單層鋼筋混凝土柱廠房抗震設(shè)計(jì)實(shí)例

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上單層鋼筋混凝土柱廠房抗震設(shè)計(jì)實(shí)例（等高雙跨廠房）一、 抗震設(shè)計(jì)有關(guān)資料及驗(yàn)算要求工程項(xiàng)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(zhǎng)度66m，兩端有山墻，廠房每跨設(shè)有兩臺(tái)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(qiáng)度等級(jí)為C20；屋蓋采用大型屋面板、折線形屋架，屋蓋恒載標(biāo)準(zhǔn)值為，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值；圍護(hù)墻采用240mm厚磚砌體貼砌于柱，材料強(qiáng)度等級(jí)：磚，砂漿，圍護(hù)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(tái)吊車橋架重186kN，該重力壓在一根柱上牛腿的反力經(jīng)計(jì)算為61.6kN；柱間支撐布置及支撐截面詳見圖6-20；設(shè)防烈度8度，遠(yuǎn)震，類場(chǎng)地；試對(duì)該廠房進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。二、 荷載計(jì)算單層工業(yè)廠房橫向與縱向抗震計(jì)算中都涉及到很多重力荷載的計(jì)算，下面根據(jù)各構(gòu)件的材料與尺寸提供出所需的各種荷載。1 橫向計(jì)算所需荷載橫向計(jì)算取一榀排架（范圍為36m×6m）進(jìn)行，由于等高可化為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)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(chǔ)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(gè)柱距范圍內(nèi)） 圍護(hù)墻重量（一個(gè)柱距范圍內(nèi)） （3） 屋蓋重量（一個(gè)柱距范圍內(nèi)） （4） 雪荷載（一個(gè)柱距范圍內(nèi)） （5） 吊車梁重量（兩跨4根） 2 縱向計(jì)算所需荷載縱向計(jì)算按柱列進(jìn)行。由于對(duì)稱A柱列與C柱列相同，其負(fù)載范圍66m×9m，中間B柱列負(fù)載范圍66m×18m。（1）A、C柱列計(jì)算所需荷載柱自重（12根邊柱） 檐墻重量（見圖3） 圍護(hù)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(jì)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(jì)算1 計(jì)算簡(jiǎn)圖與排架的側(cè)移計(jì)算本實(shí)例橫向抗震計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖5所示，靜力分析為兩跨等高排架，動(dòng)力分析按單質(zhì)點(diǎn)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(dú)立柱頂側(cè)移利用公式（6-2）計(jì)算獨(dú)立柱頂側(cè)移 （4） 單位力作用下排架橫梁內(nèi)力、與排架頂點(diǎn)側(cè)移利用公式（6-6），算得 利用公式（6-5），算得 2、質(zhì)點(diǎn)等效集中重力荷載的計(jì)算（1） 計(jì)算自振周期時(shí)： （2） 計(jì)算水平地震作用時(shí)： 3、 排架橫向自振周期的計(jì)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(jì)算根據(jù)本實(shí)例所給條件，設(shè)防烈度8度、類場(chǎng)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(jìn)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(biāo)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(duì)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(jì)算得到。一般排架靜力計(jì)算時(shí)可先將如圖8所示結(jié)構(gòu)（柱頂無側(cè)移）彎矩圖作出（此處計(jì)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(guān)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(yīng)當(dāng)指出，圖10的結(jié)果變力學(xué)意義而言是正確的，但對(duì)于吊車噸位不大(<30t)的結(jié)構(gòu)，其結(jié)果實(shí)用價(jià)值不大，因?yàn)樵诳v向66m長(zhǎng)的廠房中橫向地震時(shí)，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(dòng)（此時(shí)并未考慮的影響）的。因此圖8的彎矩圖更接近實(shí)際結(jié)果。這樣本實(shí)例將最終以它的結(jié)果為準(zhǔn)。5、平面排架橫向水平地震作用效應(yīng)的調(diào)整 由于本實(shí)例設(shè)防烈度為8度，廠房單元屋蓋長(zhǎng)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(yīng)條件，因此平面排架考慮窨工作及扭轉(zhuǎn)及扭轉(zhuǎn)影響的內(nèi)力調(diào)整可按公式（6-23）進(jìn)行，其中系數(shù)可按表6-2采用。本實(shí)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(zhǎng)度為66mm，查表6-2，。調(diào)整后的彎矩圖與剪力圖見圖11，其中 吊車梁頂面標(biāo)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(yīng)乘以表6-4的增大系數(shù) 本實(shí)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(yàn)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(yàn)算應(yīng)按下式進(jìn)行： （6-49） 作為截面設(shè)計(jì)可直接彩

