抗震计算（精选九篇）
抗震计算 篇1
1 桥梁概况
某高速公路桥梁全长1562.4m,主桥为31.2m+83m+31.2m钢管混凝土桁架式梁拱组合桥,桥梁总体布置及尺寸见图1。
主桥墩结构形式为方柱墩,桩基础,主桥墩具体形式及尺寸如图2所示。
该地区地震动峰值加速度为0.15g。该桥揭露的地层主要为第四系(Q4al+pl)粉质粘土混碎石、碎石等,第四系厚度1.8～2.0m。下伏基岩主要为寒武系崮山组砾屑灰岩、条带状灰岩等。
2 桥墩抗震计算总体思路
总体上,抗震下部计算,要求柱底或柱顶潜在的塑性铰区域在E1作用下满足结构强度要求;在E2的作用下结构可以进入塑性状态,如在E2作用下进入了塑性状态,需对除墩柱以外的其它构件按照能力保护构件验算强度(比如墩柱的抗剪,盖梁、桩基的抗弯及抗剪),同时需验算墩顶位移是否满足规范要求;如在E2作用下结构未进入了塑性工作范围,按照E2作用下的内力设计值对所有构件进行强度验算。拱桥且采用盆式支座应为非规则桥梁,本文为了加强对规范理解,采用规则桥梁简化计算方法对此桥进行计算。
同时应注意验算桥墩在正常使用情况下是否满足受力要求,有些情况下地震力并非结构的控制因素。
具体计算流程如图3:
3 桥墩抗震计算
本次以主墩边柱顺桥向抗震计算为例,对桥墩进行抗震计算,边柱横桥向、中柱顺桥向、中柱横桥向的计算与此类似,本文不再赘述。
(1)地基变形系数的计算
桥墩桩径为1.8m,顺桥向计算时考虑沿受力方向为单排桩,与外力相平行的一排桩的根数为2,根据地质资料计算得到桩基的变形系数α=0.546。
(2)基础出口刚度的计算
根据上步中的桩基变形系数,计算出基础出口刚度KPP=3.41×106 (kN/m)、KPM=-5.77×106(kN/rad)、KMM=3.92×107(kN·m/rad),注意在计算过程中应对桩基的抗弯刚度EI进行折减,折减系数0.8。
(3)桥墩柱顶顺桥向抗推刚度及地震水平力E1的计算
根据基础的出口刚度并考虑墩柱的刚度,计算得到墩柱顶面的抗推刚度KS=3.41×106(kN/m)。注意在计算过程中应对墩柱的抗弯刚度EI进行折减,折减系数0.8。
支座顶面换算质点重力Gt=12520(kN),计算得到桥墩的基本周期T1=0.81(s)。按照规范及地质条件得到特征周期Tg=0.25(s),从而得到水平设计加速度反应谱S=0.469(m/s2)。
得到E1作用下的水平地震力P=587.2(kN),弯矩M=(5872kN·m)。
(4)正常使用条件下桥墩顺桥水平力及弯矩计算
考虑上部拱的风载、整体降温、收缩、制动力、支座摩阻力等,以及桥墩的整体刚度计算得到正常使用情况下作用于墩顶的水平力为720kN,弯矩为7200kN·m(支座摩阻力控制)。
(5)第一阶段构件强度及裂缝验算
需要验算:地震力E1作用下,柱底的强度;除地震力组合外的其它荷载组合作用下的构件强度和裂缝。
①由于支座摩阻力720kN>水平地震力587.2kN,故无需验算E1作用下的柱底强度。
②柱底裂缝验算:支座摩阻力在短期及长期组合中系数均为1,则柱底弯矩为7200kN·m。取用20根Φ32钢筋,裂缝宽度0.153mm。
③柱底强度计算:验算支座摩阻力作用下的强度, NR = 2.41×104kN≥Nj =1.43×104kN,满足要求。
④桩基裂缝验算:考虑群桩基础力的分配,得到桩基弯矩897.7kN·m(此值需乘以桩基最大弯矩修正系数1.232),最小轴向力4913.7kN,桩基计算长度为3.66m,得到裂缝不控制设计,构造配筋即可。
⑤桩基强度计算:未计算,不控制设计。
⑥承台验算:配筋为2层Φ25钢筋,间距10cm,经验算满足要求。
(6)第二阶段构件强度验算(E2作用下)
边柱顺桥向柱底截面在E2作用下弯矩为19961kN·m(计算方法同E1的计算),柱底在恒载轴力作用下的抗震屈服弯矩(材料均采用强度标准值计算而得)为19200kN·m,小于E2作用下的柱底弯矩19961kN·m,因此柱底出现塑性铰,柱顶未出现,柱底按照抗震屈服弯矩19200kN·m来计算除柱底弯矩外的其他构件的强度。
①墩柱抗剪强度验算:
剪力设计值1.2(超强系数)×19200/柱高=2304kN,需配置2肢Φ16箍筋,箍筋间距10cm。
②桩基强度计算:
考虑群桩基础力的分配,从而得到用于桩基强度验算的最不利内力组合M=2815kN·m,N=-214kN,以及用于承台强度验算的最大桩基反力N=16151kN。采用40根Φ28钢筋,抗力为-258kN<-214kN,满足要求。
③承台强度验算:
采用2层Φ28钢筋,满足要求。
(7)墩顶位移验算(E2作用下)
由于柱底进入塑性工作状态,因此需验算桥墩墩顶位移。
按相应的规范计算得到E2作用下的墩顶位移为2.65cm,桥墩容许位移为6.56cm,满足设计要求。
(8)构件配筋最终结果
①墩柱尺寸采用2×2m。
②墩柱配筋顺桥向为双向每侧各20根Φ32钢筋,由墩柱裂缝计算控制设计。
③桩基配筋结果为采用40根Φ28钢筋,由第二阶段能力保护构件的强度计算控制设计。
④承台顺桥向采用2层Φ28钢筋,由第二阶段能力保护构件的强度计算控制设计。
4 设计体会及总结
(1)抗震计算的总体原则是,让塑性铰先坏,在越小力的作用下坏掉越好,从而减小其它能力保护构件的设计弯矩。
(2)遵从以上原则,墩柱的配筋在满足正常使用及E1作用下的受力要求基础上,应尽量减少墩柱主筋配筋率,以降低抗震屈服弯矩设计值。
(3)应采取必要的措施降低水平加速度反应谱S值,从而减小E1、E2地震力作用下的结构受力。采取的措施包括:改变基础出口刚度(例如群桩及单排桩的选择、采用合理桩径等)、采用合理的柱径、支座的选择(盆式支座较刚、橡胶支座较柔)等。
5 结束语
桥梁抗震设计是一项经济性和政策性很强工作,特别在大型桥梁中,采用合理的结构尺寸及配筋对于降低工程造价、增加结构安全性具有极其重要的意义。本文依托工程实例,通过对桥墩进行抗震手工计算,定性地总结出结构抗震设计总体原则、结构配筋的原则以及抗震设计中应主动采取的设计措施等。
