平裂缝、砖垛折断、山墙斜裂缝或交叉裂缝纵墙水平裂缝、砖垛折断、
2、山墙斜裂缝或交叉裂缝 厂房纵墙产生水平裂缝、砖垛破损,裂缝随烈度的增高而加厂房纵墙产生水平裂缝、砖垛破损,裂缝随烈度的增高而加宽加长,甚至使纵墙折断,房屋倒塌;砖柱的上阶柱内侧弯曲受宽加长,甚至使纵墙折断,房屋倒塌;砖柱的上阶柱内侧弯曲受压破坏较多见。压破坏较多见。90区山墙将出现较严重的斜裂缝或交叉裂缝。区山墙将出现较严重的斜裂缝或交叉裂缝。7.1.1 单层砖厂房单层砖厂房第第7章章 单层厂房抗震设计单层厂房抗震设计且山墙或横墙的间距不很大时,屋盖整体性较强,厂房空间作且山墙或横墙的间距不很大时,屋盖整体性较强,厂房空间作用比较显著;山(横)墙将承受由屋盖传来较大的横向地震作用比较显著;山(
3、横)墙将承受由屋盖传来较大的横向地震作用。当传至山墙或横墙上的横向地震作用力超过山(横)墙的用。当传至山墙或横墙上的横向地震作用力超过山(横)墙的抗剪承载能力时,墙体就会产生斜裂缝。抗剪承载能力时,墙体就会产生斜裂缝。2 2山墙水平裂缝、外闪和倒塌,纵墙斜裂缝或交叉裂缝山墙水平裂缝、外闪和倒塌,纵墙斜裂缝或交叉裂缝 造成这种震害的主要原因是,在造成这种震害的主要原因是,在9090区,山墙承受强烈的地区,山墙承受强烈的地震作用,山墙与屋盖缺少必要的锚固措施,山墙处于悬臂状态,震作用,山墙与屋盖缺少必要的锚固措施,山墙处于悬臂状态,在纵向地震作用下产生很大的出平面变位,致使山墙顶部砌体在纵向地震作
4、用下产生很大的出平面变位,致使山墙顶部砌体失去抗震能力而倒塌。由于强烈的地震作用,纵墙在薄弱截面失去抗震能力而倒塌。由于强烈的地震作用,纵墙在薄弱截面内产生斜裂缝或交叉裂缝;产生上述震害是由于在强烈的地震内产生斜裂缝或交叉裂缝;产生上述震害是由于在强烈的地震作用下,纵墙薄弱截面的抗剪承载力不足而引起破坏。作用下,纵墙薄弱截面的抗剪承载力不足而引起破坏。3 3屋架支座联结处的局部破坏屋架支座联结处的局部破坏 单层砖柱厂房中,由于屋架与砖柱(墙)没有可靠的锚固单层砖柱厂房中,由于屋架与砖柱(墙)没有可靠的锚固措施,地震时锚固螺栓被拔出。屋架移动而造成屋架与砖柱措施,地震时锚固螺栓被拔出。屋架移动而
5、造成屋架与砖柱(墙)联结处的局部破坏。(墙)联结处的局部破坏。6、7度区:主体结构完好,少数围护砖墙开裂外闪,突出度区:主体结构完好,少数围护砖墙开裂外闪,突出 屋面的屋面的形天窗局部破坏。形天窗局部破坏。8度区:主体结构不同程度破坏,上柱开裂,柱与屋盖的连度区:主体结构不同程度破坏,上柱开裂,柱与屋盖的连 接破坏,接破坏,形天窗倾倒,个别屋盖塌落。形天窗倾倒,个别屋盖塌落。9度区:围护大量倒塌,度区:围护大量倒塌,形天窗架大量倾倒,屋盖塌落。形天窗架大量倾倒,屋盖塌落。10、11度区,大多数厂房倒塌破坏。度区,大多数厂房倒塌破坏。震害表明震害表明:通过设防的厂房,对通过设防的厂房,对7度地震
6、作用有足够的抗震能力,也存度地震作用有足够的抗震能力,也存在一些薄弱环节;对在一些薄弱环节;对7度以上地震作用抵抗力不足。度以上地震作用抵抗力不足。厂房结构的弱点:纵向抗震能力差、构件连接单薄、厂房结构的弱点:纵向抗震能力差、构件连接单薄、支撑体系弱等。支撑体系弱等。7.1.2 单层钢筋砼柱厂房单层钢筋砼柱厂房7度区:柱间支撑处屋面板支座酥裂。度区:柱间支撑处屋面板支座酥裂。8度区:屋面板错动、震落、倒塌度区:屋面板错动、震落、倒塌9度区:屋面大面积倒塌。度区:屋面大面积倒塌。1、屋盖体系、屋盖体系 2 2、天窗架、天窗架 突出屋面的突出屋面的形天窗架在形天窗架在8 8度以上会造成大面积的倾倒
