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1、构筑物抗震设计规范 GB 50191- 2012介绍 钢框排架结构 李永录 中冶建筑研究总院有限公司 国家工业建构筑物质量安全监督检验中心 钢框排架结构 钢框排架结构 钢框排架结构 钢框排架结构 钢框排架结构 钢框排架结构 刚架结构由横梁、柱和基础组成。刚架的柱与横梁刚接 ,与基础铰接。 排架结构由屋架、柱和基础组成,柱与屋架铰接,而与 基础刚接。 轻型房屋钢结构体系轻型房屋钢结构体系 在传统观念中,一般指由圆钢、小角钢( 454及56364以下)组成的小型或小跨度 屋架、钢架结构,采用砖墙、混凝土墙板和屋面 板,多用于小型厂房、仓库或临时建筑。 随着冷弯薄壁型钢和彩色压型钢板等新型围 护结构
2、和材料的出现,其概念已发生根本性变革 ,与传统钢结构相比,其“轻”主要体现在: 采用轻质围护结构,大大减轻恒载,整体结 构自重轻; 采用标准化、自动化生产构件,现场装配, 施工进度快; 广泛用于大中小跨度、工业与民用建筑,空 间布置灵活,建筑造型轻; 可回收,符合环保及可持续发展原则。 正在建设中的多层轻钢结构厂房 屋面板采用压型钢板,波浪造型的轻钢结构。屋面梁 轻盈、活泼,克服了工业建筑造型单一、立面造型呆 板的缺点。 压型钢板外墙板 门门式刚架结构的特点式刚架结构的特点 n重量轻(2050kg/m2) n工业化程度高、施工周期短 n柱网布置灵活 n综合经济效益高 一般规定 钢框排架结构突出
3、屋面的天窗架,宜采用刚架或桁 架结构。天窗的端壁与挡风板,宜采用轻质材料。 8度、9度时,排架的纵向天窗架宜从结构单元端部 第二柱间开始设置;当纵向天窗架不能满足从结构 单元端部第二柱间开始设置的要求时,在所设天窗 架的第一个开间内,屋盖应增设局部上弦横向支 撑。横向天窗架起始点距屋架两端的距离不宜小于 4.5m。 框排架结构应设置完整的屋盖支撑系统及柱间支 撑。 框架的楼(屋)面板,宜采用现浇板;当采用预制 板时,板上宜设置配筋现浇层。楼板上孔洞尺寸较 大时,应设置局部楼盖水平支撑。 一般规定 框排架结构屋面和墙面围护材料,宜选用轻质 板材。框排架结构围护墙和非承重内墙的设置 ,应符合下列规
4、定: 1采用砌体墙时,墙与框排架结构的连接, 宜采用不约束框排架主体结构变形的柔性连接 方式;当不能采用柔性连接时,地震作用计算 和构件的抗震验算均应计入其不利影响。 2当框架的砌体填充墙与框架柱为非柔性连 接时,其平面和坚向布置宜对称、均匀,并宜 上下连续。 一般规定 支承在楼(屋)面、平台上,并伸出屋面 的质量较大的烟囱、放散管等,宜作为结 构的一部分进行整体结构地震作用计算; 与结构的连接部位,应采取抗震构造措 施。 框排架结构采用规则的建筑结构方案时, 可不设防震缝;需设置防震缝时,缝宽不 应小于相应钢筋混凝土结构的1.5倍。 计算 框排架结构,应按构筑物抗震设计规范 第5章多遇地震确
5、定地震影响系数,并进 行水平地震作用和作用效应计算,其水平 地震影响系数应乘以阻尼调整系数。钢框 排架结构的阻尼比可取0.03。当结构布置规 则时,可分别沿框排架结构横向和纵向进 行验算。其他情况,应采用空间结构模型 进行抗震分析。 计算 框排架结构地震作用计算时,模型中柱、梁(或 桁架)、支撑的刚度的计算,应符合下列规定: 1采用实腹柱时,其侧移刚度应计入弯曲变形的 影响;采用格构式柱时,其侧移刚度可采用下列 方法计算: 1)按格构式柱的柱肢与腹杆为铰接的实际几何图 形作为计算简图进行计算; 2)按等刚度实腹截面进行计算,但应计入腹杆变 形的影响,乘以0.9的折减系数。 计算 2采用实腹梁时
6、,应计入其弯曲变形影响;采用 桁架且与柱刚接时,可采用下列方法计算: 1)按铰接杆件桁架的实际几何图形作为计算简图 进行计算; 2)按桁架上下弦杆形成的等刚度实腹梁进行计算 ,应计及腹杆的变形和桁架上下弦杆之间的坡度等影 响,并乘以下表的桁架刚度折减系数(按跨中处最高 截面计算) 桁架上下弦相对 坡度 0.070.060.050.040.00 桁架刚度折减系 数 0.650.700.750.800.90 计算 3 支撑的侧移刚度,可按构筑物抗震设计规 范附录F的规定确定。 4框排架结构计算确定柱列支撑系统的侧移刚度 时,应按其在柱列中的道数和榀数计算其组合刚 度。计算纵向天窗架两侧竖向支撑的地