8、的相當(dāng)內(nèi)力應(yīng)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(shí)還應(yīng)加相應(yīng)的內(nèi)力）； 水平地震作用引起的內(nèi)力；承載力抗震調(diào)整系數(shù)。下面A柱截面為例給出組合結(jié)果。由本實(shí)例的靜力計(jì)算（見參考文獻(xiàn)）結(jié)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(jì)算 故需考慮縱向彎曲的影響。 本實(shí)例未考慮抗震設(shè)防要求時(shí)，該截面最不利荷載組合為永久荷載與風(fēng)（基本風(fēng)壓）的組合，最終內(nèi)力為 按此內(nèi)力配筋為，與考慮抗震結(jié)果十分靠近。如果計(jì)算軸力時(shí)，豎向荷載的分項(xiàng)系數(shù)取1（而不是1.2），則，重新配筋計(jì)算得到。結(jié)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(shí)例配筋應(yīng)由靜力計(jì)算配筋改為，。7、彈塑性變形驗(yàn)算第一章有關(guān)彈塑性變形一節(jié)曾指出，設(shè)防烈度8度的、類場(chǎng)地和，以及設(shè)防烈度9度時(shí)高大的單層鋼筋混凝土柱廠房應(yīng)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)第二階段的內(nèi)容，或者說驗(yàn)算大震是否會(huì)倒塌的問題。驗(yàn)算的薄弱部位指上柱，本實(shí)例雖為設(shè)防烈度8度的類場(chǎng)地，但屬于遠(yuǎn)震，其特征周期與類場(chǎng)地近震相等，均為，為保證安全也應(yīng)進(jìn)行該項(xiàng)驗(yàn)算。還應(yīng)指出，所謂高大的單廠一般指：按平面排架計(jì)算時(shí)基本周期的廠房。本實(shí)例周期，很接近這一限值。本實(shí)例A、C上柱截面最小，故驗(yàn)算訪柱。與此柱有關(guān)的彈性階段設(shè)計(jì)（或第一階段設(shè)計(jì)）主要結(jié)果如下：柱高彎矩（標(biāo)準(zhǔn)值）（取自圖6a）剪力（標(biāo)

10、準(zhǔn)值）（取自值6b）軸力（豎向荷載引起的軸力標(biāo)準(zhǔn)值，取自靜力計(jì)算結(jié)果）。罕遇地震作用下的有關(guān)值計(jì)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(shè)防烈度為8度時(shí)）。上柱彈性位移 排架柱實(shí)際正截面受彎承載力的計(jì)算，配筋取靜力分析結(jié)果， 屈服強(qiáng)度系數(shù) 由表1-9確定彈塑性位移增大系數(shù)，當(dāng)，增大系數(shù) 上柱彈塑性位移 驗(yàn)算 滿足大震不倒要求。四、 縱向抗震計(jì)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(jìn)行縱向抗震計(jì)算時(shí)，可將屋蓋在縱向視為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)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(jìn)行內(nèi)力計(jì)算與各種抗震驗(yàn)算。1 柱列剛度計(jì)算（1） 柱子剛度計(jì)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(jì)算柱間支撐布置圖如圖4所示，結(jié)構(gòu)尺寸簡(jiǎn)圖見圖12（取自標(biāo)準(zhǔn)圖集）。1） 邊柱列上柱支撐： 90×6（三道），截面面積，回轉(zhuǎn)半徑斜桿長(zhǎng)度，支撐斜桿的計(jì)算長(zhǎng)度，平面內(nèi)，長(zhǎng)細(xì)比（構(gòu)造要求），平面外取，長(zhǎng)細(xì)比。查設(shè)計(jì)手冊(cè)與相應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)。下柱支撐：2 100×

