單層鋼筋混凝土柱廠房抗震設計實例

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上單層鋼筋混凝土柱廠房抗震設計實例（等高雙跨廠房）一、 抗震設計有關資料及驗算要求工程項目為某地區(qū)冷加工車間。該車間為兩跨等高鋼筋混凝土柱單層廠房，其平面與剖面圖示于圖1。柱距6m，廠房長度66m，兩端有山墻，廠房每跨設有兩臺吊車；柱截面：邊柱上柱為正方形400mm×400mm中柱上柱為矩形400mm×600mm,邊柱與中柱下柱均為字形400mm×700mm柱的尺寸詳見圖2；柱的混凝土強度等級為C20；屋蓋采用大型屋面板、折線形屋架，屋蓋恒載標準值為，雪荷載標準值；圍護墻采用240mm厚磚砌體貼砌于柱，材料強度等級：磚，砂漿，圍護墻開洞尺寸

2、詳見圖3；鋼筋混凝土吊車梁每根重28.2kN,一臺吊車橋架重186kN，該重力壓在一根柱上牛腿的反力經(jīng)計算為61.6kN；柱間支撐布置及支撐截面詳見圖6-20；設防烈度8度，遠震，類場地；試對該廠房進行抗震設計。二、 荷載計算單層工業(yè)廠房橫向與縱向抗震計算中都涉及到很多重力荷載的計算，下面根據(jù)各構件的材料與尺寸提供出所需的各種荷載。1 橫向計算所需荷載橫向計算取一榀排架（范圍為36m×6m）進行，由于等高可化為一個質點體系。（1） 柱的自重（參見圖2）圖6-17 271頁，圖6-18A、C 上柱 A、 C下柱（下端至基礎頂面）A、 C柱自重 B上柱 B下柱 B 柱自重 排架柱自重 （

3、2） 墻的重量（見圖3）檐墻重量（一個柱距范圍內(nèi)） 圍護墻重量（一個柱距范圍內(nèi)） （3） 屋蓋重量（一個柱距范圍內(nèi)） （4） 雪荷載（一個柱距范圍內(nèi)） （5） 吊車梁重量（兩跨4根） 2 縱向計算所需荷載縱向計算按柱列進行。由于對稱A柱列與C柱列相同，其負載范圍66m×9m，中間B柱列負載范圍66m×18m。（1）A、C柱列計算所需荷載柱自重（12根邊柱） 檐墻重量（見圖3） 圍護墻重量（見圖3，取底層窗間墻半高以上檐墻以下部分墻體）山墻重量（大門洞口3m× 3.3m） 吊車梁重量（11根） 屋蓋重量 雪荷載 （2）B柱列計算荷載柱自重（12根中柱） 山墻重量 吊

4、車梁重量（22根） 屋蓋重量 雪荷載 三、 橫向抗震計算1 計算簡圖與排架的側移計算本實例橫向抗震計算簡圖如圖5所示，靜力分析為兩跨等高排架，動力分析按單質點體系考慮。（1） 單柱慣性矩（2） 由圖2所給柱尺寸可算得各柱上、下截面慣性矩（3） 獨立柱頂側移利用公式（6-2）計算獨立柱頂側移 （4） 單位力作用下排架橫梁內(nèi)力、與排架頂點側移利用公式（6-6），算得 利用公式（6-5），算得 2、質點等效集中重力荷載的計算（1） 計算自振周期時： （2） 計算水平地震作用時： 3、 排架橫向自振周期的計算 利用公式（6-16）算出橫向自振周期 式中系數(shù)因廠房有縱墻故取0.8。4、 橫向水平地震作用

5、的計算根據(jù)本實例所給條件，設防烈度8度、類場地、近震，以及周期和重力荷載代表值，代入公式（6-19），得到柱頂橫向水平地震作用 通過公式（6-6）所算出的系數(shù)，可求得作用下排架橫梁內(nèi)力，并進一步得到地震作用下排架的彎矩圖與剪力圖（見圖6-6）。 吊車橋架在吊車梁面標高處（距柱底9.35m）產(chǎn)生的水平地震作用可通過公式（6-22）算出 其對排架的作用如圖7所示，這些作用力產(chǎn)生的排架內(nèi)力可以通過靜力計算得到。一般排架靜力計算時可先將如圖8所示結構（柱頂無側移）彎矩圖作出（此處計算從略），然后將左上端鏈桿反力（）反作用于排架，如圖9所示，再用前面有關公式繪出彎矩圖，圖8與圖9兩彎矩圖疊加即可得到圖8

