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對門(mén)式剛架輕鋼結構房屋抗震設計的幾點(diǎn)建議

作者：建筑鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2011-02-16 15:16:45 [收藏]
最近，美國金屬房屋制造商協(xié)會(huì )(MBMA)發(fā)表了一本《金屬房屋體系抗震設計指南》，是以2000年建筑法規IBC為依據，由制定IBC和AISC有關(guān)標準的抗震專(zhuān)家會(huì )同MBMA的抗震專(zhuān)...
    關(guān)鍵詞：
        最近，美國金屬房屋制造商協(xié)會(huì )(MBMA)發(fā)表了一本《金屬房屋體系抗震設計指南》，是以2000年建筑法規IBC為依據，由制定IBC和AISC有關(guān)標準的抗震專(zhuān)家會(huì )同MBMA的抗震專(zhuān)家共同編制的。由于美國的抗震設計是按中震考慮結構延性影響，根據結構體系對設計地震作用作不同程度的折減，設計規定也與我國抗震設計方法有很大差異，很難直接搬用。但其中的一些基本原則是可以而且應該借鑒的。下面參考MBMA的這本指南，結合我國的有關(guān)規定，提出幾點(diǎn)意見(jiàn)供參考，用于適用范圍符合CECS：102規定的房屋。

        1.門(mén)式剛架輕房屋鋼為單層單跨或多跨結構，根據其跨高比等具體情況，構件截面有時(shí)受風(fēng)荷載組合控制，有時(shí)受地震作組合控制。當受風(fēng)荷載組合控制時(shí)，可以不作抗震分析，此時(shí)，7度及以下一般可不采取抗震構造措施。MBMA抗震指南也有類(lèi)似規定。美國按地震烈度由低到高將地區分為A、B、C、D、E、F等級，其中A～C為低烈度區，C級接近我國7度。當結構位于A(yíng)～C級時(shí)，若取結構的抗震系數R＝3時(shí)(約相當于我國抗震規范的地震影響系數)，可不采取抗震構造措施，但此規定不適用于更高烈度。8度及以上時(shí)，或大跨度結構，或其它無(wú)法預計的特殊情況時(shí)，應采取適當的抗震構造措施。

        2.門(mén)式剛架構件與普通鋼結構相比，長(cháng)細比和板件寬厚比較大，結構具有較大柔性，截面受地震組合作用控制時(shí)，可能出現較大位移。根據MBMA規定，柱頂位移計算必要時(shí)應計入P-Δ效應，并符合下列規定，此時(shí)柱頂位移采用壓型鋼墻板時(shí)不應大于柱高的1/80。

        (1)

        (2)

        式中——二階效應特征系數，當時(shí),可不考慮P-Δ效應；時(shí)應考慮二階效應；時(shí)，應重新假設構件截面尺寸。

        ——未考慮P-Δ效應時(shí)的框架柱頂位移；

        ——考慮P-Δ效應后的框架柱頂位移，應不大于柱高的1/80。

        ——柱頂的總豎向荷載標準值；

        ——作用于柱頂的地震剪力；

        ——與同時(shí)出現的柱頂位移計算值；

        ——柱高度。

        3.普通單層門(mén)式剛架允許高度為18m。采用端板螺栓連接時(shí)，恒載不應超過(guò)72kg/m2(15psf)。采用砌體外墻時(shí)，柱頂側移不得大于柱高的1/240。

        4.門(mén)式剛架的抗震分析,可采用單自由度計算模型,根據受載面積，將框架質(zhì)量集中在柱頂。當屋面坡度小于10°時(shí)，房屋高度可取檐口高度；當屋面坡度大于10°時(shí)，房屋高度取檐口高度和屋脊高度的平均值。山墻框架當房屋跨度較大應設置支撐。MBMA的例題對寬度為60m的房屋，在山墻兩端2、3墻架柱之間，分別設置了支撐。據此，建議當房屋寬度等于或大于60m時(shí)，山墻框架宜對稱(chēng)設置支撐。