7、,度以上会造成大面积的倾倒,是厂房的薄弱部分。下沉式天窗震后基本完好。是厂房的薄弱部分。下沉式天窗震后基本完好。3 3、柱、柱 柱根部,吊车梁顶面,高低跨中柱牛腿劈裂,下柱根部。柱根部,吊车梁顶面,高低跨中柱牛腿劈裂,下柱根部。4 4、连接、连接 厂房是装配式结构,连接很重要,屋面板与屋架,天窗架厂房是装配式结构,连接很重要,屋面板与屋架,天窗架与屋架、屋架与柱、吊车梁与柱、支撑连接等。与屋架、屋架与柱、吊车梁与柱、支撑连接等。5 5、支撑系统、支撑系统 厂房的重要构件,天窗架支撑、屋盖垂直支撑、柱间支撑厂房的重要构件,天窗架支撑、屋盖垂直支撑、柱间支撑 破坏形式:压曲,节点扭折、焊缝撕开、锚
8、件拉脱等。破坏形式:压曲,节点扭折、焊缝撕开、锚件拉脱等。6 6、围护墙、围护墙 开裂、外闪、脱落、倒塌。开裂、外闪、脱落、倒塌。第二节第二节 厂房结构的抗震设计厂房结构的抗震设计7.2.1 设计原则设计原则1.结构布置及选型结构布置及选型 (1)防震缝的设置防震缝的设置 厂房的平面、立面布置宜规则简单,平面复杂时可通过设置厂房的平面、立面布置宜规则简单,平面复杂时可通过设置防震缝进行分隔。防震缝进行分隔。单层砖柱厂房:屋盖较轻时单层砖柱厂房:屋盖较轻时(轻型钢屋盖轻型钢屋盖)可不设防震缝,可不设防震缝,屋屋盖较重时盖较重时(钢筋砼屋盖钢筋砼屋盖)与贴建的建筑之间设与贴建的建筑之间设5070m
9、m的防震缝。的防震缝。单层砼柱厂房:多跨宜为等高,体型复杂时,宜设缝。纵横单层砼柱厂房:多跨宜为等高,体型复杂时,宜设缝。纵横跨交接处的缝宽为跨交接处的缝宽为100150mm,其它为,其它为5090mm。(2)抗侧力结构体系抗侧力结构体系 厂房横向抗侧力为排架体系厂房横向抗侧力为排架体系(屋架铰接于柱)、框架体系屋架铰接于柱)、框架体系(屋屋架刚接于柱)、横墙及门式刚架体系等。架刚接于柱)、横墙及门式刚架体系等。厂房纵向抗侧力体系为排架厂房纵向抗侧力体系为排架(纵向支撑铰接于柱纵向支撑铰接于柱)柱间支撑柱间支撑纵墙。纵墙。注意:厂房的同一结构单元内,不要采用不同的结构体系,注意:厂房的同一结构
10、单元内,不要采用不同的结构体系,以保证其抗侧移刚度的一致。以保证其抗侧移刚度的一致。(3)屋盖体系屋盖体系 单层砖柱厂房单层砖柱厂房:68度区宜采用轻型屋盖;度区宜采用轻型屋盖;9度区应采用轻型屋盖。度区应采用轻型屋盖。单层砼柱厂房单层砼柱厂房:跨度跨度 L24m时时 8度地区度地区III,IV类场地类场地 钢屋架屋面板钢屋架屋面板(三点焊接三点焊接)9度地区度地区 跨度跨度 L24m时时 钢筋砼屋架屋面板、肋梁体系钢筋砼屋架屋面板、肋梁体系 (4)天窗架天窗架 天窗的布置不宜靠近结构单元的端部;同时其型式应满足:天窗的布置不宜靠近结构单元的端部;同时其型式应满足:a.突出屋面的天窗架宜采用钢
11、天窗架;突出屋面的天窗架宜采用钢天窗架;b.9度地区,可采用下沉式天窗;度地区,可采用下沉式天窗;c.突出屋面的钢筋砼天窗,侧板与柱宜采用螺栓连接。突出屋面的钢筋砼天窗,侧板与柱宜采用螺栓连接。(5)支撑系统支撑系统 通过设置支撑系统,使结构形成空间体系,支撑系统可分为通过设置支撑系统,使结构形成空间体系,支撑系统可分为 屋盖支撑:上弦横向支撑、下弦横向支撑、屋盖支撑:上弦横向支撑、下弦横向支撑、跨中竖向支撑、端部竖向支撑。跨中竖向支撑、端部竖向支撑。柱间支撑:水平支撑、斜向支撑柱间支撑:水平支撑、斜向支撑 (6)柱柱 单层砖柱房屋:单层砖柱房屋:6、7度地区可采用十字形无筋砖柱;度地区可采用