摘要：依托工程实例,对桥墩进行抗震计算,不仅可以更深入的理解抗震规范,而且定性地总结出利于结构抗震并且经济可行的结构处理方法。
结构抗震计算方法怎么确定？ 篇2
1、底部剪力法
把地震作用当做等效静力荷载，计算结构最大地震反应→拟静力法，
特点：1、结构计算量最小。
2、忽略了高振型的影响，且对第一振型也作了简化，因此计算精度稍差 ，
2、振型分解反应谱法
利用振型分解原理和反应谱理论进行结构最大地震反应分析，拟动力方法。
特点：1、计算量稍大
2、计算精度较高，计算误差主要来自振型组合时关于地震动随机特性的假定
3、时程分析法
选用一定的地震波，直接输入到所设计的结构，然后对结构的运动平衡微分方程进行数值积分，求得结构在整个地震时程范围内的地震反应。
计算机模拟建筑抗震模块设计 篇3
关键词 计算机模拟技术 抗震设防系数 DirectDraw技术
中图分类号：TP3 文献标识码：A
随着计算机辅助设计技术的发展普及，国内外在计算机建筑设计包括模拟计算、图纸绘制和资料管理等方面的研究和开发有了较大进展。由于社会发展对建筑设计的效率和质量要求的不断提高，近十年来逐渐提出集成化建筑设计系统（IBDS）的概念。各种高性能计算机正以其强大的运算能力被广泛应用于各种领域，其中对自然界的物理现象和自然规律进行仿真是主要应用之一。
建筑施工要考虑的因素很多，其中就包括水波对建筑物的影响。所以对水波在计算机中进行事先的模拟技术十分重要，它可以大大提高建筑安全设计的效率。笔者希望通过对真实水波的产生、扩散、衰减以及多个水波的交迭过程的计算机模拟为例，介绍此类程序的设计思路与解决方法。在程序的实现过程中，为了使仿真的效果更加逼真、处理数据显示的速度更快，使用了DirectX中的DirectDraw技术利用硬件加速器对数据的显示进行加速。通过对计算机仿真模拟技术研究，以及对防振建筑物基本原理和设计过程的研究，从而利用计算机仿真技术来模拟建筑物的构造过程。所制作的计算机模拟仿真环境，要实现根据建筑物所提供的数据来构造建筑物的雏形，并连接相关的工程造价软件，对所设计的建筑物进行预算评价，從中计算出合理的预算价格。系统通过模拟震动环境，把已经构造好的建筑物放到模仿真实地震的环境中，通过对建筑物材料、结构等多方面的数据测算，来实现检查所设计的建筑物是否能满足设计的要求。
在计算机模拟所应具备如下几个模块：
首先，光折射模拟，虽然模拟了对波的传播过程，但如不考虑起伏的水波对光的折射也是不逼真的。根据光学有关知识，将水下的景物存在的偏移程度同水波的斜率、水的折射率和水的深度进行精确的模拟，做线性的近似处理。我们可以近似地用水面上某点的前后、左右两点的波幅之差来代表所看到的水底景物的偏移量：通过循环来计算每次产生数据的偏移量
xoff = buf1[k-1]-buf1[k+1]；
yoff = buf1[k-BACKWIDTH]-buf1[k+BACKWIDTH]；
int pos1， pos2； pos1=ddsd1.
lPitch*（i+yoff）+ depth*（j+xoff）；
pos2=ddsd2.lPitch*i+ depth*j；
其次，生成波源，在无外力影响的情况下，水平面是不会自发产生水波的，必须对水平面施加某种波源才能引起震动波的扩散。扩散的速度与范围同波源的能量大小与受力范围有关。通过在程序中修改振幅缓冲区buf，来模拟外力的加入。在着力点产生一个负的“尖脉冲”，即让buf[x，y]=-n。当系数n的取值范围在32至128之间对建筑物的影响较小。受力半径是以着力点为圆心，圆里所有的点产生一个负的“尖脉冲”。
利用if （（x+stonesize）>BACKWIDTH ||y+stonesize）>BACKHEIGHT||（x-stonesiz
e）<0||（y-stonesize）<0）语句判断着力点的方位以做出不同波源对建筑物所产生的作用，从而对所设计的建筑物以及构筑物等做出相应的修改。
第三，震动波模拟，这种用数据缓冲区对图像进行处理的方法其最大的好处就是：程序运算和显示的速度与水波的复杂程度无关，用类似的方法完全可以对其他一些物理和自然现象。
第四，结构模块单元开裂处理模拟设计，判断开裂的出现通常有两个准则：最大拉应力准则，认为当最大拉应力超过某一极限时裂缝出现：最大拉应变准则，认为当最大拉应变超过某一极限时出现裂缝。Kupfer等人的实验表明，最大拉应力准则比较接近实验结果，因此一般的工程计算中，可采用最大拉应力准则。
混凝土的裂缝模式主要有：离散裂缝模式（Discrete cracking model）和分布裂缝模式（Smeared cracking model）。裂缝模式的选择应根据分析研究的目的来确定，如果只需要了解结构构件总的荷载一位移性能时，选择分布裂缝模式比较好，如果要了解构件实际的裂缝形态和详细的局部性能，则采用离散裂缝模式比较好。
最后，加速显示模块设计，由于动画对处理速度要求比较严格，所以要竭尽所能来提高数据的处理速度。采用DirectX中的DirectDraw技术来对图形进行加速处理，它在提供直接访问显示设备的同时，与GDI相兼容，提供了一种与设备无关的途径，以访问特定的显示设备的某些高级特性。
通过实验得出的仿真结果可以得知，当材料采用低强度钢筋混凝土结构时，建筑结构体系的抗震系数就会很低，直接影响建筑物的安全性能。还有当结构支撑节点所受到外部荷载很大时，结构的安全系数也会随之降低或减弱。所以应在关键部位做特殊处理，如选用高强度的抗震材料，或提高结构应力受力面积等，从而减少其节点偏心位移，提前验证并修改所设计的建筑构筑物中存在的不安全节点，大大减少不必要的损失及降低有效成本。
参考文献
[1] 郭九苓.模拟仿真关键技术研究[J].中国远程教育，2005（9）.
[2] 陈华.建筑抗震系统研究[D].上海：华东师范大学教育信息技术学系，2006.
