第七章单层厂房建筑结构抗震

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第七章单层厂房建筑结 构抗震
2020/12/5
第七章单层厂房建筑结构抗震
§1 震害及分析
一、单层砖厂房 7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。
8度区:多数有破坏,部分受到中等 破 坏,个别倒塌。
9度区:大多数有严重破坏或倒塌, 只
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。
拉压杆的刚度都考虑,
压杆按临界状态刚度计算。
2、 纵向砖墙
⑴ 无洞或单洞墙 上下端转动受约束的情况
下端固定,上端自由
K ——小洞口影响系数
——砖墙开裂等刚度折减系数 ⑵ 多洞墙
3、 柱列刚度 ⑴ 仅柱顶作用水平力时
⑵ 当柱列作用两个地震力时
刚度矩阵
三、地震作用的计算 1、计算简图,无吊车时
檐墙
对于半刚性柱间支撑:
---压杆非弹性工作阶段的卸载系数,长细 比为60,100,200时,可分别为0.7,0.6,0.5。
2、杆件截面强度 只验算拉杆
3、节点予埋件锚筋抗震验算(p183)
二、节点:1.柱顶。2.牛腿。 三、柱的强度计算:注意内力组合
1.重力荷载代表值+水平地震作用 2.竖向(恒载+活载)+风载+吊车水平荷载
n
对不同的位置的计算值进行放
n
大修正:天窗架,吊车梁,高
n
低跨处等。
n 各质点的质量:将柱(墙)的质量折算到柱顶时用底部弯 矩等效的原则。
§5 纵向抗震计算
厂房的纵向抗震计算较为复杂,针对 不同情况提出了不同的简化计算方法。对 于轻型柔性屋盖,采用“柱列法”即各个 柱列分片进行计算,对刚度较大的钢筋砼 屋盖结构,厂房的纵向自振周期和地震作 用可采用“修正刚度法”。对于两跨不等 高厂房,采用“拟能量法”的原则确定厂 房的基本周期及相应的纵向地震作用。
二、单层钢筋砼柱厂房
6、7度区,主体结构完好,少数围护砖墙 开裂外闪,突出屋面的π形天窗局部破坏。8度 区,主体结构不同程度破坏,上柱裂缝,柱与屋 盖的连接破坏π 形天窗倾倒,个别屋盖塌落。 9度区:砖围护墙大量倒塌,π 形天窗架大量倾 倒,不少屋盖塌落。10、11度区,大多数厂房倒 塌破坏。 震害表明:
震害重。
二、按多质点空间结构计算地震作用
n 1.计算简图 n 横向由排架和山墙构件组成。 n 纵向由排架和纵墙及柱间支撑组成。 n 将厂房的质量集中于屋盖处。 n 结构的质点数,只考虑横向振动时为N=n*h,考
虑平动与扭转同时作用时,N=(n+1)*h. n 2.运动方程及地震作用计算 n 用振型分解法计算多自由度振动方程.
五、支撑系统
屋盖支撑见表5-2、5-3、5-4 上弦横向 端部竖向 下弦横向 跨中竖向 柱间支撑:
设置位置,最大长细比,节点连接。 六、围护墙与隔墙
墙板优于砖墙,砖围护墙应设置圈梁, 设拉筋于柱连接。
计算要点:
§3 横向抗震计算
单层厂房的抗震计算包括横向 和纵向两个方向的计算。
当满足有关抗震构造措施时,规范规定: 7 度时,ⅠⅡ类场地,柱高不超过4.5m且两端均有 山墙的单跨及等高多跨砖柱厂房,和柱高不超过
2、 厂房横向地震作用 ⑴ 底部剪力法(考虑空间及扭转作用修正)
——修正系数,表5-9,5-10 P170
:单质点
多质点
(2)各质点地震作用分配
⑶ 有斜腹杆的桁架式天窗架的地震作用
由于这种天窗架的刚度大,可将其视
为一个质点计算地震作用,不乘放大系数。
当天窗架跨度大于9m时(或9度时),
可将求得的天窗架地震作用乘以1.5放大系
螺栓连接 四、柱
单层砖柱房屋 6、7度时可采用十字形无筋砖柱,8度ⅠⅡ 类场地采用竖向配筋组合砖柱,9度时和8度
(III,IV类场地)中柱采用钢筋砼柱。
单层钢筋砼柱厂房,截面选取,箍筋 加密,加密区最小间距和直径要求 柱顶与屋架连接
8度时宜用螺栓连接, 9度时宜用钢板铰连接 钢板铰宜于耗能, 在苏联近期地震 中经受了考验。
•上柱验算罕遇地震下的弹塑 性变形
——放大系数(1.3~2.6)
P163表5-8
h ——上柱高
§ 4 单层厂房考虑空间工作与扭转影响振动分析
n 一、厂房的空间工作和扭转效应