        5.結構計算時(shí)，設計地震作用宜分別作用于剛架的兩端,類(lèi)似風(fēng)荷載計算。有人在計算時(shí)為了方便將水平荷載作用于剛架一端，但MBMA指南特別指出，無(wú)論風(fēng)荷載或地震作用，均應將水平力分別作用于剛架兩端。門(mén)式剛架為單層房屋，高度相對較小而長(cháng)度較大，計算時(shí)將地震作用施加在山墻(側墻)兩端更接近地震慣性力的實(shí)際位置，若將地震作用僅作用于一端，將過(guò)于保守，得出的梁軸力將非常保守。另外，應對門(mén)式剛架、縱向支撐框架和山墻支撐框架(或框架)分別進(jìn)行抗震分析。

        6.輕鋼廠(chǎng)房的結構基本自振周期(以秒計),MBMA抗震指南推薦按下列經(jīng)驗公式計算，而不是通過(guò)動(dòng)力分析確定基本自振周期。采用動(dòng)力分析法時(shí)，將得出的自振周期用于計算底部剪力是有限制的，它不能

        7.當輕鋼廠(chǎng)房帶有與鋼框架相連的混凝土樓板夾層時(shí),應考慮夾層重力由于剛心偏置所產(chǎn)生的剪力和扭矩。進(jìn)行結構抗扭分析時(shí),可忽略屋面剛度的影響，僅將夾層作為剛體。夾層在地震作用下產(chǎn)生較大的剪力和扭矩，為了支承夾層產(chǎn)生的作用力，夾層應以門(mén)式剛架為水平支承，沿結構的縱向一側設置，不宜設在山墻一側，除非結構上另作考慮。夾層另一側的支柱可能為一列或多列，與剛架柱組成垂直于側墻方向的剛架。

        8.在結構分析中，屋蓋屬于房屋的橫隔板，夾層也屬于橫隔板之一。對于輕鋼房屋的抗震設計，水平橫隔板的側向剛度與豎向構件的側向剛度之比有很大關(guān)系。工程設計中，作用力計算有兩種簡(jiǎn)化處理的實(shí)用方法：一種是柔性橫隔假設，此時(shí)水平橫隔的側向剛度相對于豎向結構的側向剛度很??；另一種是剛性橫隔假設，此時(shí)水平橫隔的剛度相對于豎向結構的剛度很大。采用上述假定進(jìn)行分析的結果，其精度都取決于實(shí)際結構與上述簡(jiǎn)化假設符合的程度。很多結構屬于上述兩種極端情況之間，精確分析只能用復雜的有限元分析得出，但這種方法對于通常的房屋設計是不適用的。

        門(mén)式剛架的屋面有搭接式，咬邊式和扣合式等，搭接式有螺釘貫穿的和螺釘不貫穿的，它們在水平力作用下的受力各有特點(diǎn)，側向剛度互不相同的。但MBMA的抗震指南指出，金屬房屋的傳統設計方法，是無(wú)論房屋的大小或形狀，或豎向構件的形式和相對剛度如何，任何構造的壓型鋼板屋面都可視為了柔性橫隔。在大多數情況下，此假設是相當正確的和適合的。典型的金屬房屋在平面上是接近方形的或矩形的，采用搭接式或咬邊式屋蓋的較多，橫向有很多剛架，縱向在若干柱間設置圓鋼支撐，可以認為它是符合柔性橫隔要求的。

        9.抗扭計算可采用空間分析，或用近似方法進(jìn)行剛體平面分析。后者可假設將夾層視為側向支承在一系列彈簧支座(門(mén)式剛架柱)上，為此要計算夾層本身的抗扭剛度和支承剛架的側向剛度；在夾層產(chǎn)生的地震剪力和偏心扭矩作用下，求出相連框架在各自平面內所受的附加地震剪力，得出近似結果。夾層水平力可根據沿高度均勻分布的假設，按受載高度分配到柱頂和夾層標高，按靜力方法進(jìn)行計算。地震作用不考慮與風(fēng)荷載同時(shí)出現。

        10.夾層面積小于所在廠(chǎng)房面積的1/3時(shí)，除進(jìn)行結構整體分析外，也可將帶夾層的部分與其余部分用防震縫分開(kāi)，僅對帶夾層部分進(jìn)行抗扭分析。當夾層面積大于廠(chǎng)房面積1/3時(shí)，應進(jìn)行結構整體分析。