油罐的抗震计算与措施 篇4
1 地震对油罐的破坏类型
综合国内外历次地震中油罐受到的破坏, 可将其破坏的类型归为以下几种:1) 罐底板最下一层局部外凸。这是最常见的一种破坏形式。2) 罐壁与罐底间角焊缝开裂。这种破坏形式也很多。3) 罐壁板最下一层沿圆周形成圆环状突出。这种现象又称为象足。4) 对于浮顶罐而言, 在液位较高的情况下, 由于地震时液面剧烈晃动, 浮顶导向杆会失效, 扶梯遭到破坏, 浮顶也因来回碰撞而最终沉没。5) 油罐基础液化、滑坡等造成油罐局部或全体下沉。6) 与油罐相连的管道或其他设备由于地震有相对位移, 而造成破坏。
2 地震中油罐的受力情况
承装储液的储罐, 在地震力的作用下水平方向会发生两种震动:1) 储液和储罐耦联振动, 其基本周期在0.1~0.5s的范围内, 是罐体及与其共同运动的一部分储液在地震时产生的冲击荷载;2) 储液晃动, 其基本周期在3~14s的范围内, 为在地震时地震波中的长周期成分与储液产生共振而引起的晃动荷载。地震时, 水平方向的地震力对罐底会产生倾倒力矩, 在其作用下, 罐壁一侧受拉, 一侧受压, 储罐受压侧会产生压应力, 但储罐实际是浮放于环梁基础上的, 在地震作用下, 会产生翘离, 从而使受压侧罐壁迅速产生更大的压应力, 当压应力超过其失稳临界压应力值时, 罐壁屈曲, 造成罐底板最下一层局部外凸, 当局部变形超过一定限度时, 就会引发焊缝开裂, 从而导致无法阻挡油品外泄。一旦着火, 就会酿成灾难性的事故。
3 油罐的抗震设计计算
地震对油罐的破坏非常严重, 因此在油罐的设计阶段就要做好油罐的抗震计算工作。在地震设防地区建造油罐, 可以按G B 50341—2014《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》的要求对罐壁进行抗震验算;
3.1 设计准则
1) 罐壁轴向压应力应小于许用应力。2) 固定顶油罐和浮顶油罐的设计最高液位到罐壁上沿的距离应不大于液面晃动波高。3) 内浮顶油罐在达到设计最高液位时, 浮顶周边最上缘到罐壁上沿的距离应大于晃动波高。4) 浮顶导向机构的设计应考虑在地震状态下不能被卡住。
3.2 抗震验算
1) 罐壁底部水平地震剪力Q0的计算。Q0=10-6CzαY1m g;m=m1Fr;式中Q0—在水平地震作用下, 罐壁底部的水平剪力 (M N) ;Cz—综合影响系数, 取Cz=0.4;α—地震影响系数;Y1—罐体影响系数, 取Y1=1.10;g—重力加速度, 取g=9.81m/s2;m—产生地震作用的储液等效质量 (kg) ;m1—储罐内储液总量 (kg) ;Fr—冻液系数。
2) 罐壁底部的地震弯矩。M1=0.45Q0HW
6) 罐内液面晃动波高计算与校核。a.罐内液面晃动波高。hv=1.5αηR;hv—罐内液面晃动波高 (m) ;α—地震影响系数;η—罐型系数。b.设计最高液位至罐壁上沿的的距离△h1。△h1=H-HW。c.比较hv与△h1, 当△h1>hv时, 油罐在地震时时安全的。
4 抗震加固措施
除做好进行抗震计算外, 在可采取的如下的具体抗震措施:
1) 对于使用一定年限的油罐 (一般5年左右) 要进行罐壁测厚, 要掌握罐壁的腐蚀情况并做好记录, 采取抗震加固措施, 提前做好抗震预防的工作;2) 临震期间, 尽可能将罐内油品发出去, 减少储油量, 减轻对油罐的静压力, 降低液位, 防止地震时液体对罐体的冲击破坏和溢油;3) 按抗震要求设计防火堤, 临震期间, 关闭防火堤排水阀门, 防止地震时跑油, 减少受灾面积, 减轻损失;4) 油罐的进出油管段由刚性连接改成软连接, 一般加波纹补偿器或金属软管, 或者拆开入口管线;5) 改造油罐阀门室, 将砖围墙钢筋混凝土层盖组成的刚性阀门室改为轻型柔性结构, 并将阀门室与罐壁分开;6) 罐区防火堤要按最不利情况进行设计计算, 通过防火堤的管线, 穿过防火堤处要完全密封并加防渗柔性套管;7) 罐区各罐组的消防通道要保证畅通无阻, 并设回路, 以利于出事故时抢险救灾;8) 罐区不宜设在上风方向、不稳定地段和高陡土坡上, 罐区与其他区域之间要按照防火规定设置隔离带, 并保持一定的防火间距;9) 坚持夜间巡回检查, 加强监视;10) 做好抢险救灾的准备工作。
5 结语
目前地震难以提前预测, 安全生产问题备受世人关注。为了保护人民的生命和财产安全, 不仅要对储罐严格进行抗震验算与设计, 而且平时就要做好罐壁检厚工作, 了解管壁腐蚀情况, 并采取有效地抗震加固措施, 以防地震发生, 因罐壁腐蚀减薄造成灾难。
参考文献
[1]GB 50128—2014.立式圆筒形钢制焊接储罐施工规范.