12、十字形无筋砖柱;8度地区度地区、类场地采用竖向配筋组合砖柱;类场地采用竖向配筋组合砖柱;8度地区度地区(、类场地类场地)和和9度地区的中柱采用钢筋砼柱。度地区的中柱采用钢筋砼柱。单层钢筋砼柱厂房:单层钢筋砼柱厂房:厂房中的各种柱采用钢筋砼柱。厂房中的各种柱采用钢筋砼柱。a.截面形式和尺寸:矩形、工字形、双肢形、管柱形等。截面形式和尺寸:矩形、工字形、双肢形、管柱形等。柱截面尺寸按规范要求和构造要求选择。柱截面尺寸按规范要求和构造要求选择。b.柱配筋:柱纵向钢筋的配置按承载能力的要求和柱配筋:柱纵向钢筋的配置按承载能力的要求和 构造规定选择。构造规定选择。柱箍筋按承载能力的要求和构造规定选择柱箍
13、筋按承载能力的要求和构造规定选择 柱箍筋加密范围、加密区最小间距和直径要求。柱箍筋加密范围、加密区最小间距和直径要求。c.柱顶与屋架连接柱顶与屋架连接 8度地区宜用螺栓连接,度地区宜用螺栓连接,9度地区度地区 宜用钢板铰连接,钢板铰宜于耗能。宜用钢板铰连接,钢板铰宜于耗能。六、围护墙与隔墙六、围护墙与隔墙 围护墙的布置应尽量均匀、对称。优先采用墙板,砖墙宜围护墙的布置应尽量均匀、对称。优先采用墙板,砖墙宜采用外贴式,不宜采用嵌砌式。采用外贴式,不宜采用嵌砌式。砖围护墙应设置圈梁,设拉砖围护墙应设置圈梁,设拉筋于柱连接。厂房端部宜设置屋架,不宜采用山墙承重。筋于柱连接。厂房端部宜设置屋架,不宜采
14、用山墙承重。单层钢筋混凝土柱厂房的围护墙宜采用轻质墙板或钢筋混单层钢筋混凝土柱厂房的围护墙宜采用轻质墙板或钢筋混凝土大型墙板,外侧柱距为凝土大型墙板,外侧柱距为12m时应采用轻质墙板或钢筋混时应采用轻质墙板或钢筋混凝土大型墙板;不等高厂房的高跨封墙和纵横向厂房交接处凝土大型墙板;不等高厂房的高跨封墙和纵横向厂房交接处的悬墙宜采用轻质墙板,的悬墙宜采用轻质墙板,8、9度时应采用轻质墙板。度时应采用轻质墙板。单层钢筋混凝土多跨厂房的砌体围护墙宜采用外贴式,厂单层钢筋混凝土多跨厂房的砌体围护墙宜采用外贴式,厂房内部有砌体隔墙时,也不宜嵌砌于柱间,可采用与柱脱开房内部有砌体隔墙时,也不宜嵌砌于柱间,可
15、采用与柱脱开或与柱柔性连接的构造处理方法。或与柱柔性连接的构造处理方法。钢结构厂房的围护墙,钢结构厂房的围护墙,7、8度时宜采用轻质墙板或与柱柔度时宜采用轻质墙板或与柱柔性连接的钢筋混凝土墙板,不应采用嵌砌砌体墙;性连接的钢筋混凝土墙板,不应采用嵌砌砌体墙;8度时尚应度时尚应采取措施使墙体不妨碍厂房柱列沿纵向的水平位移;采取措施使墙体不妨碍厂房柱列沿纵向的水平位移;9度时宜度时宜采用轻质墙板。采用轻质墙板。1.抗震设计原则抗震设计原则第三节第三节 厂房横向抗震计算厂房横向抗震计算 a.应根据屋盖高差和吊车设置的情况,可采用单质点或多应根据屋盖高差和吊车设置的情况,可采用单质点或多质点模型体系来
