門(mén)式剛架輕型房屋鋼結構的受力性能有很多特點(diǎn)，對它的抗震設計應如何對待，《建筑抗震設計規范》GB50011-2010未作規定，設計人員和學(xué)者表示關(guān)切，個(gè)別讀者曾認為沒(méi)有規定，問(wèn)題很大，影響了結構的安全。本文對此作初步探討，意在拋磚引玉。
在MBMA《低層房屋建筑體系手冊》1996中提到，“金屬房屋建筑體系因為自重輕，設計一般不受地震力控制。過(guò)去的震害調查表明，金屬房屋體系的性能比其它結構形式好得多“。因為采用這種建筑體系的項目，其與埸地土壤剖面有關(guān)的設計數據往往不全，按ASCE 7-95的第D類(lèi)?ài)兀▌傂酝寥溃┻M(jìn)行地震力計算”。
影響輕鋼房屋抗震設計的有利因素較多：
1）屋面結構自重很輕，即使在強震下產(chǎn)生的地震作用也是較小的。
2）結構位移不受?chē)o結構限制，柱頂的位移限值為柱高的1/60。
3）實(shí)測柱頂位移總是比計算值小很多。因為面板的蒙皮作用和結構的空間作用都未考慮；MBMA手冊和國內的課題研究都確認此事實(shí)。國內課題研究表明，實(shí)測位移只有計算值的一半左右。
4）結構有極好的延性，梁柱構件采用的端板連接是半剛性的，剛架橫梁有較好的耗能能力。
5）汶川大地震后，鋼結構專(zhuān)業(yè)人員在震害波及地區作了全面考察，也未見(jiàn)這種房屋倒塌。
6）MBMA抗震導則規定，R=3時(shí)不需作抗震計算，R是與結構延性有關(guān)的系數?？拐鹪O計規范（2010）規定，0.15g以下不需作抗震計算。
7）美國MBMA出版了《金屬房屋體系抗震設計導則》，我們查閱有關(guān)資料，發(fā)現抗震設計時(shí)的柱頂位移限值建議取柱高的1/80，這個(gè)數值還達不到設計位移限值，看來(lái)二階分析的意義也不大。CECS102規定不考慮風(fēng)荷載和地震同時(shí)作用，但對最小設計風(fēng)壓應有規定。在考慮風(fēng)荷載最小允許值時(shí)，美國ASCE7-05規定主要抗風(fēng)結構的風(fēng)荷載不得小于0.48 kN/m2（10lb/ft2），構件和面板在任一方向的風(fēng)載也應滿(mǎn)足此值。規定設計最小風(fēng)壓也有利于減少這種結構的風(fēng)災。地震作用是重力荷載代表值引起的，分析時(shí)，剛架地震作用應分別作用于剛架兩端而不是完全作用在一端。對于符合抗震設計要求的結構，傳遞風(fēng)力的縱向構件，包括剛性系桿、檁條兼作的系桿等及其連接，也應檢驗是否滿(mǎn)足抗震設計要求，抗震要考慮地震作用來(lái)自各個(gè)方向。在構造設計方面，柱間支撐、支撐連接、柱腳設計和夾層設計等部位應該是重點(diǎn)，應采取加強的構造措施。對于地震控制的桿件，其截面的板件寬厚比限值和長(cháng)系比限值宜適當調整，但不宜統一規定限值，宜根據具體情況適當處理，以免不必要地增加結構用鋼量。
目前我國只有因雪災和風(fēng)災引起嚴重破壞或倒塌的例子，以及因施工不當引起倒塌的例子，還沒(méi)有因震害造成倒塌的實(shí)例。MBMA規定的金屬房屋體系，其自重和荷載均大于我國規定。對我國常用跨度的門(mén)式剛架輕鋼房屋，抗震設計至少不是迫切問(wèn)題。但少數門(mén)式剛架的跨度和構件截面較大，我國已經(jīng)有72米跨的機庫和糧庫采用這種結構體系，對于這類(lèi)大型重要建筑，構件和結構自重較大，考慮抗震安全應該是必要的，應采取必要的重要性系數。MBMA的抗震設計導則重點(diǎn)，似乎放在帶夾層房屋的抗震設計。
抗震規范-2010版的9.2節列入了單層鋼結構廠(chǎng)房, 在條文說(shuō)明中指出,：“單層鋼結構廠(chǎng)房在地震中破壞較輕,但也有損壞或坍塌的.因此,單層鋼結構廠(chǎng)房進(jìn)行抗震設防是必要的。本次修訂仍不包括輕型鋼結構廠(chǎng)房。”也就是說(shuō)，新抗規它的抗震未提出規定。
關(guān)于是否需要抗震，我個(gè)人認為，可提供幾點(diǎn)判別：
1）抗震規范-2010將7度0.15g及以上列為強震，低于0.15g可以放寬。為了和抗規協(xié)調，7度0.15g及以上還是要進(jìn)行抗震設計的。
2）陳紹蕃老師作為抗震規范-2001編制組的顧問(wèn)，曾對廠(chǎng)房鋼結構的抗震提過(guò)如下意見(jiàn)：廠(chǎng)房鋼結構的特點(diǎn)是，有的受地震控制有的不受地震控制，當不受地震控制時(shí)，可不考慮抗震。此建議對門(mén)式剛架是適用的。
3）修訂中的國家標準《
鋼結構設計規范》列入了抗震設計內容，廠(chǎng)房結構組的修訂草案建議，
鋼結構廠(chǎng)房采用輕型屋面和墻面時(shí)，地震作用效應不大，建用二倍多遇地震組合進(jìn)行一階分析，取代二階分析等抗震驗算，并采取適當的抗震構造措施。此建議可供門(mén)式剛架輕型鋼結構房屋設計參考。
4）對于大跨度重要設施，宜考慮抗震要求。
關(guān)于夾層設計，由自重引起的內力當然必需考慮。在抗震方面，首先應確定是否要考慮抗震。輕質(zhì)材料樓板和木樓蓋不需考慮抗震，混凝土樓板要考慮抗震。選用什么方法？美國抗震導則提供兩個(gè)辦法：
一考慮夾層引起的扭矩，對房屋進(jìn)行結構整體分析；
—或將夾層用防震縫隔開(kāi)，使主體結構在地震時(shí)不受夾層的影響?？拐鹨幏兑幎?，對砼結構防震縫寬50～70mm,對鋼結構未提出具體規定。
第一種方法計算太繁，缺乏實(shí)用性。第二種方法理論上容易，但做起來(lái)不容易。
有專(zhuān)家建議，可在夾層周邊兩個(gè)方向設置較強支撐，使夾層產(chǎn)生的地震力可由其周邊支撐承受。至于夾層在房屋結構中引起的地震力，因為設計不考慮地震作用和最大風(fēng)荷載同時(shí)出現，可予忽略。此法最簡(jiǎn)便，也可考慮。
參考文獻
[1]MBMA，Metal Building Systems Manual,2002
[2]MBMA Seismic Design Guide for Metal Building Systems,based on the 2000 IBC,
By Backman/ Drake/ Johnson/ Murray,
[3]《Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures》ASCE 7-05
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