浅谈新规范桥梁抗震计算 篇5
关键词：高架桥,新规范,抗震计算,注意事项
1 概述
大量的震害现象分析表明:高架桥桥梁震害主要产生于下部结构和支撑连接处, 即使是上部结构破坏的情况, 也往往是由于下部结构的破坏或大变形引起的。
1.1 地震过程中导致高架桥破坏的主要原因
(1) 由于桥梁墩柱不具备足够的延性能力发生弯曲破坏或由于抗剪不足产生剪切破坏;
(2) 由于支座等连接构件不能承受上、下结构间的相对位移, 发生支撑连接失效, 导致梁体坠毁;
(3) 由于桥梁基础失效导致桥梁破坏。
1.2 根据抗震设防原则和能力设计原则
(1) 在多遇地震作用下, 需要验算结构的强度, 要求结构保持弹性;
(2) 在设计地震的作用下, 需要检算支撑连接条件, 保持结构整体工作;
(3) 在罕遇地震作用下, 需要验算延性构件的延性, 以保证充分发挥其延性能力, 而脆性构件和不希望发生塑性变形的构件采用能力设计的方法设计。
通过这种抗震设计方法, 可以最大限度的避免桥梁结构发生脆性破坏 (如墩柱的剪切破坏、桥墩盖梁的破坏) , 而充分发挥延性构件的延性能力, 耗散地震能量。
2 工程实例
本例为庄河至盖州高速公路上狼洞沟高架桥。本计算模型选取其中二联4-40+3-40mT梁, 路基宽度13m。墩柱身高20～45m不等, 薄壁墩, 其中4-40m高墩采用4.0 (宽) ×2.3 (高) m, 其余墩采用4.0 (宽) ×2.0 (高) m, 下部采用2根2.2m桩基。4-40m采用墩梁固结, 3-40m桥墩采用活动盆式支座。该桥揭露的地层主要为填筑土、粉质粘土、砾砂、角砾、卵石、碎石、花岗岩、辉绿岩等。地震动峰值加速度为0.15g。
3 抗震计算
3.1 计算采用Midas空间程序计算
3.2 建模要点
依据空间梁格-杆系理论, 采用Midas/Civil 2006软件进行计算分析, 对结构模型进行加速度反应谱和时程分析计算, 模态组合采用SRSS法。
全桥考虑土-下部结构-上部结构的共同协同工作抵抗纵、横桥向地震作用。真实模拟桩基础, 利用土弹簧模拟桩-土相互作用;根据《公路桥梁抗震设计细则》的6.3.7条, 计算支座刚度。
E2作用下采用反应谱及非线性时程分析, 在固结墩墩底、墩顶设置塑性铰, 在设立支座的墩墩底设置塑性铰。
3.3 地震作用
根据《公路桥梁抗震设计细则》的3.1条, 本桥抗震设防类别为B类。
设防目标:E1地震作用下, 一般不受损坏或不需修复可继续使用;E2地震作用下, 应保证不致倒塌或产生严重结构损伤, 经临时加固后可维持应急交通使用。
桥址所在地抗震设防烈度为Ⅶ度, 场地类型为Ⅱ类, 根据《抗震细则》的9.3.6条规定, 混凝土梁桥、拱桥的阻尼比不宜大于0.05, 因此在这里取阻尼比为0.05。
注:TH-线性或非线性时程计算方法;SM-单振型反应谱或功率谱方法;MN-多振型反应谱或功率谱方法。
按抗震规范6.1.3, 本桥为非规则桥梁, 抗震规范表6.1.4:本桥E1作用采用MM分析计算方法;E2作用采用MM分析计算方法和非线性时程分析方法比较。
3.4 反应谱分析
抗震分析采用多振型反应谱法 (图2、图3) , 水平设计加速度反应谱S由下式 (规范5.2.1) 确定:
3.5 时程方程分析
E2时程分析选取了3组地震时程波, 其中以1952, Taft Lincoln School, 69 Deg (主要周期0.30s) 计算结果最大。所以图4只给出Taft时程分析结果。
3.6 地震作用分析结果
3.6.1 E1地震作用分析结果 (表2)
3.6.2 E2地震作用分析结果
(1) 墩柱有效抗弯刚度计算
在进行桥梁抗震分析时, E1地震作用下, 常规桥梁的所有构件抗弯刚度均按毛截面计算;E2地震作用下, 延性构件的有效截面抗弯刚度应按下式计算, 但其他构件抗弯刚度仍按毛截面计算。
式中:Ec—桥墩的弹性模量 (kN/m2) ;
Ieff—桥墩有效截面抗弯惯性矩 (m4) ;
My—屈服弯矩 (kN·m) ;
φy—等效屈服曲率 (1/m) 。
通过弹塑性分析采用madis程序计算截面屈服弯矩My。
(2) E2地震作用计算结果 (见表3、表4)
通过时程和反应谱分析结果对比, 结果相差在20%以内, 所以认为所选时程曲线符合规范要求。
3.6.3 E2地震作用下能力保护构件计算
根据规范6.8.1条, 在E2地震作用下, 结构未进入塑性工作范围, 桥梁墩柱的剪力设计值、桥梁基础和盖梁的内力设计值直接用E2的计算结果。
由于篇幅有限, 桥墩、桩强度、裂缝验算及E2地震作用下墩柱塑性转动能力验算从略。
3.7 结论
本桥通过验算E1及E2地震作用, 结果均满足抗震要求。
4 抗震计算注意事项
(1) 正常建立结构模型, 对于非规则桥梁, 应至少建立2联计算, 邻联结构和边界条件的影响可以采用桥台模拟。
(2) 基础模拟
①用承台底六个自由度的弹簧刚度模拟桩土相互作用, 竖向刚度、顺桥向和横桥向的抗推刚度、绕竖轴的抗转动刚度和绕两个水平轴的抗转动刚度。
②真实模拟桩基础。利用土弹簧准确模拟土对桩的水平侧向力及竖向摩阻力。一般可以用表征土界质弹性的“M”法。
(3) 将桥面铺装等恒载转化为质量。
(4) 横桥向分析的时候, 应考虑汽车质量的影响, 汽车质量可以按照50%考虑。
(5) 支座采用一般连接, 固定支座输入三向约束刚度, 其他输入双向约束刚度, 按照公路桥梁抗震设计细则6.3.7条计算即可。
(6) 横向分析时, 特征值分析中振型数量应填多点, 以保证在计算方向上获得90%以上的有效质量。
(7) 时程分析时, 所选取的地震波应不小于3组, 主要考虑:频谱特性、有效峰值、持续时间。
5 结束语
随着社会经济的高速发展, 城市防灾问题尤为突出, 桥梁的毁坏使现代化的城市交通网络中断, 造成巨大的经济损失。因此, 在工程设计中如何更加全面、准确的考虑地震对桥梁造成的影响, 采取正确的抗震计算方法以及采取有效的构造措施, 尽可能减少地震所造成的损失, 是桥梁设计者的重要工作内容。然而, 由于地震的复杂性及其不可预测性, 现阶段国内外有关抗震设计的内容有待于进一步探索和完善。我们相信, 通过不断的实践与理论相结合, 不断总结经验教训, 每一个桥梁设计者都能在抗震设计时, 采取有效的措施, 减轻地震给人民和社会带来的危害。
参考文献
[1]范立础.高架桥梁抗震设计[M].人民交通出版社, 2001.