16、计算地震作用;当厂房中设置一层吊车时,每跨质点模型体系来计算地震作用;当厂房中设置一层吊车时,每跨可按两台吊车考虑,计算多跨厂房时,吊车总数不超过可按两台吊车考虑,计算多跨厂房时,吊车总数不超过4台。台。b.计算要点:厂房抗震计算包括横、纵向两个方向的计算。计算要点:厂房抗震计算包括横、纵向两个方向的计算。厂房横向计算模型为排架体系厂房横向计算模型为排架体系(柱屋盖柱屋盖)和横墙;厂房纵向计算和横墙;厂房纵向计算模型为柱列体系模型为柱列体系(柱柱间支撑纵向梁系柱柱间支撑纵向梁系)和刚性纵墙。和刚性纵墙。c.8度、度、9度区内的大跨度厂房度区内的大跨度厂房(24m),其屋盖体系应考,其屋盖体系应
17、考虑竖向地震作用。虑竖向地震作用。d.对于对于8度区度区(、场地场地)、9度区内的高大的单层厂房结度区内的高大的单层厂房结构应进行弹塑性变形计算。构应进行弹塑性变形计算。e.在满足有关抗震构造措施时,规范规定下列建筑可不进在满足有关抗震构造措施时,规范规定下列建筑可不进行抗震计算:行抗震计算:(a).7度地区度地区、类场地内的柱高不超过类场地内的柱高不超过4.5m且两端均有且两端均有 山墙的单跨及等高多跨砖柱厂房,山墙的单跨及等高多跨砖柱厂房,7.3.1 基本原则基本原则 (b).7度地区度地区、类场地内的柱高不超过类场地内的柱高不超过10m且两端均有且两端均有 山墙的单跨及等高多跨钢筋砼柱厂
18、房。山墙的单跨及等高多跨钢筋砼柱厂房。2.设计计算内容设计计算内容3.厂房质量集中系数的确定厂房质量集中系数的确定自振周期的计算;自振周期的计算;内力计算;内力计算;强度计算。强度计算。厂房所有的质量均集中于厂房的屋厂房所有的质量均集中于厂房的屋(楼楼)盖处,但由于各部分盖处,但由于各部分质量的分布及位置的不同,因此不能简单地将其质量全部移至厂质量的分布及位置的不同,因此不能简单地将其质量全部移至厂房的屋房的屋(楼楼)盖处,而需要按一定的原则进行折算。盖处,而需要按一定的原则进行折算。质量集中的原则是:质量集中的原则是:a.计算结构自振周期计算结构自振周期(自振频率)时,应按(自振频率)时,应
19、按“周期等效周期等效”原原 则进行。则进行。b.计算结构地震作用计算结构地震作用时,应按柱底时,应按柱底“弯矩相等弯矩相等”原则进行。原则进行。mFFEkh计计 算算单单 元元G1G2m1F1FEkh1F2m2h2G1G3m1F1FEkh1F3m3h2G2F2m2h3 基本假设:基本假设:a、设厂房的、设厂房的屋盖为有限刚性屋盖为有限刚性的物体。的物体。b、以厂房、以厂房每一榀排架为一独立计算单元每一榀排架为一独立计算单元,按,按平面排架进平面排架进 行地震作用分析行地震作用分析。c、将质量集中于柱顶,按、将质量集中于柱顶,按单质点及多质点体系单质点及多质点体系计算。计算。d、排架在地震作用下
20、的、排架在地震作用下的变形以剪切变形为主变形以剪切变形为主,地震作用,地震作用 沿高度为倒三角形分布。沿高度为倒三角形分布。4、计算简图、计算简图 Gr 屋盖部分重量,自重,雪荷载,积灰荷载;屋盖部分重量,自重,雪荷载,积灰荷载;Gc 柱自重;柱自重;Gb 吊车梁自重;吊车梁自重;Gwl 纵墙重;纵墙重;Gw 高低跨封墙重。高低跨封墙重。系数系数1.01.0、0.50.5、0.250.25是按动能等效折算质量的折减系数。是按动能等效折算质量的折减系数。吊车桥架的影响:吊车桥梁的刚度将使结构的刚度增大即吊车桥架的影响:吊车桥梁的刚度将使结构的刚度增大即周期减小,而吊车桥架的重量又使结构的周期增大
