单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计实例

1、精选优质文档-倾情为你奉上单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计实例（等高双跨厂房）一、 抗震设计有关资料及验算要求工程项目为某地区冷加工车间。该车间为两跨等高钢筋混凝土柱单层厂房，其平面与剖面图示于图1。柱距6m，厂房长度66m，两端有山墙，厂房每跨设有两台吊车；柱截面：边柱上柱为正方形400mm×400mm中柱上柱为矩形400mm×600mm,边柱与中柱下柱均为字形400mm×700mm柱的尺寸详见图2；柱的混凝土强度等级为C20；屋盖采用大型屋面板、折线形屋架，屋盖恒载标准值为，雪荷载标准值；围护墙采用240mm厚砖砌体贴砌于柱，材料强度等级：砖，砂浆，围护墙开洞尺寸

2、详见图3；钢筋混凝土吊车梁每根重28.2kN,一台吊车桥架重186kN，该重力压在一根柱上牛腿的反力经计算为61.6kN；柱间支撑布置及支撑截面详见图6-20；设防烈度8度，远震，类场地；试对该厂房进行抗震设计。二、 荷载计算单层工业厂房横向与纵向抗震计算中都涉及到很多重力荷载的计算，下面根据各构件的材料与尺寸提供出所需的各种荷载。1 横向计算所需荷载横向计算取一榀排架（范围为36m×6m）进行，由于等高可化为一个质点体系。（1） 柱的自重（参见图2）图6-17 271页，图6-18A、C 上柱 A、 C下柱（下端至基础顶面）A、 C柱自重 B上柱 B下柱 B 柱自重 排架柱自重 （

3、2） 墙的重量（见图3）檐墙重量（一个柱距范围内） 围护墙重量（一个柱距范围内） （3） 屋盖重量（一个柱距范围内） （4） 雪荷载（一个柱距范围内） （5） 吊车梁重量（两跨4根） 2 纵向计算所需荷载纵向计算按柱列进行。由于对称A柱列与C柱列相同，其负载范围66m×9m，中间B柱列负载范围66m×18m。（1）A、C柱列计算所需荷载柱自重（12根边柱） 檐墙重量（见图3） 围护墙重量（见图3，取底层窗间墙半高以上檐墙以下部分墙体）山墙重量（大门洞口3m× 3.3m） 吊车梁重量（11根） 屋盖重量 雪荷载 （2）B柱列计算荷载柱自重（12根中柱） 山墙重量 吊

4、车梁重量（22根） 屋盖重量 雪荷载 三、 横向抗震计算1 计算简图与排架的侧移计算本实例横向抗震计算简图如图5所示，静力分析为两跨等高排架，动力分析按单质点体系考虑。（1） 单柱惯性矩（2） 由图2所给柱尺寸可算得各柱上、下截面惯性矩（3） 独立柱顶侧移利用公式（6-2）计算独立柱顶侧移 （4） 单位力作用下排架横梁内力、与排架顶点侧移利用公式（6-6），算得 利用公式（6-5），算得 2、质点等效集中重力荷载的计算（1） 计算自振周期时： （2） 计算水平地震作用时： 3、 排架横向自振周期的计算 利用公式（6-16）算出横向自振周期 式中系数因厂房有纵墙故取0.8。4、 横向水平地震作用

5、的计算根据本实例所给条件，设防烈度8度、类场地、近震，以及周期和重力荷载代表值，代入公式（6-19），得到柱顶横向水平地震作用 通过公式（6-6）所算出的系数，可求得作用下排架横梁内力，并进一步得到地震作用下排架的弯矩图与剪力图（见图6-6）。 吊车桥架在吊车梁面标高处（距柱底9.35m）产生的水平地震作用可通过公式（6-22）算出 其对排架的作用如图7所示，这些作用力产生的排架内力可以通过静力计算得到。一般排架静力计算时可先将如图8所示结构（柱顶无侧移）弯矩图作出（此处计算从略），然后将左上端链杆反力（）反作用于排架，如图9所示，再用前面有关公式绘出弯矩图，图8与图9两弯矩图叠加即可得到图8