GIS电站抗震计算及支撑设计 篇6
随着社会经济的迅猛发展, 电力系统已成为社会生活的重要内容, 发挥着重要作用, 为国民经济发展做出了重大贡献。然而, 电力系统很容易受到地震等灾害严重破坏, 使社会生活陷入瘫痪状态, 给中国社会经济带来巨大损失。因此, 电力设施的抗震性能对于电力系统的稳定运行具有重要作用。GIS高压电气是电力系统中的关键设备, 但也是抗震性能中较为薄弱的环节。因此, 通过GIS高压电气设备抗震性能分析计算, 优化改进GIS设备支撑设计, 对于电力系统的安全运行具有重要实际意义[1]。
1 GIS高压电气设备优势
变电站主要是变换并调换电压, 并控制电力流向的枢纽, 在电力系统中发挥着重要作用, 也是必不可少的一部分, 为实现电力输送和能源传递做出了重要贡献。而GIS高压电气设备则集中在绝缘气体容器内, 是一种气体绝缘全封闭式组合电气设备。通常情况下, GIS高压电气设备主要由断路器、电流互感器、避雷针等组合而成, 其所有元件均密封于接地金属筒中。因此, GIS高压电气设备具有多种优势, 具体分析如下。
1.1 小型化结构占地面积比较少
通常情况下, 断路器、隔离开关和接地开关及母线封闭在壳体内, 通过SF6气体绝缘, 缩短了绝缘距离, 从而有效减小了GIS高压电气设备的体积, 使电力设备占地面积得到有效减少。
1.2 免受不良环境影响适宜较广范围
由于GIS高压电气设备中的导电部分被封闭在金属筒外壳内, 可以使其免受不良环境影响, 如化学污染、积尘、高寒等, 同时还可以屏蔽电磁和静电, 所以, GIS高压电气设备对于一些复杂恶劣环境, 也比较适用。
1.3 具有较高安全性和可靠性
GIS高压电气设备中的防误闭锁功能比较完善, 可以有效避免其受到污秽影响, 进而有效提高设备运行性能, 使其性能得到可靠性保障。
1.4 具有比较方便的维护过程
由于GIS高压电气设备出现故障的机率比较小, 其主要部件维修间隔在20 a, 由此可见, GIS高压电气设备一旦受损, 其恢复往往比较困难。所以, 这也是它的缺点之一。另外, GIS高压电气设备所需要使用的材料一般比较昂贵, 且工艺要求比较高, 与此同时, 对于GIS高压电气设备维修, 就需要技术人员拥有高超技能, 能够对该设备性能等方面有一个全面了解和掌握[2]。
2 550 k VGIS电站抗震性能计算
2.1 计算目的
通常情况下, 对GIS电站抗震性能进行计算的目的, 不仅是为了设计GIS安全、可靠运行所需的钢结构支架, 还实现了对GIS设备 (母线、支架等) 在各种载荷工况下的强度进行校验, 与此同时, 还能够得到混凝土地基对支架的支反力, 进而使550 k VGIS电站稳定运行。
2.2 计算模型
对于550 k VGIS电站抗震性能计算来说, 其主要内容包括GIS电站中所有部件和钢结构支架。由于GIS电站很容易受到元件和钢结构自重的影响, 因此, 采用ANSYS Mechanical进行支架和元件结构静力学与动力学分析。根据相关要求, 将地震激励在水平方向的强度设为0.2 g, 在竖直方向的强度设为0.1 g, 基于此, 选择相应的地震加速度谱进行动力学分析。
2.3 结论及其检查
根据材料的相关属性, 进而校验普通直管外壳的应力、钢结构支架的应力、钢结构支架的位移和化学螺栓的拉力是否合格。材料的相关属性如表1所示。
根据上述资料得出, 以CM66为规范依据, 最恶劣的工况可定义为1.333P+1.333T+1.5V, 其中静力为P, MPa;T代表热应力, MPa;V代表风载荷, MPa。据此, 对普通直管外壳的应力、钢结构支架的应力、钢结构支架位移和化学螺栓拉力进行校验, 确认其是否合格。a) 对于普通直管外壳的应力来说, 以CM66为规范依据, 它的最大等效应力77.2 MPa, 为屈服应力的96.5%, 而以根据IEEE693-2005规范要求, 其最大等效应力为74.6 MPa, 为屈服应力的93.2%。由此可见, 普通直管外壳的应力符合相关要求。对于钢结构支架的应力而言, 以CM66为规范依据, 它的最大等效应力为197 MPa, 为屈服应力的83.8%, 而以根据IEEE693-2005规范要求, 其最大等效应力为212MPa, 为屈服应力的90.2%。由此可见, 钢结构支架的应力符合相关要求。对于钢结构支架的位移来说, 普通直管的钢支架可能发生的最大位移为58.6 mm, 支架高度为7 300 mm, 根据ASCE规范, 该高度允许的最大位移量为7 300×1/100=73 mm。而空气套筒的钢支架可能发生的最大位移为27.1 mm, 支架高度为7 988 mm, 根据ASCE规范, 该高度允许的最大位移量为7 988 mm×1/200=40 mm, 因此, 钢结构支架的位移符合相关要求。对于化学螺栓的拉力来说, 普通直管的支架所用化学螺栓的最大拉力为设计拉力的98.6%, 它是符合相关要求的, 但空气套筒的支架所用锚栓的最大拉力超过M30锚栓的设计拉力, 不符合相关要求, 因此, 在使用过程中, 建议使用更大锚栓, 或每个支架的脚采用4个螺栓支撑[3]。
3 支撑设计
对于550 k VGIS电站支撑设计方面来说, 它主要体现在自重载荷、热载荷、地震载荷等多个方面。具体分析如下。
3.1 自重载荷
它主要以等效密度或点载荷两种方式。想断路器、直管、钢支架、互感器等都是通过等效密度形式, 对重力载荷的影响进行全面考量。而像绝缘盆子、接地开关等其它设备则主要以等效质量点的形式, 对重力荷载的影响进行全面考量。
3.2 热载荷
它主要体现在低温载荷和高温荷载两方面内容。对于低温载荷来说, 该载荷代表设计参考温度 (20℃) 和最小环境温度 (-20℃) 之间的温差。该载荷适用于所有元件、母线及支架。因此, 该低温载荷为 (-40℃) 。对于高温荷载来说, 该荷载代表设计参考温度 (20℃) 和室外最高环境温度 (40℃) 及日光辐射 (+25℃) 之间的温差, 该载荷适用于所有支架。对于GIS设备, 包括元件和母线等, 同时还需考虑额定电流引起的热效应 (+20℃) , 因此, 室外支架高温载荷为 (+45℃) ;室外元件和母线高温荷载为 (+65℃) 。
3.3 地震载荷
水平方向 (X、Y) 基本加速度0.2 g, 竖直方向 (Z) 基本加速度0.1 g, 相应设计响应谱曲线。该GIS电站阻尼系数以最恶劣工况设定, 阻尼系数为2%。该响应谱将施加在X、Y、Z三个方向, 因此有3个地震载荷工况, 其中, Z方向的谱值为X、Y方向的1/2。
总之, 为保证GIS在最恶劣载荷工况下安全运行, 对各载荷工况组合均从应力和位移两个角度进行分析。从应力角度, 以最大等效应力是否超过材料屈服极限作为标准;从位移角度, 根据所支撑设备的所属种类, 以支架顶部偏移是否超过按ASCE标准计算的最大允许偏移作为评判标准。
4 结语
探讨GIS高压电气设备抗震性能计算具有重要的实际意义。随着抗震减震等相关理论的完善, 现代计算机技术及试验技术的进步, 给GIS高压电气设备抗震性计算和设计带来新突破。通过对GIS高压电气设备抗震性能试分析, 不仅提高了试验结果的精确性, 还为GIS高压电气设备的安全运行提高了有效保障。
摘要：在高压电力系统中, GIS电站的抗震性能是一项重要的内容。主要针对阿尔斯通550 k V GIS变电站抗震性能进行分析计算, 为GIS高压电气设备的安全运行提高了有效保障。
关键词：GIS高压电气设备,抗震计算,分析
参考文献
[1]陈淮, 李杰.高压电气设备抗震可靠性分析方法[J].世界地震工程, 2000 (2) :20-22.