12、63×6（一道），截面面積，回轉(zhuǎn)半徑，斜桿長(zhǎng)度支撐斜桿的計(jì)算長(zhǎng)度，長(zhǎng)細(xì)比（構(gòu)造要求），相應(yīng)穩(wěn)定系數(shù)。A、 C柱列支撐頂部側(cè)移可采用式（6-28）計(jì)算，得到B、 C柱列支撐頂部剛度可通過公式（6-29）計(jì)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(zhuǎn)半徑，斜桿長(zhǎng)度，支撐斜桿的計(jì)算長(zhǎng)度，長(zhǎng)細(xì)比（構(gòu)造要求），相應(yīng)穩(wěn)定系數(shù)。B柱列支撐頂部側(cè)移為B柱列支撐頂部剛度為 （3） 圍護(hù)磚墻側(cè)移剛度計(jì)算本實(shí)例磚的強(qiáng)度等級(jí)，砂漿的強(qiáng)度等級(jí)M2.5，查表6-5，砌體的彈性模量，。由于圍護(hù)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(jìn)行計(jì)算，計(jì)算過程見表6-9圍護(hù)墻的最終剛度（利用表6-9的結(jié)果） （4） 各柱列剛度計(jì)算結(jié)果A、 C柱列柱頂剛度均為 圍護(hù)磚墻剛度計(jì)算 表6-9序號(hào)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(gè)柱列總剛度之和 在進(jìn)行地震力分配時(shí)，磚墻剛度應(yīng)乘以折減系數(shù)，此時(shí) 2 柱

14、列等效集中重力荷載的計(jì)算柱列等效集中重力荷載（計(jì)算周期時(shí)）采用公式（6-36）計(jì)算 柱列等效集中重力荷載（計(jì)算水平地震作用時(shí)）采用公式（6-37）計(jì)算 各柱列等效集中到吊車梁頂標(biāo)高處的重力荷載代表值按式（6-38）計(jì)算 3 廠房縱向自振周期的計(jì)算將有關(guān)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(yàn)公式（6-40） 仍取4 廠房縱向水平地震作用的計(jì)算利用公式（6-24）計(jì)算各柱列縱向水平地震作用時(shí)，首先計(jì)算出各柱列的修正剛度A、 C柱列圍護(hù)墻影響系數(shù)，根據(jù)條件：2400mm墻、設(shè)防烈度8度、邊柱列，?。恢g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(zhǎng)細(xì)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(biāo)高處的縱向水平地震作用可按公式（6-43）算出 5 柱列各構(gòu)件分擔(dān)的水平地震作用計(jì)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(hù)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(hù)墻承擔(dān)了縱向絕大部分的水平地震力（柱承擔(dān)很少），因此應(yīng)對(duì)這兩類構(gòu)件進(jìn)行抗震驗(yàn)算。6 柱間支撐的抗震驗(yàn)算驗(yàn)算采用公式（6-4

16、8），即（1） 邊柱列上柱支撐：斜桿長(zhǎng)度，支撐寬度，截面面積，壓桿穩(wěn)定系數(shù)，長(zhǎng)細(xì)比，壓桿卸載系數(shù)。取0.54，地震剪力設(shè)計(jì)值（見圖13a） 鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，對(duì)于單角連接的單角鋼應(yīng)乘以0.85的折減系數(shù)，因此 公式中的承載力抗震調(diào)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(jì)算結(jié)果表明，中柱列下柱支撐抗震強(qiáng)度不滿足。在修改設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)圖集選取的，其條件是設(shè)防烈度8度、類場(chǎng)地土，本實(shí)例雖然是設(shè)防烈度8度的類場(chǎng)地，但取的是遠(yuǎn)震，其場(chǎng)地特征周期為0.4s，如取近震則為0.3s，兩者之差對(duì)地震力的影響為，如將。此結(jié)果表明標(biāo)準(zhǔn)圖集對(duì)新規(guī)范仍基本適用，但應(yīng)注意近、遠(yuǎn)震之不同。選中柱列下柱支撐截面為2 ，如仍?。▏?yán)格要求，由于支撐剛度的改變，縱向計(jì)算所有數(shù)值結(jié)果都要發(fā)