n 空间工作效应取决于: n 1.有无山墙(或横墙)及屋盖的横向刚度 n 2.屋盖增加了厂房的刚度。 n 3.山墙的间距越小厂房的刚度越大。 n 扭转效应: n 1.仅一端有山墙的厂房,会产生扭转振动。 n 2.靠近伸缩缝处的排架柱比其他位ຫໍສະໝຸດ Baidu的排架柱
通过设防的厂房,对7度地震作用有足够的 抗震能力,也存在一些薄弱环节。
对7度以上地震作用抵抗力不足。弱点:纵 向抗震能力差、构件连接单薄、支撑体系弱等。 1、屋盖体系
7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。 9度区,屋面大面积倒塌。
2、 天窗架
突出屋面的π 形天窗架在8度以上会造成大面积 的倾倒,是厂房的薄弱部分。
地震作用甚至超过单排柱的地震作用。
厂房横向抗震计算小结
n 1.规范规定:在某些情况下可不进行厂房横向和纵向的抗 震计算。(7度,ⅠⅡ,4.5米 ,10米)
n 2.横向自振周期的计算:用能量法,
n 质量的计算采用折算质量法,将分散质量集中到屋盖处。
n 3.地震作用的计算:底部剪力法
n 考虑空间作用影响。各质点的地震作用:
⑵ 计算公式
K ——修正系数,表5-12 P174 3、 拟能量法(适用于两跨不等高厂房)
⑴ 计算简图:将柱列半跨范围内的重力荷载 代表值按动能等效原则等效到柱与屋盖连接处
⑵ 计算公式
两跨不等高厂房、屋盖的空间作用及 扭转效应使中柱列和边柱列地震力不同。 计算的方法是将中柱列和边柱列 的重力 荷载值进行调整,再按能量法求自振周期。
——长房跨度(m),平均值 ——基础顶面至柱顶高度(m)
对于四周有外墙的单层单跨砖柱厂房,由于刚 度大,可不必计算周期,采取 计算地震作用。
二、厂房纵向刚度
柱列+柱间支撑+纵墙
1、 柱
k=1/δ
2、 柱间支撑
按桁架计算,仅考虑支撑的轴向变形, 不考虑柱和梁的轴向变形。
⑴ 柔形柱间支撑
在地震作用下,压杆 将丧失稳定而退出工作, 仅有斜向拉杆参加工作。 ⑵ 半刚性柱间支撑
⑵ 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,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布于两柱上。
屋盖处的重量(无吊车)
对于柱、墙的折算系数0.5,是用柱底 部弯矩等效原则得到的。
将柱或墙分成五个质点,各个为0.2, 按振型分解反应谱法求出柱底部的弯矩。 由底部弯矩相等,求出在柱顶的折算质量, 由算例,最后建议取为0.5。
下沉式天窗震后基本完好。
3、 柱
上柱根部,吊车 梁顶面,高低跨中 柱牛腿劈裂,下柱 根部。
4、连接
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。
5、 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
破坏形式:压曲,节点扭折、焊缝撕 开、锚件拉脱等。
规范建议:对单跨、等高多跨、高度不 超过15m的厂房,突出屋面 天窗的纵向地 震力在底部剪力法基础上乘以增大系数 。
(单跨、边跨屋盖,有 纵 向内隔墙的中跨屋盖)
(对于其它中跨屋盖) n——厂房跨数,超过跨按4跨
其它情况,天窗架的纵向抗震计算,仍 可按空间多质点体系计算。
§6 构件和节点的抗震设计 一、柱间交叉支撑 1、 斜杆内力
2、 计算公式
⑴ 单跨和等高多跨厂房,按单质点体系。
考虑不同结构引入调整系数
——调整系数P157表5-6
——排架的侧向柔度
=F
=(1-X1)
⑵ 两跨不等高厂房
能量法
考虑
⑶ 三跨不对称带升高中跨厂房
二、地震作用计算 1、 计算简图:质量分布的位置及大小
⑴ 无吊车 同周期计算简图
无吊车厂房计算简图
横墙 纵墙
注意 :
与周期计算时不同。周期计算时按动
能等效。地震作用计算时,按几何位置划
分。
0.7
是考虑纵墙上部重量较大
有吊车时:
吊车梁顶
柱顶:
2、 柱列地震作用 ⑴ 柱列法(轻型屋盖):
作用于第s柱列柱顶标高处的纵向水平 地震作用时,
作用于吊车梁顶面标高处的地震作用
⑵ 修正刚度法(砼柱大型屋面板等高厂房) 某一柱列的地震作用
n 用振型分解反应谱法计算地震作用.