[2]刘敏.GIS高压电气设备抗震性能试验研究[D].西安:西安建筑科技大学, 2013.
结构抗震计算不同方法之对比研究 篇7
1 计算模型
Q235钢框架模型,长5m,宽5 m,高30m,截面尺寸0.5m×0.5m,弹性模量210GPa,泊松比0.3,质量密度7850kg/m3。采用3种方案(方案1-底部剪力法;方案2—反应谱法;方案3-时程分析法)进行结构抗震计算(抗震设防烈度为8度).计算时只考虑钢结构本身,不考虑土与结构的相互作用,且只考虑水平地震影响。结构所处场地为I类,特征周期0.30s.
采用ANSYS中的beam188划分刚架单元,共生成单元240个,底部采用固定约束。
首先分析钢框架模型的动力特性,对结构进行模态分析得到其自振频率和振型(图1和表1).计算表明,第1,2阶呈现平动振型,第3阶呈现扭转振型,这是一个典型的以剪切变形为主的结构.
2 方案说明
(1)底部剪力法
底部剪力法根据建筑物的总重力荷载,计算出结构底部的总剪力,然后按一定的规律分配到各楼层,得到各楼层的水平地震作用,最后按静力方法计算结构内力。具体步骤:①计算结构重力G=4615.8kN;②计算节点数N=28;③计算水平地震荷载标准值FEA,结构的基本周期T1=0.577s,对应的水平地震影响系数α1=0.14,则FEA=α1Geq=549.28 kN;④施加地震荷载至每个节点上P=549.28/28=19.62 kN.
(2)反应谱法
反应谱法首先计算结构的自振振型,选取前若干个振型分别计算各振型的水平地震作用,再计算各振型水平地震作用下的结构内力,最后将各振型的内力进行组合,得到地震作用下的结构内力。参考《建筑抗震设计规范(GB50011-2001)》中的地震影响系数曲线[3]。结构所处场地为I类,Tg=0.3s;抗震设防烈度为8度,取αmax=0.24,计算得到水平地震反应谱数据.
(3)时程分析法
采用1976年宁河天津波(南北向)进行地震动力时程分析,记录时长19.11s.从记录中每隔0.1s取一个值制作成地震波数据文件,使用ANSYS中的APDL的循环功能以及文件求解[4].需要注意的是,将1976年天津波换算成国家地震局批准的基本烈度的地震谱数据[3]。对于主体建筑结构,抗震设防烈度8度的地震最大水平加速度为0.24g,本文中按8度设防烈度设计,根据测量数据中7.7s出现的最大水平加速度数据1.413 m/s2,得到换算系数K==1.6645,将实测数据放大K倍后输入地震波进行计算。
总之,从计算量来讲,底部剪力法最为简单,计算工作量最小,反应谱法需要经过模态(扩展)分析和谱分析,计算工作量较大,时程分析法需要对真实的地震波进行修正和离散,再编制程序进行若干荷载步的动力计算,计算繁冗.ANSYS有限元软件以其成熟的理论和强大的计算功能可以很好地实现这3种方案[5].
3 对比分析
(1)不同方案对比
结构最大变形发生在顶部,根据《规范》中对抗震变形验算的规定[6]:“各类结构楼层内最大弹性层间位移满足△ue≤[θe]h,h为计算楼层层高”,对于多高层钢结构,[θe]=1/300,取方案3的层间位移进行验证,△ue=6.49 mm<1/300h=100 mm,满足规范要求。
(2)不同模型对比
建立模型2(长宽高5m×5m×50m)和模型3(长宽高5m×5m×110m)进行对比分析。3个模型分别用3种方案计算,计算其顶点最大位移及Mises应力,结果整理如图3.
从不同模型对比来看,模型1 (30 m)和模型2 (50m)的结果对比曲线近似平直,模型3(110m)的对比曲线呈折线上升,表明不同方案对模型3的结果影响较大;从不同方案对比来看,3个模型共同表现为采用方案1底部剪力法的计算结果最小,方案2反应谱法居中,方案3时程分析结果较大。因此,针对不同结构,在选择计算方案上应有所区别.
总之,结合工程实际,可为学生总结如下:静力法最为简单,可成为初步设计阶段进行估算和近似计算方法;振型分解反应谱法既考虑地震时地面的动力特性,也考虑结构自身的动力特性,是高层建筑结构地震作用分析的基本方法;时程分析可以精确地考虑地基和结构的相互作用,对复杂高层建筑结构等进行补充计算.具体来说,对于高度不高(50 m以内),以剪切变形为主,刚度与质量沿高度分布比较均匀的建筑物,可采用底部剪力法,对质量和刚度不对称、不均匀的结构以及高度超过100m的高层建筑应采用考虑扭转耦联振动影响的振型分解反应谱法,时程分析法可作为补充计算。
4 结论
利用ANSYS辅助《振动力学》抗震计算问题的教学,学生可清晰地掌握抗震计算的全过程,通过动画直观体验振动过程中结构位移及内力的变化情况。通过对不同高度模型、不同计算方案的对比分析,使学生对抽象的理论有了具体的理解,拓展了知识面,调动了学习积极性,激发了求知欲,取得良好的教学效果.
