8度抗震區(qū)多層鋼結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)

1、8度抗震區(qū)多層鋼結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)摘要:以都江堰綠地土橋小學(xué)教學(xué)樓的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)為例，運(yùn)用結(jié)構(gòu)抗震的概念設(shè)計(jì)原理，介紹多層鋼結(jié)構(gòu)在8度抗震設(shè)防地區(qū)的抗震設(shè)計(jì)和措施，總結(jié)了設(shè)計(jì)中常見問題的注意事項(xiàng)。關(guān)鍵詞:多層鋼結(jié)構(gòu)8度設(shè)防抗震概念設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)1緒論“5.12汶川大地震給當(dāng)?shù)厝嗣袢罕娚?cái)產(chǎn)造成巨大損失。從受災(zāi)情況看，震區(qū)建筑大多為磚混（凝土）建筑，樓板和屋面采用混凝土預(yù)制件則是地震中的最大殺手。磚混結(jié)構(gòu)房屋受壓較好，但塑性和韌性很差。地震時(shí)，房屋在地震波上下左右循環(huán)反復(fù)荷載作用下，立即發(fā)生整體垮塌，人員來不及逃生，這是這次地震傷亡慘重的最主要原因。因此，在震區(qū)重建中，我們必須考慮建筑結(jié)構(gòu)和

2、材料問題。2都江堰市綠地土橋小學(xué)概況新建土橋小學(xué)位于都江堰市原土橋小學(xué)舊校址，在四川省都江堰市崇義鎮(zhèn)土橋鄉(xiāng)，該地塊東西長(zhǎng)約120m,南北寬約130m,用地面積約15950m2，場(chǎng)地東側(cè)靠近灌溫路，交通方便。規(guī)劃小學(xué)12班，學(xué)生540人，新建校舍建筑面積約4433.5川，其中：三層（局部四層）綜合教學(xué)樓3748，食堂及生活輔房618，警衛(wèi)室36川，消防水泵房31.5川。運(yùn)動(dòng)場(chǎng)包含200米環(huán)形塑膠跑道一座。土橋小學(xué)教學(xué)樓是上海對(duì)口援建項(xiàng)目中唯一一座全鋼結(jié)構(gòu)建筑。3模型信息3.1建筑結(jié)構(gòu)布置和選型建筑結(jié)構(gòu)布置教學(xué)綜合樓平面布置整體為U形，由抗震伸縮縫分為三個(gè)獨(dú)立單體，教學(xué)樓（三層鋼框架結(jié)構(gòu)）、行政樓

3、（四層砼框架結(jié)構(gòu)）、試驗(yàn)樓（三層砼框架結(jié)構(gòu)）。本文所論述的對(duì)象是教學(xué)樓（三層鋼框架結(jié)構(gòu)），上部結(jié)構(gòu)由抗震縫與相鄰建筑脫開，形成獨(dú)立結(jié)構(gòu)體系，可單獨(dú)進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)計(jì)算，對(duì)抗震有利。在”5.12汶川大地震前，都江堰教學(xué)樓多數(shù)采用磚混結(jié)構(gòu)和單框架結(jié)構(gòu)，房屋外廊采用懸挑結(jié)構(gòu)，地震中多有損壞。為了提高結(jié)構(gòu)安全等級(jí)，本設(shè)計(jì)采用鋼結(jié)構(gòu)三柱框架體系，即外廊外沿設(shè)柱，增加教學(xué)樓的安全儲(chǔ)備，使其成為震不垮的避難之所。教學(xué)樓平面布局為規(guī)則長(zhǎng)方形，樓板無大洞口削弱；立面簡(jiǎn)潔、整齊，有利于抗震。計(jì)算程序本工程上部結(jié)構(gòu)計(jì)算采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院編制的PKPM系列一STS、SATWE多層版建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)軟件。計(jì)算模型的建

4、立取標(biāo)高0.500（基礎(chǔ)杯口）以上部分作為研究對(duì)象。3.2結(jié)構(gòu)信息：抗震設(shè)防表1抗震設(shè)防信息類別取值依據(jù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)二級(jí)建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)使用年限50年建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)地土類別H類都江堰市土橋小學(xué)場(chǎng)地巖土工程勘察報(bào)告抗震設(shè)防分類乙類建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)多遇地震下的阻尼比0.035建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（2008年版）罕遇地震下的阻尼比0.050建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（2008年版）抗震設(shè)防烈度8度建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（2008年版）設(shè)計(jì)基本地震加速度0.20g建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（2008年版）設(shè)計(jì)地震分組第二組建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（2008年版）特征周期Tg0.40s建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（2