6、荷载作用下的最后弯矩图（见图10）。不过应当指出，图10的结果变力学意义而言是正确的，但对于吊车吨位不大(<30t)的结构，其结果实用价值不大，因为在纵向66m长的厂房中横向地震时，仅两榀排架（最多4榀）发生水平地震作用，其余无吊车所在的排架是无此力产生的，加上横向山墙与屋面刚性的影响，即使在发生此力的排架中柱顶位移也可近似地视为不动（此时并未考虑的影响）的。因此图8的弯矩图更接近实际结果。这样本实例将最终以它的结果为准。5、平面排架横向水平地震作用效应的调整 由于本实例设防烈度为8度，厂房单元屋盖长度与总跨度之比66/36=1.83<8，山墙厚为240mm且水平开洞面积比<

7、50%，柱顶高度<15m，满足“规范”所提出的相应条件，因此平面排架考虑窨工作及扭转及扭转影响的内力调整可按公式（6-23）进行，其中系数可按表6-2采用。本实例属于钢筋混凝土无檩屋盖，两端有山墙的等高厂房，屋盖长度为66mm，查表6-2，。调整后的弯矩图与剪力图见图11，其中 吊车梁顶面标高处上柱截面（图7中的-截面），由吊车桥架引起的地震剪力和弯矩应乘以表6-4的增大系数 本实例为无檩体系两端山墙，查表得边柱增大系数，中柱为，该截面处的剪力与弯矩为 6、内力组合与截面验算依据抗震内力组合的原则，单层厂房钢筋混凝土柱的内力组合与截面验算应按下式进行： （6-49） 作为截面设计可直接彩

8、的相当内力应按下式采用 （6-50）式中包括屋盖、吊车梁与柱等自重所产生的内力；雪荷载引起的内力（有积灰荷载时还应加相应的内力）； 水平地震作用引起的内力；承载力抗震调整系数。下面A柱截面为例给出组合结果。由本实例的静力计算（见参考文献）结果可得；水平地震作用引起的内力取图11与图8之和，得到 按公式（6-50）组合后，得到 该截面的配筋计算 故需考虑纵向弯曲的影响。 本实例未考虑抗震设防要求时，该截面最不利荷载组合为永久荷载与风（基本风压）的组合，最终内力为 按此内力配筋为，与考虑抗震结果十分靠近。如果计算轴力时，竖向荷载的分项系数取1（而不是1.2），则，重新配筋计算得到。结果表明8度区单

9、厂柱的配筋一般还是受地震控制。本实例配筋应由静力计算配筋改为，。7、弹塑性变形验算第一章有关弹塑性变形一节曾指出，设防烈度8度的、类场地和，以及设防烈度9度时高大的单层钢筋混凝土柱厂房应进行抗震设计第二阶段的内容，或者说验算大震是否会倒塌的问题。验算的薄弱部位指上柱，本实例虽为设防烈度8度的类场地，但属于远震，其特征周期与类场地近震相等，均为，为保证安全也应进行该项验算。还应指出，所谓高大的单厂一般指：按平面排架计算时基本周期的厂房。本实例周期，很接近这一限值。本实例A、C上柱截面最小，故验算访柱。与此柱有关的弹性阶段设计（或第一阶段设计）主要结果如下：柱高弯矩（标准值）（取自图6a）剪力（标

10、准值）（取自值6b）轴力（竖向荷载引起的轴力标准值，取自静力计算结果）。罕遇地震作用下的有关值计算如下：弹性弯矩；弹性剪力。式中0.9/0.16为大震与小震地震影响系数最大值之比（设防烈度为8度时）。上柱弹性位移 排架柱实际正截面受弯承载力的计算，配筋取静力分析结果， 屈服强度系数 由表1-9确定弹塑性位移增大系数，当，增大系数 上柱弹塑性位移 验算 满足大震不倒要求。四、 纵向抗震计算（修正刚度法）具有钢筋混凝土屋盖的单层等高多跨钢筋混凝土柱厂房采用修正刚度法进行纵向抗震计算时，可将屋盖在纵向视为一个质点体系，集中各柱列的等效重力荷载为统一的重力荷载，集中各柱列的刚度为统一的总刚度，然后求出

11、统一的周期和水平地震作用，并按修正后的柱列刚度将水平地震作用分配到各柱列，然后可进行内力计算与各种抗震验算。1 柱列刚度计算（1） 柱子刚度计算由图6-18所给柱尺寸可算得各柱上、下截面沿纵向的惯性矩 利用公式（6-27）可算出各柱列所有柱柱顶刚度之和。 上式中、分别为A、B、C柱列所有柱柱顶刚度总和。（2） 柱间支撑的刚度计算柱间支撑布置图如图4所示，结构尺寸简图见图12（取自标准图集）。1） 边柱列上柱支撑： 90×6（三道），截面面积，回转半径斜杆长度，支撑斜杆的计算长度，平面内，长细比（构造要求），平面外取，长细比。查设计手册与相应的稳定系数。下柱支撑：2 100×