参考文献
[1]刘延柱,陈文启,陈立群等.振动力学.北京:高等教育出版社, 2003
[2]江见鲸.防灾减灾工程学.北京:机械工业出版社,2005
[3]朱镜清.结构抗震分析原理.北京:地震出版社,2002
[4]蔡元奇,韩芳,朱以文.场地卓越周期与结构基本周期关系研究.地震工程与工程振动,2004,24(4):70-74
[5]徐鹤山.ANSYS建筑钢结构工程实例分析.北京:机械工业出版社,2007
抗震计算 篇8
楼梯参与整体计算影响最敏感的就是框架, 砌体等抗震较弱的结构, 而将楼梯作为一个梯筒形式的框架剪力墙和剪力墙结构, 其影响则相应就小, 筒体结构由于楼梯一般在大筒内部, 其影响就更小, 一般可以忽略。历次的地震灾害表明楼梯间一直都是框架和砌体结构的一个震害集中区, 尤其是文川地震, 让所有关注它的工程师开始认真思考如何对楼梯的结构设计进行改进, 以期其成为一个救命的安全通道 (“安全岛”) 而不是阻断人们逃生的枷锁。
目前, 在建筑结构分析中通常不考虑现浇楼梯对整体结构的影响, 但震害经验表明, 楼梯间往往是震害易发生部位。唐山地震中, 砖房的楼梯间震害较严重, 钢筋混凝土框架结构的楼梯间震害也比较严重。文献[1]、[2]的试验研究结果表明, 有楼梯踏步板时框架结构楼梯间的水平刚度是没有楼梯踏步板时的2.123倍。
通过对某框架结构计入楼梯踏步板和不计楼梯踏步板情况下的整体计算, 研究楼梯对整体结构的影响。计算使用迈达斯结构分析软件, 分析比较两种情况下结构的周期, 内力, 位移有何变化。
2楼梯的破坏形式
通过历次震害照片可以分析, 楼梯的破坏分为以下几类:
2.1倒塌破坏, 可分为一种是由于支承结构的倒塌引起;另一种是由于底部楼层楼梯梯板拉断、压碎等自身承载力不足导致楼梯通道被阻断, 失去使用功能。
2.2严重破坏, 一般是底部楼梯梯板被拉裂或者压碎导致板底钢筋爆出, 或者楼梯平台梁上下梯段柱端、梁端发生剪切、剪弯破坏, 部分节点处发生剪压破坏等, 但是如果此时与主体结构的连接好的话, 不至于倒塌下来。
2.3中等破坏, 一般明显开裂, 但处于可修水平。设想一个整体结构若无法实现大震不倒的目标而倒塌, 那么附属于其上的楼梯单元要依靠它来支承, 必然发生破坏;或者支承楼梯的局部构件由于承载力不足产生破坏, 也将导致楼梯破坏。正因为如此, 所以首先必须要保证的整体结构的安全, 而整体结构的安全却也不能视楼梯不见, 传统的楼梯设计未考虑抗震设计要求, 可能造成此处破坏先发生, 或者导致支承构件的承载力不足而破坏, 进而影响群众逃生或反作用于整体结构, 危及整体结构的安全。针对楼梯的破坏形式和特点, 通过迈达斯进行仿真研究, 分析结构的薄弱部位的受力情况。
3实例计算及分析
朔黄铁路某运转调度楼, 框架结构, 六层, 层高3.6, 8度抗震设防, 平面布置见图1, 柱子截面为500mm×500mm, 楼梯位于结构端部, 楼梯踏步板顺x向布置。
由表1可以看出, 楼梯参与计算对结构自振周期影响较大, 使顺梯跑方向自振周期减小22.2%, 扭转周期减小29.6%, 垂直梯跑方向的自振周期所受影响相对较小, 约减小4.6%。
直接与梯板相连的梁内力有较大幅度的增加, 柱中内力的改变规律与此相似, 且楼梯间的柱轴力明显增大。而在竖向荷载作用下计入楼梯和不计入楼梯时框架梁内力几乎相等, 只有梯梁内力有少数改变。
顺梯跑方向的位移有楼梯比没有楼梯减小较多, 而垂直梯跑方向的位移二者几乎没有差别。详见图4:
4楼梯对整体结构影响小结
4.1楼梯的存在增加了框架结构的刚度, 减小了结构的自振周期和侧移, 使大部分构件内力明显改变。
4.2楼梯对结构自振周期和构件内力的影响在顺梯跑方向是主要的, 而垂直梯跑方向的影响可以忽略, 楼梯的平面布置可能会改变结构的刚度中心位置, 对结构的扭转周期产生影响。
4.3当楼梯间为框架时, 周围构件收到的影响较大, 柱子形成短柱, 且承受较大的扭转作用;梯板和梯梁也已不同于普通简支梁。
因此, 在建模设计时应计入楼梯对整体的影响, 现阶段设计很多工程整体计算并未计入楼梯影响, 均做概念性设计, 采取有效措施对整体计算结果予以调整, 对楼梯间构件予以加强, 如楼梯间平面位置的确定考虑整体刚度的均衡;楼梯间柱全高加密箍筋;梯板设双层钢筋, 增加拉结筋;梯梁考虑垂直水平双向受力, 适当增加配筋量。
摘要：本文以某框架结构为研究背景, 采用迈达斯软件, 分析了楼梯对框架结构整体影响, 有无楼梯对结构的周期, 内力, 位移均有影响, 尤其是顺梯跑方向的影响较大。
关键词：框架结构,楼梯,周期,位移
参考文献
[1]孙伟, 龚晓南, 孙东.高速公路加宽工程变形性状分析[J].中南公路工程, 2004, 29 (4) :53-55.
[2]曹万林, 庞国新, 李云霄.带楼梯框架弹塑性工作性能的研究[D].世界地震工程, 1996, (2) .
单层钢厂房纵向抗震计算方法的探讨 篇9
单层厂房结构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。
我国《建筑抗震设计规范》GB 50011—2010[1](以下简称新抗规)中第9.2.8条规定:厂房的纵向抗震计算对于混凝土无檩屋盖可按附录规定的修正刚度法计算。但新抗规第5.2.6条规定:现浇和装配整体式混凝土楼、屋盖等刚性楼、屋盖建筑,宜按抗侧力构件等效刚度的比例分配;木楼盖、木屋盖等柔性楼、屋盖建筑宜按抗侧力构件从属面积上重力荷载代表值的比例分配;普通的预制装配式混凝土楼、屋盖等半刚性楼、屋盖建筑,可取上述两种分配结果的平均值。可以看出,规范第5.2.6条的规定与第9.2.8条的规定有矛盾,因此这里需要讨论设计时采用哪种方法更合理。
关于围护墙是否应该计入抗震计算,新抗规第9.2.8条引用的第9.1.8条中关于厂房纵向抗震计算部分规定:混凝土有檩和无檩屋盖,一般情况下宜计及屋盖的纵向弹性变形,围护墙和隔墙的有效刚度。第13.2.1条第2款规定:对柔性连接的建筑构件(非承重墙体),可不计入刚度;对嵌入抗侧力构件平面内的刚性建筑非结构构件,应计入其刚度影响,可采用周期调整等简化方法;一般情况下不应计入其抗震承载力,当有专门的构造措施时,尚可按有关规定计入其抗震承载力。因此对于厂房围护墙是否应计入刚度,两者也存在矛盾。
鉴于此,本文首先对规范9.2.8条纵向抗震计算理论进行分析研究;之后参考《单层工业厂房设计示例》[2]中的重屋盖厂房设计示例依照规范规定和本文建议的方法分别对纵向抗震部分进行补充计算,并将计算结果进行比较分析。
1计算理论分析
1.1纵向地震作用分配方式