        11.抗震構造措施的一般要求

        斜梁與剛架柱的連接以及斜梁的拼接，應采用外伸式端板式連接。剛架構件與端板的連接，腹板連接采用雙面角焊縫，翼緣板連接應視其板厚情況按同濟大學(xué)等單位所作試驗研究課題提出的建議(上海市建委科技局組織了鑒定)，即以12mm為界，小于此值采用等強度的雙面角焊縫，等于或大于此值采用角對接組合焊縫。端板的高強度螺栓連接，應按繞連接中和軸進(jìn)行抗彎計算，確保在設計荷載下處于彈性受力狀態(tài)，不宜繞邊排螺栓進(jìn)行抗彎計算?？蚣芨拱搴鸵砭壍陌寮捄癖认拗悼砂达L(fēng)荷載下的規定采用，不需減小。

        作為抗震構造措施，支撐要防止連接部位拉脫,包括柱間支撐和屋面圓鋼支撐及其連接。柱腳要防止錨栓斷面過(guò)小被拉斷或拔出。砌體墻要注意與框架變形不協(xié)調帶來(lái)的問(wèn)題。

        12.7度(0.15g)及以上時(shí),門(mén)式剛架應采取下列構造措施：

        1)柱間支撐應采用角鋼制作，可按受拉支撐設計。支撐與框架柱的夾角應在35～55度范圍，不符合要求時(shí)可設帶直桿的雙層支撐；節點(diǎn)板尺寸應符合現行國家標準《鋼結構設計規范》GB50017的有關(guān)規定；當支撐中心線(xiàn)不能交于柱腳底板處時(shí)，構件和連接應考慮偏心引起的附加彎矩。支撐與節點(diǎn)板連接的受拉承載力應大于支撐全塑性受拉承載力；

        2)柱腳錨栓直徑不應小于M24，剛接柱腳的抗彎連接系數應取1.1；錨栓長(cháng)度不小于25d，d為錨栓直徑，錨栓端部應設置錨板或彎鉤；柱腳底板應設置抗剪鍵，底板下設置調平螺母，校準后進(jìn)行二次灌漿。

        3)山墻墻架宜采用壓型鋼板墻板，并應設置支撐或采用抗彎框架體系；

        4)屋蓋水平支撐與構件腹板的連接，當腹板厚度在5mm以下時(shí)應對連接部位進(jìn)行補強。

        13.跨度等于或大于36m的實(shí)腹門(mén)式剛架,應在跨中斜梁下翼緣設置縱向通長(cháng)系桿。由于大跨梁的高度較大,當有橋式吊車(chē)時(shí)支座水平反力也較大,在地震作用下水平力增大，輕鋼廠(chǎng)房梁翼緣的寬度一般不大，而隅撐提供的側向剛度較小,為了防止梁在豎向荷載和軸力下平面外失穩,有必要在跨中下翼緣設置系桿，目的是加強其抗扭剛度和抗扭性能。系桿可按拉桿構造要求選用，但桿端連接應采用兩個(gè)螺栓。

        14.8度及以上時(shí)，側墻宜采用壓型鋼板制作，不宜采用砌體墻。砌體外墻應符合下列構造要求：

        1)砌體墻應為自承重墻，能獨自承受平行于墻面的設計地震力。墻體與框架應采用貼砌，二者之間應采用拉墻筋或其它類(lèi)似構造連接，沿柱高度以50～80cm間距設置。

        2)墻體在垂直于墻面方向的風(fēng)荷載和地震力，應通過(guò)剛架間設置的過(guò)梁傳遞給橫向框架，過(guò)梁應滿(mǎn)足剛度和承載力要求，其構造和截面應通過(guò)設計確定。墻在柱頂標高應設置與過(guò)梁連接的錨固點(diǎn)，錨固點(diǎn)間距宜為1.5m左右。為了避免墻的豎向重力荷載傳給鋼框架，墻錨固點(diǎn)與過(guò)梁支承點(diǎn)間的連接應采取相應的構造措施。
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