5、008年版）抗震措施9度建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（2008年版）息振型組合方法CQC耦聯(lián)安全等級(jí)為二級(jí)計(jì)算振型數(shù)9多遇地震水平地震影響系數(shù)最大值0.16建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（2008年版）罕遇地震水平地震影響系數(shù)最大值0.90活荷質(zhì)量折減系數(shù)0.50周期折減系數(shù)計(jì)算結(jié)果及分析331結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量活載產(chǎn)生的總質(zhì)量：101.043恒載產(chǎn)生的總質(zhì)量：1394.673結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量：1495.717結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性振型號(hào)周期轉(zhuǎn)角平動(dòng)系數(shù)（X+Y）扭轉(zhuǎn)系數(shù)備注（0.00+0.930.00+0.37(0.00+0.00)1.0(由上表可知：第一振型模態(tài)為X向平動(dòng)，第二振型模態(tài)為Y向平動(dòng)，第三振型模態(tài)為扭轉(zhuǎn)振型。扭轉(zhuǎn)振型周期與

6、第一平動(dòng)振型周期之比為0.627,小于0.9,滿足規(guī)范相關(guān)規(guī)定。(2)有效質(zhì)量參與系數(shù)本文對(duì)結(jié)構(gòu)選取9個(gè)振型參與組合時(shí)對(duì)應(yīng)的有效質(zhì)量參與系數(shù)如下：X方向的有效質(zhì)量系數(shù)：98.41%;Y方向的有效質(zhì)量系數(shù)：91.79%;滿足抗震規(guī)范條文說明中規(guī)定的：振型個(gè)數(shù)一般可以取振型參與質(zhì)量達(dá)到總質(zhì)量的90%所需的振型數(shù)”。各層側(cè)移剛度及層剛度比從計(jì)算結(jié)果中看出，X、Y方向本層側(cè)移剛度與上一層相應(yīng)側(cè)移剛度70%的比值或上三層平均側(cè)移剛度80%的比值中較小值為:1.11,p均小于1/300,滿足規(guī)范要求。本結(jié)構(gòu)最大層間位移比，X方向?yàn)?1.41,Y方向?yàn)?1.17,均滿足規(guī)范規(guī)定要求小于1.5。4設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)4.

7、1柱腳選用固接。采用插入式柱腳，為增強(qiáng)柱腳錨固，柱子插入基礎(chǔ)杯口部分加焊栓釘。4.2主梁與柱連接采用固接：4.3主梁與次梁連接采用鉸接：4.4樓板設(shè)計(jì)：樓板為壓型鋼板非組合樓板，由于教學(xué)樓的耐火等級(jí)為二級(jí)，樓板為不燃燒體，耐火極限為1.0h,如果壓型鋼板參與結(jié)構(gòu)計(jì)算，形成組合樓板，則須對(duì)其進(jìn)行防火處理，噴涂防火涂料，涂層厚度1.0伽,涂料理論用量為：1.61.7kg/川，折合造價(jià)為：91元/，壓型鋼板折合造價(jià)為：98元/，兩者差距不大，而且非組合樓板增加安全系數(shù)，縮短施工周期。4.5屋面設(shè)計(jì)：本工程屋面大部分為覆彩鋼坡屋面，坡度21.8當(dāng)?shù)貙W(xué)校建筑大多以坡屋面為主，上鋪水泥瓦。在“5.12地震

8、時(shí)，多有屋面水泥瓦脫落砸傷人員的情況發(fā)生。為解決這一難題，并保留川西北民居”風(fēng)格，本設(shè)計(jì)屋面采用大片灰色鍍鋅鋼板（0.5厚），避免了地震中屋面瓦的脫落，同時(shí)減輕屋面自重，有利于抗震。5結(jié)論“5.12汶川大地震災(zāi)后重建項(xiàng)目一土橋小學(xué)目前已設(shè)計(jì)、施工完成，并成功投入使用。該項(xiàng)目對(duì)震后重建中針對(duì)8度抗震設(shè)防要求，如何選擇結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了有益的探討，并成為鋼框架結(jié)構(gòu)在災(zāi)后重建中優(yōu)于混凝土框架結(jié)構(gòu)的一個(gè)很好的實(shí)例證明。5.1從用鋼量上比較：土橋小學(xué)教學(xué)樓（鋼框架結(jié)構(gòu)），建筑面積1303，總用鋼量137.455t,折合用鋼量105kk/rf;同等建設(shè)規(guī)模的土橋小學(xué)實(shí)驗(yàn)樓采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，用鋼量為105kk/rf。5.2從建設(shè)速度比較：土橋小學(xué)教學(xué)樓比土橋小學(xué)實(shí)驗(yàn)樓建設(shè)速度要快50%，節(jié)省了很多時(shí)間成本，全部