无檩屋盖通常采用1.5 m×6 m预应力混凝土屋面板,板面做防水层、保温层和找平层而不做现浇处理,因此采用与现浇和装配整体式相同的荷载分配方式是不合理的。此外,即使屋面采用现浇式或装配整体式,对于多跨厂房通常有内天沟将屋面板分开,柱顶与屋面板不直接连接,屋架及支撑每跨单独设置(如图1[3])。屋面板产生的水平地震作用FEK经屋架及其端部竖向支撑传递到柱顶,这种情况下地震作用沿厂房纵向传播时,屋面板自然形成两跨简支剪切梁(梁的高度为厂房的长度B,梁的跨度为厂房跨度L)而不连续(如图2),从而使整个屋面板的整体性受到破坏,对于带有天窗的屋面板,其整体性进一步被削弱。此时应按抗侧力构件从属面积上重力荷载代表值的比例对纵向地震作用进行分配。
1.2围护墙是否计入抗震计算
厂房围护墙与柱是贴砌,而不是嵌入,墙与柱采用一般的拉、锚构造措施,无专门的构造措施。除此之外,大部分的围护墙墙顶升至天沟底面中断,而未与屋盖做牢固的连接。如果将围护墙视作抗震墙进行计算,围护墙本身和基础梁抗震承载力均远不能够满足要求,依新抗规,抗震墙应设置条形基础、筏型基础等整体性好的基础(第7.1.8条第5款),而不是设置普通的基础梁。因此在纵向抗震计算中不能计入围护墙的刚度。
历次厂房震害表明,中柱列震害一般要比边柱列严重,原因是中柱列要承受比边柱列大的地震作用,而围护墙只能承担边柱列的部分地震作用,所以将围护墙作为厂房的抗震墙是不正确的,但作为抗震设计时的第二道防线更合理。因此本文建议的计算方法没有计入围护墙的有效刚度。
2两种计算方法的对比
某“重屋盖单层工业钢柱厂房设计示例”中的纵向抗震的计算部分按新抗规规定的计算理论和本文建议的计算理论分别进行计算,并加以对比分析。车间所处地区抗震设防烈度为8度,0.2 g,场地类别为Ⅱ类,设计地震分组为第一组。柱平面布置如图3所示。屋面建筑做法包括防水层、保温层、找平层,屋面设有内天沟。车间主要结构构件采用预制构件,包括屋面板、钢屋架、钢柱间支撑等。厂房选用预应力混凝土屋面板(1.5 m×6.0 m),选自图集04G410—1;屋架选用梯形钢屋架,选自图集05G511;车间安装有4台(每跨两台)DQQD型、工作级别为A5、起重量20/5 t、跨度19.5 m的电动桥式吊车。依据以上条件,选取柱间支撑及布置如图4所示。
据规范5.1.3及附录K.1.2计算得柱顶处纵向水平地震作用标准值
式(1)中α1为厂房水平地震影响系数,按规范5.1.5条确定;
Feq为厂房单元柱列总等效重力荷载代表值。
以下刚度计算参照《建筑抗震设计手册》(第二版)[4]第6.1.4条计算:
柱上端铰接,下端固定,采用工字型截面柱,边柱截面尺寸为:上柱H400×400×8×18,下柱H800×400×10×18;中柱截面尺寸为:上柱H600×400×8×18,下柱H800×400×10×18。
边柱列柱的侧移刚度∑KcA=∑KcC=0.671×103kN/m (2)
中柱列柱的侧移刚度∑KcB=0.671×103kN/m (3)
各柱间支撑选取规格已在图4示出。
边柱列柱间支撑的抗侧移刚度与中柱列柱间支撑的抗侧移刚度:
式中δbs、δbx分别表示上柱支撑和下柱支撑单位力作用下的侧移。
该车间的围护墙采用实心烧结砖砌体墙,墙厚240 mm。砖强度等级MU10,砂浆强度等级M5。纵墙立面参见图5,刚度按《建筑抗震设计手册》公式6.1.4—14计算。
经计算,围护墙抗侧移刚度:
Kw=3.528 6×105 kN/m (5)
8度区围护墙刚度乘以0.4的折减系数。
边柱列抗侧移刚度:
KA=KC=Kw+KcA+KbA=16.373 2×104 kN/m (6)
中柱列抗侧移刚度
KB=KcB+KbB=2.258 8×104 kN/m (7)
据规范附录K.1.2修正刚度:
边柱列修正侧移刚度
KaA=KaC=13.92×104 kN/m (8)
中柱列修正侧移刚度KaB=3.48×104 kN/m (9)
2.1新抗规中的计算理论
围护纵墙抗侧移刚度进行折减,并参与分担水平地震作用。纵向水平地震作用按各柱列刚度比例进行分配,分配之后的水平地震作用在每柱列中按构件刚度比例再次进行分配,最终计算得柱列中各构件在柱顶处承担的水平地震作用见表1。
注:纵向水平地震作用标准值2 187 kN
2.2本文建议计算理论
厂房纵向水平地震作用按抗侧力构件从属面积上重力荷载代表值的比例分配,即中柱列承担一半左右的地震作用,边柱列各承担约四分之一。且纵向围护墙不计入地震作用的分配。依此理论进行计算所得各构件承担的柱顶处水平地震作用见表2。
注:纵向水平地震作用标准值2 187 kN
2.3两种理论下的柱间支撑截面应力比
注:截面强度应力比
3结论
(1)计算表明柱间支撑为纵向主要抗震构件(见表2),柱在纵向抗震计算中作用很小,可忽略不计。
(2)GB 50010—2010第9章单层钢筋混凝土柱厂房和单层钢结构厂房的柱间支撑设计中,前者对支撑长细比要求较严格,后者要求强度应力比不超过0.75,二者应统一。
(3)不论无檩和有檩混凝土预制屋面板厂房,由于构件在构造上不能形成整体,故纵向地震作用不能按抗侧力构件等效刚度的比例分配,只能按抗侧力构件从属面积上重力荷载代表值的比例分配。
(4)不配筋的围护墙由于本身和连接等原因,不能参与纵向抗震计算。按规范规定计算可得
(5)按本文建议方法算得的柱间支撑斜杆截面强度应力比远大于1(见表3),故应加大柱间支撑截面,使其强度应力比小于1。例如,中柱列下柱支撑斜杆截面应改为2∟200×125×14。
(6)实际工程中,多数厂房长度(66 m～84 m)大于60 m,若下柱柱间支撑仍只设一道,则围护墙的虚构抗震作用更大,其柱间支撑更不能满足要求。
(7)上述建议,希望规范主管部门高度重视。
摘要：对《建筑抗震设计规范》GB 50011—2010单层工业钢厂房纵向抗震设计第9.2.8条(附录)与第5.2.6条对比分析,得出在混凝土无檩屋盖单层工业厂房纵向抗震计算理论中,规范对水平地震作用分配方式的规定相互矛盾。建议采用按抗侧力构件从属面积上重力荷载代表值的比例分配。同时建议规范第9.2.8条引用的9.1.8第一款改为不计及围护墙和隔墙的有效刚度。根据某重屋盖《单层工业厂房设计示例》中纵向抗震部分按照规范规定和建议的理论分别进行了补充计算和对比,发现两种理论计算所得结果相差很大,严重影响安全。
关键词：单层钢厂房,纵向抗震计算,柱间支撑,围护墙
参考文献
[1]GB50011—2010建筑抗震设计规范.北京:中国建筑工业出版社,2010
[209]SG117—1单层工业厂房设计示例(一).北京:中国建筑标准设计研究院,2009
[399]J201—1平屋面建筑构造(一).北京:中国建筑标准设计研究院,2002