6、荷載作用下的最后彎矩圖（見圖10）。不過應當指出，圖10的結果變力學意義而言是正確的，但對于吊車噸位不大(<30t)的結構，其結果實用價值不大，因為在縱向66m長的廠房中橫向地震時，僅兩榀排架（最多4榀）發(fā)生水平地震作用，其余無吊車所在的排架是無此力產(chǎn)生的，加上橫向山墻與屋面剛性的影響，即使在發(fā)生此力的排架中柱頂位移也可近似地視為不動（此時并未考慮的影響）的。因此圖8的彎矩圖更接近實際結果。這樣本實例將最終以它的結果為準。5、平面排架橫向水平地震作用效應的調整 由于本實例設防烈度為8度，廠房單元屋蓋長度與總跨度之比66/36=1.83<8，山墻厚為240mm且水平開洞面積比<

7、50%，柱頂高度<15m，滿足“規(guī)范”所提出的相應條件，因此平面排架考慮窨工作及扭轉及扭轉影響的內(nèi)力調整可按公式（6-23）進行，其中系數(shù)可按表6-2采用。本實例屬于鋼筋混凝土無檁屋蓋，兩端有山墻的等高廠房，屋蓋長度為66mm，查表6-2，。調整后的彎矩圖與剪力圖見圖11，其中 吊車梁頂面標高處上柱截面（圖7中的-截面），由吊車橋架引起的地震剪力和彎矩應乘以表6-4的增大系數(shù) 本實例為無檁體系兩端山墻，查表得邊柱增大系數(shù)，中柱為，該截面處的剪力與彎矩為 6、內(nèi)力組合與截面驗算依據(jù)抗震內(nèi)力組合的原則，單層廠房鋼筋混凝土柱的內(nèi)力組合與截面驗算應按下式進行： （6-49） 作為截面設計可直接彩

8、的相當內(nèi)力應按下式采用 （6-50）式中包括屋蓋、吊車梁與柱等自重所產(chǎn)生的內(nèi)力；雪荷載引起的內(nèi)力（有積灰荷載時還應加相應的內(nèi)力）； 水平地震作用引起的內(nèi)力；承載力抗震調整系數(shù)。下面A柱截面為例給出組合結果。由本實例的靜力計算（見參考文獻）結果可得；水平地震作用引起的內(nèi)力取圖11與圖8之和，得到 按公式（6-50）組合后，得到 該截面的配筋計算 故需考慮縱向彎曲的影響。 本實例未考慮抗震設防要求時，該截面最不利荷載組合為永久荷載與風（基本風壓）的組合，最終內(nèi)力為 按此內(nèi)力配筋為，與考慮抗震結果十分靠近。如果計算軸力時，豎向荷載的分項系數(shù)取1（而不是1.2），則，重新配筋計算得到。結果表明8度區(qū)單

9、廠柱的配筋一般還是受地震控制。本實例配筋應由靜力計算配筋改為，。7、彈塑性變形驗算第一章有關彈塑性變形一節(jié)曾指出，設防烈度8度的、類場地和，以及設防烈度9度時高大的單層鋼筋混凝土柱廠房應進行抗震設計第二階段的內(nèi)容，或者說驗算大震是否會倒塌的問題。驗算的薄弱部位指上柱，本實例雖為設防烈度8度的類場地，但屬于遠震，其特征周期與類場地近震相等，均為，為保證安全也應進行該項驗算。還應指出，所謂高大的單廠一般指：按平面排架計算時基本周期的廠房。本實例周期，很接近這一限值。本實例A、C上柱截面最小，故驗算訪柱。與此柱有關的彈性階段設計（或第一階段設計）主要結果如下：柱高彎矩（標準值）（取自圖6a）剪力（標

10、準值）（取自值6b）軸力（豎向荷載引起的軸力標準值，取自靜力計算結果）。罕遇地震作用下的有關值計算如下：彈性彎矩；彈性剪力。式中0.9/0.16為大震與小震地震影響系數(shù)最大值之比（設防烈度為8度時）。上柱彈性位移 排架柱實際正截面受彎承載力的計算，配筋取靜力分析結果， 屈服強度系數(shù) 由表1-9確定彈塑性位移增大系數(shù)，當，增大系數(shù) 上柱彈塑性位移 驗算 滿足大震不倒要求。四、 縱向抗震計算（修正剛度法）具有鋼筋混凝土屋蓋的單層等高多跨鋼筋混凝土柱廠房采用修正剛度法進行縱向抗震計算時，可將屋蓋在縱向視為一個質點體系，集中各柱列的等效重力荷載為統(tǒng)一的重力荷載，集中各柱列的剛度為統(tǒng)一的總剛度，然后求出

11、統(tǒng)一的周期和水平地震作用，并按修正后的柱列剛度將水平地震作用分配到各柱列，然后可進行內(nèi)力計算與各種抗震驗算。1 柱列剛度計算（1） 柱子剛度計算由圖6-18所給柱尺寸可算得各柱上、下截面沿縱向的慣性矩 利用公式（6-27）可算出各柱列所有柱柱頂剛度之和。 上式中、分別為A、B、C柱列所有柱柱頂剛度總和。（2） 柱間支撐的剛度計算柱間支撐布置圖如圖4所示，結構尺寸簡圖見圖12（取自標準圖集）。1） 邊柱列上柱支撐： 90×6（三道），截面面積，回轉半徑斜桿長度，支撐斜桿的計算長度，平面內(nèi)，長細比（構造要求），平面外取，長細比。查設計手冊與相應的穩(wěn)定系數(shù)。下柱支撐：2 100×

