文档介绍：单层钢结构厂房纵向抗震计算方法的探讨
单层钢结构厂房纵向抗震计算方法的探讨
摘要:单层钢结构厂房是工业建筑中应用最广泛的结构形式之一,其抗震设计非常重要,一般来说,厂房的横向抗震较引人关注,但历次震害统计表明,厂房的纵向震害十分严重。
关键词:单层厂房;抗震计算;计算方法
中图分类号:TU391文献标识码: A
单层厂房纵向抗震的结构分析
(一)单层厂房纵向抗震设计
纵向柱列的地震作用力是通过柱顶铰接系杆传递给柱间支撑的,计算表明,柱间支撑承担90%以上的地震作用力,而各柱之和仅承担不足10%的地震作用。
柱间支撑取消后,将梁柱连接的铰节点改变为刚性节点,纵向形成框架结构。由原来的柱间支撑承担地震作用力变为由框架梁柱承担。设计采用预制柱后浇梁,顶制柱甩出梁的上下受力钢筋,并将与梁较接的柱两侧做成25mm深的剪槽,以承担由水平作用产生的剪力,计算表明,采用柱间支撑时,柱子的截面宽度需500mm,才能满足纵向柱列强度与刚度的要求。
将柱子做成带悬挑梁的树状柱,这便能保证框架节点核心区的施工质量。在高烈度地震作用下,能够保证框架梁柱的连续性、抗震性。在罕遇地震作用下,塑性铰首先出现在梁柱安装位置处,这便削减了地震能量,增加了结构的延性,从而满足抗震设计的原则,即“强节点”与“强柱弱梁”的要求。
(二)柱间支撑的分析
1、纵向地震作用通过柱顶系杆传递集中在一道柱间支撑上,这便造成了“应力集中”。震害表明在柱间支撑的斜钢杆与柱的连结部位,柱上多有水平裂缝,严重者斜钢杆会把柱脚剪断,或把柱脚埋件筋拨出,且斜交叉的钢杆出现平面弯曲等严重现象。
2、在计算中,柱与支撑的连结钢埋件的定位筋截面很大,很难满足设计要求。
3、柱间支撑是钢交叉杆与混凝土柱连结而成的组合构件,斜钢杆本身的延性较好,但与混凝土连结的两种材料的节点延性较差,其抗震性能协调不一致。
4、纵向柱列在地震作用下与柱间支撑连接的柱产生附加轴向力,需要较大的基础面积,而不带柱间支撑的柱基础面积,因不产生附加轴向力则不需较大的基础面积,一般情况下(不发生地震时)将造成基底应力不均匀,最终导致沉降不均匀等不合理现象。
(三)纵向框架的分析
纵向柱列采用具有刚性节点连接的框架来代替柱间支撑则是克服上述缺点的有效方法,其优点为:
1、将集中的抗侧力支撑改变为刚度较为均匀、分散的框架,从而避免了“应力集中”。
2、屋面质量在地震作用下可直接传递给各柱列框架,不需由柱顶系杆传递,缩短了传力路径。
3、由于框架梁柱节点为同种材料,延性均匀一致。
4、对于地基基础避免了由于地震作用产生的附加轴力,不存在人为造成的基础沉降不均匀问题。
二、两种计算方法
(一)多质点空间结构分折法
1、力学模型
等高单层厂房在纵向水平地震力作用下的力学分析可采用图1所示的并联多质点系空间结构计算模型。

2、周期与振型
结构自由振动的振幅方程为:
-ω2[m]{x}+[k]{x}=0
式中
ω—多质点系自由振动团频率;
{x}—质点纵向相对位移幅值列向量;
[m]—多质点系的质量矩阵;
[K]—多质点系的总刚度矩阵;
[]—柱列侧移刚度K1所组成的刚度矩阵;
[k]屋盖纵向水平剪切刚度k