7、震作用及 其效应时,应将柱列上梯形屋架的端部竖向支撑 列入计算模型;若中列柱两侧屋架各自成为独立 体系,应分别设置端部竖向支撑,并应列入计算 模型。 计算 进行框架地震作用计算时,模型中的柱、梁及支撑杆件的 变形和刚度的计算,应符合下列规定: 1对实腹柱,应计入弯曲变形;对于 4的短柱( 为 柱净高度, 为沿验算平面的柱截面高度),尚应计入剪 切变形。对实腹梁,应计入弯曲变形;对于 4的短梁, ( 为梁净跨长, 为梁的截面高度),亦应计入剪切变 形。 2地震作用计算时框架梁的截面惯性矩,可按下列规定 计算: 1)楼板为钢铺板时,可直接采用钢梁截面惯性矩 ; 2)楼板为压型钢板上设混凝土现浇层,
8、且与框架梁有可靠 连接时,框架主梁可采用2 ; 计算 进行框架地震作用计算时,模型中的柱、梁及支撑杆件的 变形和刚度的计算,应符合下列规定: 1对实腹柱,应计入弯曲变形;对于 4的短柱( 为 柱净高度, 为沿验算平面的柱截面高度),尚应计入剪 切变形。对实腹梁,应计入弯曲变形;对于 4的短梁, ( 为梁净跨长, 为梁的截面高度),亦应计入剪切变 形。 计算 3)对钢-混凝土组合楼盖,可采用梁板组合截面的惯性矩 ,其现浇 混凝土板的有效宽度,可按下列公式中的最小值采用: 计算 排架分析时,柱的计算长度可按下列规定采用: 1屋架和排架柱铰接时,可取至柱顶。 2屋架和排架柱刚接时,可取至屋架下弦杆轴
9、线处。 结构地震作用效应的调整 突出屋面的天窗架纵向支撑抗震验算,当采用底部剪力法 计算地震作用时,其天窗架地震作用效应应乘以效应增大 系数,效应增大系数计算应符合下列要求: 1单跨、边跨屋盖或有约束框排架结构变形的内纵墙的 中间跨屋盖上部天窗架两侧的竖向支撑,效应增大系数应 按下式计算: 结构地震作用效应的调整 属于下表所列的结构构件及其连接的地震作用效应,应乘 以表中规定的增大系数进行调整。 序号结 构 或 构 件增大 系数 1框架的角柱,两个方向均设支撑的共用柱1.3 2框架中的转换梁1.2 3框排架结构的柱间 支撑 交叉形支撑、单斜杆 支撑 1.2 人字形支撑、门形支 撑 1.3 4支
10、承于屋面或平台 上且按双质点体系 底部剪力法计算时 烟囱、放散管3.0 管道及其支架1.5 抗震验算 包含: 梁、柱及其节点抗震验算; 构件连接抗震验算; 支撑抗震设计。 抗震验算涉及的内容很多只是公式化,涉及内容要在具体 构件的计算时查阅便可,此处不再累赘公式内容,仅提出 部分讲解,公式请参阅构筑物抗震设计规范,如有不 理解之处可提出来讨论。 抗震验算 框架梁上楼(屋)面板属于下列情况之一时,可不进行框 架梁的整体稳定性验算: 1钢梁与混凝土板按组合结构设计。 2钢梁上有抗剪连接件的混凝土现浇板。 3在梁的受压翼缘上密铺钢板且与其牢固连接。 7度9度时,框排架结构主要构件与节点的连接可采用焊
11、 接、摩擦型高强度螺栓连接或栓焊混合连接。采用焊接 时,对框架节点构件板件的对接连接应采用全焊透的焊接 连接。 抗震验算 7度9度时,框排架结构构件节点连接的抗震验算,应符 合下列规定: 1对可能出现塑性铰的下列主要节点,应按节点连接的 最大承载力不小于构件的塑性承载力进行设计: 1)框架梁柱节点连接; 2)排架和框架的柱间支撑与排架、框架的节点连接; 3)重要的多层框排架柱与基础的刚接节点连接。 2主要的传递或承受地震作用的构件拼接,当不位于构 件塑性区时,其承载力不应小于该处作用效应值的1.1倍; 同时,梁、柱拼接的受弯承载力尚不得低于0.5 , 和 分 别为梁柱截面的弹性截面模量和钢材屈
12、服强度。 抗震验算 排架柱间支撑,宜采用中心支撑。支撑的设置,应符合下 列规定: 1每一个结构单元的各柱列,应在其中部或接近中部的 开间内沿柱全高设置一道柱间支撑图7.6.1(a)。7度时 ,结构单元长度超过120m(重屋盖)或150m(轻屋盖) ;8度、9度时,结构单元长度超过90m(重屋盖)或120m (轻屋盖)时,宜在单元长度的1/3处的开间内设置两道 柱间支撑图7.6.1(b)。有吊车的厂房,尚应在结构单元 的两端开间内的上柱范围内设置上柱支撑。 2结构单元内,沿各柱列的柱顶宜设置通长的受压系杆 ,受压系杆可与屋架端部系杆合并设置。 抗震验算 3结构单元内,各柱列柱间支撑的侧移刚度应按
