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工业厂房“塔式结构”设计及构造的心得(2)

来源:林业科技情报 作者:赵巍,黄树强
发布于:2017-06-28 共4095字
 5 工程实例二

      ( 1) 工程概况; 单层厂房采用 24m 跨门式钢架,柱顶标高 7. 500m,内设办公区,冲洗区,食堂及 “工业高层塔”.塔总高度为 26. 2m,共 5 层( 不 含 夹 层 ) . 局 部 楼 层 ( 标 高 为 6. 400m,10. 70m) 开设的洞口较大。部分面荷载为 3 - 7T /m2,线荷载为 2. 5 ~20T/m.
  
  ( 2) 整体计算; “塔”在整个厂房中占地面积较小,横纵两个方向的柱跨数都不多,所以其建筑物的抗震能力不是很强,故框架柱的截面尺寸设计并非 按 其 轴 压 所 确 定。该 工 程 柱 截 面 尺 寸 取800X800 及 850X850 两种,而最大轴压仅为 0. 22.建筑物的抗震分析不是太难,故阵型组合数值取 12~ 15 即可; 塔内的填充墙体不是很多,但层高较高,填充墙内每 3 ~5m 设 200X200 的构造柱,墙沿水平方向设200X300 梁以形成局部框架 ( 但应该注意的是; 所新设的梁与框架柱之间连接设成铰接) ,所以在进行整体计算时,结构周期的折减系数宜取0. 7 ~ 0. 8 之间进行验算。此外尚应注意的是; 填充墙是不可以采用120 承重砌块的 ( 此虽非承重结构,但属于刚性结构) ,因为其抗震变形与框架主体相差较大,影响 “塔”整体计算的结果。
  
  ( 3) 使结构体系接近 “强柱弱梁”,软件设计中的 “梁设计弯矩放大系数”和 “梁活荷放大系数”皆不可加大。适当减少梁的刚度-因为软件设计时的框架梁是不考虑现浇楼板作为梁的受压翼缘的,此难反应梁的真实性能。尽量减少柱端的梁对框架柱的约束,使在地震时梁端首先出现塑性铰,可以出现较大的塑性变形 ( 其塑性铰可出现在梁端,但应绝对避免塑性铰出现在柱底部) ,产生一定的变形,用以耗散地震能量; 800X800 的柱作为下一道抗震防线-体积配箍率不小于 2. 0%,纵向钢筋含量宜适中,配筋不宜过大,箍筋采用复合井字箍,形成核芯柱,当柱出现弯裂缝,特别是剪切裂缝时,构造所形成的核芯柱可以有效的减少柱的压缩,特别是建筑物中框架柱的截面尺寸皆较大,大部接近于 “短柱”,如此措施可保证柱的外形和截面承载力,使其具有较好的延性,有利于提高其变形能力。
  
  ( 4) 要有目的地加大框架梁柱 ( 特别是底层框架柱) 的剪力设计值,防止梁,柱底部在弯矩屈服前出现剪切破坏,实现 “强剪弱弯”,满足各构件的延性,增加其塑性变形能力,防止其脆性破坏。尤其建筑体系中的角柱,易受双向地震力的作用,扭转效应对内力影响较大,震害相对严重,在设计中 -内力计算按两个主轴方向分别考虑地震的作用。弯矩设计值,尤其是剪力设计值予以适当的加大。
  
  ( 5) 高层工业塔中部分设备是贯通几个楼层的,不仅每个楼层所受荷载相差过大,而且部分楼层板所开设的洞口也过大,单个层高之间亦不相同。如此在强水平力 ( 地震力) 作用下,整个结构的抗侧位移刚度严重不规则,宜于某层产生较大的强行位移,形成薄弱层 ( 刚度变化不符合高规3. 5. 2 条要求的楼层; 承载力不符合高规 3. 5. 3 条要求的楼层) ,威胁整个建筑物的抗震能力,故在每层刚度调整中,层与层上下间的刚度差不宜大于30% ,同时在软件分析中,可人为将 “认为” 是薄弱层的楼层的地震剪力放大 1. 15 倍,同时对结构进行强塑性变形验算。所得数据满足 ( 抗规)中 3. 4 章 ( 建筑设计和建筑结构的规则性) 的各项要求。另外在软件的整体计算中应步入楼梯,从设计上可考虑减少楼梯刚度对整体结构的影响。楼梯不宜作成折梁或折板,避免其在地震作用下产生的拉、压力对框架柱造成影响。
  
  ( 6) 框架梁及所受荷载较大的环形梁 ( 线荷20T / m) 截面宽度不宜小于 400mm,配置 4 肢箍筋,次梁的截面尺寸也不宜小于 300mm,适当的加大梁跨中的计算钢筋 ( 1. 1 ~ 1. 15 倍) ,同时相应减少梁支座处的钢筋含量,配置抗拉强度高的钢筋,提高混凝土的标号 ( 不小 C40) ,使得框架梁在抗震设计中达到 “强剪弱弯”的效果。部分梁柱平面图详见图 2.
  

  图二。  

  ( 7) 在本设计中,各构件 ( 框架梁柱,特别是底层框架柱) 的刚度及配筋都较大。故难以实现 “强节点弱构件”的结构体系。但节点核心区是保证框架承载力和抗倒塌能力的关键部位,其受力复杂,易发生非延性破坏,引起与节点相连接的各构件破坏,所以在设计中节点区通过构造措施有所加强 ( 具体表现在梁柱钢筋的相互锚固) ,并按三级抗震等级进行抗震受剪承载力的验算。注明;其节点核心区承载力的验算并非 ( 高规) 规定,而应按 ( 混凝土结构设计规范) GB50010 的有关规定执行。规范对顶层和中间层节点核心区取值是按不同计算公式的。软件分析结构 “高层塔”框架梁柱中间层节点,顶层节点在地震力,风荷载等水平力反复作用下,都会产生位移,造成梁柱节点内钢筋发生滑移现象。分析结构表明,顶层节点的延性需求比中间层节点较小; 顶层的震害比其他楼层的震害要轻,故中间层梁柱节点处梁内上部钢筋的锚入柱内应有所加大。
  
  6 结束语

    综上所述,就是通过近几年的两个亲自参与的工程实例与相应规范要求,得出的作为工业厂房中的 “塔式结构”设计及构造的一些体会,可供同行参考。

作者单位:
原文出处:]赵巍,黄树强. 工业高层塔设计后的一些体会[J]. 林业科技情报,2017,(01):62-65.
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