21、,为了简化周期减小,而吊车桥架的重量又使结构的周期增大,为了简化计算,在计算周期时,不考虑桥架的影响。计算,在计算周期时,不考虑桥架的影响。檐檐墙墙纵纵墙墙柱柱吊吊车车梁梁积积灰灰雪雪屋屋盖盖)GGGGGGGGi0.125.025.05.05.05.0(0.1 321012505025001、i G.G.G.G.G.Gwwlbcri集中于屋盖处的质点等效重力荷载代表值集中于屋盖处的质点等效重力荷载代表值集中于屋盖处的质点等效重力荷载代表值集中于屋盖处的质点等效重力荷载代表值Gi:式中式中1.质点的等效重力荷载质点的等效重力荷载7.3.2 结构自振周期的计算结构自振周期的计算 单跨和等高多跨厂房
22、:单跨和等高多跨厂房:按单质点体系计算自振周期:按单质点体系计算自振周期:111111111222 GgGgGT GKTT1112 考虑不同结构,引入调整系数考虑不同结构,引入调整系数K KT T,上式改写为:,上式改写为:排架的侧向柔度排架的侧向柔度 1111按下式计算:按下式计算:Fa1111 )x-(1 Fa11111 F=1 1111 1111x1F=1 1111 1111x1 1111x2 a a1111F=12、结构自振周期的计算结构自振周期的计算 2212iiiiTuKuGkT22212122121111GGuGGu u1、u2将结构简图转动将结构简图转动900,将,将G1、G2
23、视为垂直于视为垂直于 杆件的荷载,在杆件的荷载,在G1、G2处产生的水平位移。处产生的水平位移。三跨不对称带升高中跨的厂房结构:三跨不对称带升高中跨的厂房结构:33221123322221112uGuGuGuGuGuGKTT 333232131332322212123132121111GGGuGGGuGGGu 两跨不等高厂房两跨不等高厂房 采用能量法计算并考虑采用能量法计算并考虑KT影响,计算自振周期:影响,计算自振周期:式中式中mFFEkhG1G2m1F1FEkh1F2m2h2G1G3m1F1FEkh1F3m3h2G2F2m2h3单跨和等高多跨厂房计算简图单跨和等高多跨厂房计算简图两跨不等高
24、厂房计算简图两跨不等高厂房计算简图三跨不等高厂房计算简图三跨不等高厂房计算简图 质量分布的位置及大小决定了内力的分布。质量分布的位置及大小决定了内力的分布。a、无吊车:与结构周期的计算简图相同。无吊车:与结构周期的计算简图相同。7.3.3 结构地震作用的计算结构地震作用的计算 b、有吊车(将吊车考虑成一个质点)、有吊车(将吊车考虑成一个质点)吊车:单跨时为一台,多跨时,不超过两台;吊车:单跨时为一台,多跨时,不超过两台;软钩时,不计吊重,硬钩时取吊重的软钩时,不计吊重,硬钩时取吊重的30%。在吊车梁顶面将吊车重量分配于两柱上。在吊车梁顶面将吊车重量分配于两柱上。1、计算简图、计算简图 高跨吊车
25、梁高跨吊车梁高跨封墙高跨封墙中柱上部中柱上部中柱下部中柱下部低跨吊车梁低跨吊车梁低跨纵墙低跨纵墙低跨柱低跨柱低跨屋盖低跨屋盖G.G.G.G.G.G.G.G.G015050507505050011 吊吊车车梁梁纵纵墙墙柱柱屋屋盖盖G.G.G.G.G750505001 a、无吊车的等高厂房、无吊车的等高厂房GFFEkh单跨和等高多跨厂房单跨和等高多跨厂房GGG1G2m1F1FEkh1F2m2h2两跨不等高厂房两跨不等高厂房2、屋盖重量的计算、屋盖重量的计算 b、无吊车的不等高厂房、无吊车的不等高厂房高跨封墙高跨封墙中柱上部中柱上部高跨吊车梁高跨吊车梁高跨纵墙高跨纵墙高跨边柱高跨边柱高跨屋盖高跨屋盖
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