13、下列规 定确定: 1)同列柱内上段柱的柱间支撑侧移刚度,不宜大于下段 柱的柱间支撑侧移刚度; 2)同一柱间采用双片支撑时,其侧移刚度宜相同; 3)结构单元内,设有不约束结构变形的纵向侧墙时,各 柱列柱间支撑的侧移刚度宜相接近,但边列柱的柱间支撑 的侧移刚度不宜大于中列柱柱间支撑的侧移刚度;当两侧 边列柱有约束结构变形的纵向侧墙时,中列柱柱间支撑的 侧移刚度应大于边列柱间支撑的侧移刚度。 抗震验算 支撑杆件平面外长细比,宜小于平面内的长细比。 排架交叉形柱间支撑,应符合下列规定: 1交叉形支撑斜杆的长细比,不应超过表7.6.3的规定。 支撑位置烈 度 6789 上柱支撑250250200150
14、下柱支撑200200150150 抗震验算 排架的人字形和门形柱间支撑,应符合下列规定: 1上柱、下柱支撑斜杆的长细比,均不应超过表7.6.3 中 对下柱支撑的规定。 2压杆强度设计值应乘以承载力折减系数,其值可按表 7.6.4取用。 长细比 钢材牌号 60708090100120150200 Q2350.816 0.792 0.769 0.747 0.727 0.689 0.639 0.571 Q3450.785 0.758 0.733 0.709 0.687 0.646 0.594 0.523 抗震验算 框架纵向柱间支撑布置,应符合下列规定: 1柱间支撑宜设置于柱列中部附近,当纵向柱数较少
15、时 ,亦可在两端设置。多层多跨框架纵向柱间支撑宜布置在 质心附近,且宜减小上下层间刚心的偏移。 2纵向支撑宜设置在同一开间内,无法满足时,可局部 设置在相邻的开间内。 框排架结构中排架屋盖支撑的布置,可按构筑物抗震设 计规范第6.5节的有关规定采用;框架结构部分各柱列侧 移刚度相差较大或各层质量分布不均匀,且可能造成结构 扭转时,应在单层与多层相连部位沿全长设置纵向支撑。 抗震验算 框架中心支撑,应符合下列规定: 1支撑形式应符合构筑物抗震设计规范第7.6.5条的规 定。 2支撑压杆由组合截面构成时,其板件宽厚比不应超过现行 国家标准建筑抗震设计规范GB50011的有关规定。 3支撑杆件的长细
16、比,应符合现行国家标准建筑抗震设计 规范GB50011的有关规定。 4人字形支撑的水平杆兼作框架横梁时,构造上应保持节点 处梁的连续贯通,计算框架梁在重力荷载下的内力时,不应计 入支撑的支承作用;但在支撑计算时,应计入由框架梁传来的 重力荷载。 5框架各柱列的纵向侧移刚度宜相等或接近。上层支撑的侧 移刚度不得大于与其相连的下层支撑的侧移刚度。同一层内设 置数道支撑时,其侧移刚度亦应相接近。 抗震构造措施 传递地震作用的主要节点及其构件的连接,宜采用高强度 螺栓连接,亦可采用焊接连接。 8度、9度时框排架结构 主要承重构件的连接,不应采用普通螺栓连接。 框架的梁、柱刚接时,梁翼缘与柱应采用全焊透
17、焊接,梁 腹板与柱宜采用高强度螺栓连接。 构件的焊接连接,应符合下列规定: 1所有传力的焊接连接,不得采用间断焊缝;传递地震 作用的杆端侧面角焊缝,其有效计算长度不宜大于焊脚尺 寸的40倍。 2框架节点连接中,与受力方向垂直的焊缝宜采用全焊 透的对接焊缝。 3在同一传力焊接连接中,不宜采用侧面角焊缝与端部 角焊缝并用的焊接连接。 抗震构造措施 承受地震作用的高强度螺栓连接,不宜采用承压型高强度 螺栓。 框架梁、柱现场拼接时,应采用等强的拼材与连接件;翼 缘采用焊接时,应采用全焊透的对接焊接。拼接部位应设 置耳板、夹具等定位连接件。 框架工字形梁柱节点区格板,不宜采用焊接附加板进行加 强,必要时可采取设置加劲肋或局部增加腹板厚度。 抗震构造措施 框架的楼盖,应符合下列规定: 1采用密肋(次梁)钢铺板时,钢板与梁应采用连续焊 缝焊接。 2采用预制钢筋混凝土铺板时,端部板角应与钢梁焊接, 板面上应设细石钢筋混凝土现浇层,厚度不宜小于40mm ;预制板板缝中应按抗震构造要求配筋并灌缝。 3采用现浇钢筋混凝土楼板或以压型钢板为底模时,钢 梁上翼缘的上表面应焊接抗剪键(栓钉)。 谢谢谢谢
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