12、63×6（一道），截面面積，回轉半徑，斜桿長度支撐斜桿的計算長度，長細比（構造要求），相應穩(wěn)定系數(shù)。A、 C柱列支撐頂部側移可采用式（6-28）計算，得到B、 C柱列支撐頂部剛度可通過公式（6-29）計算，得到 2） 中柱列（B柱列）上柱支撐與A、C柱列相同。，。下柱支撐2 100×63×8（一道），截面面積，回轉半徑，斜桿長度，支撐斜桿的計算長度，長細比（構造要求），相應穩(wěn)定系數(shù)。B柱列支撐頂部側移為B柱列支撐頂部剛度為 （3） 圍護磚墻側移剛度計算本實例磚的強度等級，砂漿的強度等級M2.5，查表6-5，砌體的彈性模量，。由于圍護磚墻為多洞口墻體（見圖3），其剛

13、度可通過公式（6-33）、（6-34）和（6-35）三式進行計算，計算過程見表6-9圍護墻的最終剛度（利用表6-9的結果） （4） 各柱列剛度計算結果A、 C柱列柱頂剛度均為 圍護磚墻剛度計算 表6-9序號h（m）b（m）11.856.60.0280311.8924.80.95.3330.0059622894.81.82.6660.03711424633.7660.056065.9441.20.91.3330.157602881.21.80.66660.435550.2660.00303110.00 B柱列柱頂剛度為 三個柱列總剛度之和 在進行地震力分配時，磚墻剛度應乘以折減系數(shù)，此時 2 柱

14、列等效集中重力荷載的計算柱列等效集中重力荷載（計算周期時）采用公式（6-36）計算 柱列等效集中重力荷載（計算水平地震作用時）采用公式（6-37）計算 各柱列等效集中到吊車梁頂標高處的重力荷載代表值按式（6-38）計算 3 廠房縱向自振周期的計算將有關數(shù)據(jù)代入公式（6-39），并由表6-6中取周期修正系數(shù)，算出廠房縱向周期 采用經(jīng)驗公式（6-40） 仍取4 廠房縱向水平地震作用的計算利用公式（6-24）計算各柱列縱向水平地震作用時，首先計算出各柱列的修正剛度A、 C柱列圍護墻影響系數(shù)，根據(jù)條件：2400mm墻、設防烈度8度、邊柱列，取；柱間支撐影響系數(shù)。 B柱列加上無檁屋蓋與邊跨無天窗兩條件，

15、；由于中柱列下柱撐斜桿長細比且下柱支撐僅一柱間，故查表6-8得到 地震影響系數(shù) A、 C柱列縱向柱頂水平地震作用 各柱列吊車梁頂標高處的縱向水平地震作用可按公式（6-43）算出 5 柱列各構件分擔的水平地震作用計算（1） 邊柱列柱頂處水平地震作用，按公式（6-44），柱： 支撐： 磚圍護墻： 吊車梁頂處水平地震作用，按公式（6-45），柱： 支撐： （2） 中柱列柱頂處水平地震作用柱： 支撐： 吊車梁頂處水平地震作用柱： 支撐： 各柱列地震力布見圖13。由于柱間支撐與磚圍護墻承擔了縱向絕大部分的水平地震力（柱承擔很少），因此應對這兩類構件進行抗震驗算。6 柱間支撐的抗震驗算驗算采用公式（6-4

16、8），即（1） 邊柱列上柱支撐：斜桿長度，支撐寬度，截面面積，壓桿穩(wěn)定系數(shù)，長細比，壓桿卸載系數(shù)。取0.54，地震剪力設計值（見圖13a） 鋼材的強度設計值，對于單角連接的單角鋼應乘以0.85的折減系數(shù)，因此 公式中的承載力抗震調整系數(shù)取0.9，代入公式得到 下柱支撐： ，（見圖6-29a），代入公式（6-48），得 （2） 中柱列上柱支撐： （見圖6-29b），代入公式（6-48），得 下柱支撐：取0.55，（見圖13b），代入公式（6-48），得上述計算結果表明，中柱列下柱支撐抗震強度不滿足。在修改設計前先作如下說明：支撐的初步選取是依據(jù)78抗震規(guī)范的標準圖集選取的，其條件是設防烈度8度、類場地土，本實例雖然是設防烈度8度的類場地，但取的是遠震，其場地特征周期為0.4s，如取近震則為0.3s，兩者之差對地震力的影響為，如將。此結果表明標準圖集對新規(guī)范仍基本適用，但應注意近、遠震之不同。選中柱列下柱支撐截面為2 ，如仍取（嚴格要求，由于支撐剛度的改變，縱向計算所有數(shù)值結果都要發(fā)