12、63×6（一道），截面面积，回转半径，斜杆长度支撑斜杆的计算长度，长细比（构造要求），相应稳定系数。A、 C柱列支撑顶部侧移可采用式（6-28）计算，得到B、 C柱列支撑顶部刚度可通过公式（6-29）计算，得到 2） 中柱列（B柱列）上柱支撑与A、C柱列相同。，。下柱支撑2 100×63×8（一道），截面面积，回转半径，斜杆长度，支撑斜杆的计算长度，长细比（构造要求），相应稳定系数。B柱列支撑顶部侧移为B柱列支撑顶部刚度为 （3） 围护砖墙侧移刚度计算本实例砖的强度等级，砂浆的强度等级M2.5，查表6-5，砌体的弹性模量，。由于围护砖墙为多洞口墙体（见图3），其刚

13、度可通过公式（6-33）、（6-34）和（6-35）三式进行计算，计算过程见表6-9围护墙的最终刚度（利用表6-9的结果） （4） 各柱列刚度计算结果A、 C柱列柱顶刚度均为 围护砖墙刚度计算 表6-9序号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柱列柱顶刚度为 三个柱列总刚度之和 在进行地震力分配时，砖墙刚度应乘以折减系数，此时 2 柱

14、列等效集中重力荷载的计算柱列等效集中重力荷载（计算周期时）采用公式（6-36）计算 柱列等效集中重力荷载（计算水平地震作用时）采用公式（6-37）计算 各柱列等效集中到吊车梁顶标高处的重力荷载代表值按式（6-38）计算 3 厂房纵向自振周期的计算将有关数据代入公式（6-39），并由表6-6中取周期修正系数，算出厂房纵向周期 采用经验公式（6-40） 仍取4 厂房纵向水平地震作用的计算利用公式（6-24）计算各柱列纵向水平地震作用时，首先计算出各柱列的修正刚度A、 C柱列围护墙影响系数，根据条件：2400mm墙、设防烈度8度、边柱列，取；柱间支撑影响系数。 B柱列加上无檩屋盖与边跨无天窗两条件，

15、；由于中柱列下柱撑斜杆长细比且下柱支撑仅一柱间，故查表6-8得到 地震影响系数 A、 C柱列纵向柱顶水平地震作用 各柱列吊车梁顶标高处的纵向水平地震作用可按公式（6-43）算出 5 柱列各构件分担的水平地震作用计算（1） 边柱列柱顶处水平地震作用，按公式（6-44），柱： 支撑： 砖围护墙： 吊车梁顶处水平地震作用，按公式（6-45），柱： 支撑： （2） 中柱列柱顶处水平地震作用柱： 支撑： 吊车梁顶处水平地震作用柱： 支撑： 各柱列地震力布见图13。由于柱间支撑与砖围护墙承担了纵向绝大部分的水平地震力（柱承担很少），因此应对这两类构件进行抗震验算。6 柱间支撑的抗震验算验算采用公式（6-4

16、8），即（1） 边柱列上柱支撑：斜杆长度，支撑宽度，截面面积，压杆稳定系数，长细比，压杆卸载系数。取0.54，地震剪力设计值（见图13a） 钢材的强度设计值，对于单角连接的单角钢应乘以0.85的折减系数，因此 公式中的承载力抗震调整系数取0.9，代入公式得到 下柱支撑： ，（见图6-29a），代入公式（6-48），得 （2） 中柱列上柱支撑： （见图6-29b），代入公式（6-48），得 下柱支撑：取0.55，（见图13b），代入公式（6-48），得上述计算结果表明，中柱列下柱支撑抗震强度不满足。在修改设计前先作如下说明：支撑的初步选取是依据78抗震规范的标准图集选取的，其条件是设防烈度8度、类场地土，本实例虽然是设防烈度8度的类场地，但取的是远震，其场地特征周期为0.4s，如取近震则为0.3s，两者之差对地震力的影响为，如将。此结果表明标准图集对新规范仍基本适用，但应注意近、远震之不同。选中柱列下柱支撑截面为2 ，如仍取（严格要求，由于支撑刚度的改变，纵向计算所有数值结果都要发