三、考虑空间作用和扭转影响的调整系数
n 单厂横向地震作用简化计算=平面排架计算+空间 作用影响
n 对不同的排架结构形式进行空间的平动与扭转振 动分析,将其结果与平面排架振动分析结果进行 对比,得出空间工作与扭转影响效应的调整系数 ζ1ζ2
n 简单的结论:山墙的间距越大,厂房的空间作用 越小,排架上的地震剪力越大;有檩屋盖厂房的 地震剪力大于无檩屋盖厂房;当山墙的间距超过 一定距离时,有檩屋盖厂房及高低跨出的上柱的
一、自振周期
1、 柱列法
⑴ 计算简图 适用于轻型柔性 屋盖。 柱顶质量为
——屋盖荷载
——纵墙 ——吊车梁
——柱自重 ——横墙或山墙 ——吊车重量
⑵ 计算公式
第s柱列的周期
---周期折减系数,无围护墙0.9有围护墙0.8
——s柱列的总刚度(KN/m) 包括排架柱,柱间支撑,围护墙等。 2、 修正刚度法(适用于刚度较大的屋盖) ⑴ 计算简图 将所有的屋盖质量合并 为集中质量,所有排架 柱刚度合并为一个刚度。
对中柱列 对边柱列 查表P174表5-13
位移的求法见图 按单柱列求解 4、 抗震规范建议经验公式
按修正刚度法计算单跨或等高多跨的 钢筋砼柱厂房纵向地震作用时,当柱顶高 不大于15m,平均跨度不大于30m。
纵向基本周期经验公式:
——围护墙影响系数,砖围护墙
=1.0 敞开,半敞开围护墙板
——屋盖类型系数,大型屋面板,钢 筋砼屋架1.0。 钢屋架0.85
数。
(4) 桥式吊车处的地震作用,求出的 动力放大系数
乘以
3、 不等高厂房高低跨交接处中柱的地震
内力修正
由于高振型的影响,将使这部分截面 的内力大于用底部剪力法求出的内力。这 些截面的内力乘以系数修正。 ⑴ 高跨一侧有低跨时
⑵ 高跨两侧有低跨时
——空间影响系数
——高低跨跨数 ——高低跨屋盖的重力荷载代表值 ——高跨两侧低跨屋盖总的重力荷 载代表值。 三、罕遇地震作用下抗震变形验算 规范要求: 8度III ,IV 类场地 9度
6、 围护墙 开裂、外闪、脱落、倒塌。
§2 厂房结构的抗震措施
一、体型与防震缝
平面宜规则。 单层砖柱厂房:屋盖较轻时(轻型钢 屋架等)可不设防震缝, 屋盖较重时(钢 筋砼)与贴建的建筑之间,设50~70mm的 防震缝。 单层砼柱厂房:多跨宜为等高,体型 复杂时,宜设缝。纵横跨交接处的100~150mm, 其它为50~90mm。
二、屋盖体系
1、 单层砖柱厂房
6~8度宜用轻型屋盖 9度应为轻型屋盖
2、 单层砼柱厂房,屋架 L>24m
8度 III,IV类场地 9度 3、屋面板与屋架焊接(三点焊接) 4、规范对屋架截面和配筋的构造作出要求
三、天窗架
1、 突出屋面的天窗架宜采用钢天窗架
2、 9度时,可采用下沉式天窗 3、 突出屋面的钢筋砼天窗,侧板与天窗架柱宜采用
为主,地震作用沿高度为倒三角形分布。
自振周期计算简图
集中于屋盖处的质点等效重力荷载代 表值 的计算:
——屋盖部分重量,自重,雪荷载, 积灰荷载
——柱自重 ——吊车梁自重 ——纵墙重
•—— 高低跨封墙重
系数1.0、0.5、0.25时按动能等效折算 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。
10m且两端均有山墙的单跨及等高多跨钢筋砼柱厂 房可不进行抗震计算。
计算简图的取法,自振周期的计算,内力计算,
强度计算等。
一、自振周期 1、计算简图
基本假设: 1、设厂房的屋盖为有限刚性的物体。 2、设厂房每一榀排架为一各独立隔离的计 算单元,按单榀平面排架进行地震作用分 析。 3、将质量集中于柱顶,按单质点及多质点 体系计算。 4、排架在地震作用下的变形以剪切变形
⑶ 拟能量法(不等高厂房)
作用于边柱列柱顶的地震作用 作用于高低跨交接处连接点处 的地震作用:
3、 构件的地震作用
⑴ 仅柱列顶部作用地震作用时:
柱列顶部位移应相等,各构件的地震 作用按刚度分配。
⑵ 当柱列作用两个地震力时
柱列侧移:
分配给柱的力:
分配给支撑的力: 分配给墙的力:
四、天窗地震作用
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