8度抗震區(qū)多層鋼結構的抗震設計

1、8度抗震區(qū)多層鋼結構的抗震設計摘要:以都江堰綠地土橋小學教學樓的結構抗震設計為例，運用結構抗震的概念設計原理，介紹多層鋼結構在8度抗震設防地區(qū)的抗震設計和措施，總結了設計中常見問題的注意事項。關鍵詞:多層鋼結構8度設防抗震概念設計結構體系設計細節(jié)1緒論“5.12汶川大地震給當地人民群眾生命財產造成巨大損失。從受災情況看，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制件則是地震中的最大殺手。磚混結構房屋受壓較好，但塑性和韌性很差。地震時，房屋在地震波上下左右循環(huán)反復荷載作用下，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構和

2、材料問題。2都江堰市綠地土橋小學概況新建土橋小學位于都江堰市原土橋小學舊校址，在四川省都江堰市崇義鎮(zhèn)土橋鄉(xiāng)，該地塊東西長約120m,南北寬約130m,用地面積約15950m2，場地東側靠近灌溫路，交通方便。規(guī)劃小學12班，學生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。運動場包含200米環(huán)形塑膠跑道一座。土橋小學教學樓是上海對口援建項目中唯一一座全鋼結構建筑。3模型信息3.1建筑結構布置和選型建筑結構布置教學綜合樓平面布置整體為U形，由抗震伸縮縫分為三個獨立單體，教學樓（三層鋼框架結構）、行政樓

3、（四層砼框架結構）、試驗樓（三層砼框架結構）。本文所論述的對象是教學樓（三層鋼框架結構），上部結構由抗震縫與相鄰建筑脫開，形成獨立結構體系，可單獨進行上部結構計算，對抗震有利。在”5.12汶川大地震前，都江堰教學樓多數采用磚混結構和單框架結構，房屋外廊采用懸挑結構，地震中多有損壞。為了提高結構安全等級，本設計采用鋼結構三柱框架體系，即外廊外沿設柱，增加教學樓的安全儲備，使其成為震不垮的避難之所。教學樓平面布局為規(guī)則長方形，樓板無大洞口削弱；立面簡潔、整齊，有利于抗震。計算程序本工程上部結構計算采用中國建筑科學研究院編制的PKPM系列一STS、SATWE多層版建筑結構分析與設計軟件。計算模型的建

4、立取標高0.500（基礎杯口）以上部分作為研究對象。3.2結構信息：抗震設防表1抗震設防信息類別取值依據結構安全等級二級建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準設計使用年限50年建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準場地土類別H類都江堰市土橋小學場地巖土工程勘察報告抗震設防分類乙類建筑工程抗震設防分類標準多遇地震下的阻尼比0.035建筑抗震設計規(guī)范（2008年版）罕遇地震下的阻尼比0.050建筑抗震設計規(guī)范（2008年版）抗震設防烈度8度建筑抗震設計規(guī)范（2008年版）設計基本地震加速度0.20g建筑抗震設計規(guī)范（2008年版）設計地震分組第二組建筑抗震設計規(guī)范（2008年版）特征周期Tg0.40s建筑抗震設計規(guī)范（2

5、008年版）抗震措施9度建筑抗震設計規(guī)范（2008年版）息振型組合方法CQC耦聯安全等級為二級計算振型數9多遇地震水平地震影響系數最大值0.16建筑抗震設計規(guī)范（2008年版）罕遇地震水平地震影響系數最大值0.90活荷質量折減系數0.50周期折減系數計算結果及分析331結構的總質量活載產生的總質量：101.043恒載產生的總質量：1394.673結構的總質量：1495.717結構動力特性振型號周期轉角平動系數（X+Y）扭轉系數備注（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，第二振型模態(tài)為Y向平動，第三振型模態(tài)為扭轉振型。扭轉振型周期與

6、第一平動振型周期之比為0.627,小于0.9,滿足規(guī)范相關規(guī)定。(2)有效質量參與系數本文對結構選取9個振型參與組合時對應的有效質量參與系數如下：X方向的有效質量系數：98.41%;Y方向的有效質量系數：91.79%;滿足抗震規(guī)范條文說明中規(guī)定的：振型個數一般可以取振型參與質量達到總質量的90%所需的振型數”。各層側移剛度及層剛度比從計算結果中看出，X、Y方向本層側移剛度與上一層相應側移剛度70%的比值或上三層平均側移剛度80%的比值中較小值為:1.11,p均小于1/300,滿足規(guī)范要求。本結構最大層間位移比，X方向為:1.41,Y方向為:1.17,均滿足規(guī)范規(guī)定要求小于1.5。4設計細節(jié)4.

7、1柱腳選用固接。采用插入式柱腳，為增強柱腳錨固，柱子插入基礎杯口部分加焊栓釘。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樓板設計：樓板為壓型鋼板非組合樓板，由于教學樓的耐火等級為二級，樓板為不燃燒體，耐火極限為1.0h,如果壓型鋼板參與結構計算，形成組合樓板，則須對其進行防火處理，噴涂防火涂料，涂層厚度1.0伽,涂料理論用量為：1.61.7kg/川，折合造價為：91元/，壓型鋼板折合造價為：98元/，兩者差距不大，而且非組合樓板增加安全系數，縮短施工周期。4.5屋面設計：本工程屋面大部分為覆彩鋼坡屋面，坡度21.8當地學校建筑大多以坡屋面為主，上鋪水泥瓦。在“5.12地震

8、時，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”風格，本設計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，同時減輕屋面自重，有利于抗震。5結論“5.12汶川大地震災后重建項目一土橋小學目前已設計、施工完成，并成功投入使用。該項目對震后重建中針對8度抗震設防要求，如何選擇結構形式進行了有益的探討，并成為鋼框架結構在災后重建中優(yōu)于混凝土框架結構的一個很好的實例證明。5.1從用鋼量上比較：土橋小學教學樓（鋼框架結構），建筑面積1303，總用鋼量137.455t,折合用鋼量105kk/rf;同等建設規(guī)模的土橋小學實驗樓采用鋼筋混凝土框架結構，用鋼量為105kk/rf。5.2從建設速度比較：土橋小學教學樓比土橋小學實驗樓建設速度要快50%，節(jié)省了很多時間成本，全部