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工业建筑抗震设计标准范文1
关键词：建筑结构设计；现状；标准；安全度
中图分类号：TB482.2 文献标识码：A 文章编号：
一、建筑结构设计安全度的现状
自50 年代以来, 我国建筑结构的设计方法有了很大的发展, 经历了容许应力设计法、破损阶段设计法、极限状态设计法和概率极限状态设计法的重大变化。但在结构设计安全度上一直没有大的变化,与国际通用设计标准相比始终处于低水平。
现以混凝土结构为例, 比较一下我国混凝土结构设计规范GBJ10—89 与国外规范在设计安全度上的差别。
(1) 构造规定结构设计的构造要求是为了弥补强度计算的不足, 其中很多是用来保证结构有必需的延性, 因而往往与配筋量相联系。低用钢量是我国结构设计标准的特色, 这从表1 可看出。我国GBJ 10—89 规范规定柱子压筋最小配筋率为0.4 % ,比苏联1949 年规范的0.5% 还要少, 当年苏联工业建筑研究院对低标号混凝土柱的试验研究表明, 少于0 .5% 的配筋率不能对混凝土柱的工作产生明显作用。如果以0. 4 % 配筋率用于C60 级混凝土设计成钢筋混凝土柱, 则钢筋对柱承载力的贡献只占4 % ,这种柱子的性能更象是素混凝土柱。
(2) 荷载的设计值与标准值荷载的设计值与荷载标准值及荷载分项系数有关。各国设计规范中的荷载标准值在统计时考虑的宽严程度大不一样。恒载的标准值相差不大, 而活载就有很大差异。表2是我国设计混凝土楼盖时采用的活载标准值与美国规范的对比。从总体看, 美国的楼层活载标准值平均竟比我国大5 0 % 。我国由于受历史条件的限制, 在确定荷载标准值时总是力求节约, 以符合最低要求为出发点。又如, 在确定风载时, 尽管我国规定的结构设计基准期为50 年, 却以30 年一遇的平均最大风速作为风压标准值的依据, 也比国外的标准值低。荷载的差异不仅反映在标准值上, 更重要的还体现在荷载分项系数上。(3) 材料强度的设计值与标准值 材料强度的设计值等于材料强度标准值除以材料分项系数。材料强度标准值是统计确定的, 各国多取95 % 保证率的强度作为标准值。看起来没有差别, 但各国对混凝土现场强度检验的标准不一样, 国外的比我国严格,所以材料强度标准值的实际保证率我国依然偏低。此外, 我国设计规范规定的材料分项系数又比国外低(表4), 因而同样的材料, 我国规定的材料强度设计值要比英美的高, 混凝土至少高5 % —10 % , 钢筋至少高3%—6 %。
材料强度分项系数表
注: 美国ACI 规范的设计表达式与我国及英国不一样,其中无分项系数。表中所列值为经过换算后得出的相当于分项系数的等效值。
(4) 构件承载力计算公式的精确度我国规范GBJ10—89 在正截面强度计算上采用了关。关的规定, 使得偏心距处于大小偏压界限附近的压弯构件偏于不安全, 也使配筋率较大并接近界限配筋率的受弯构件偏于不安全。当采用高强混凝土或高强钢筋时问题尤为严重。而国外在正截面强度计算中均取混凝土压区等效矩形应力图的应力为。我国规范的斜截面抗剪强度计算公式在一些情况下安全度不足是众所周知的, 与英美等国规范比较, 我国规范给出的抗剪承载力计算值有时竟高出一倍以上。可能除了冲切承载力以外, 我国规范各种承载力计算公式的安全裕度都比国外差。
二、现行的建筑结构设计安全度已不能适应国情的需要
从80 年代以来, 我国的经济形势发生了根本的变化, 主要表现是:
(l) 结构造价占整个建筑造价的比例愈来愈小 过去, 建筑物的造价以结构造价为主, 因建筑装修和设备都比较简单, 更没有地价、拆迁、城市建设等大笔附加费。以商品房为例, 目前中小城市的瞥价约为2000元/ m2, 其中土建成本费仅70 0 —8 0 元/ m2, 而结构造价大概不到300元/ m2。多放一些钢筋, 将房子设计得更加结实些, 增加的费用极其有限。对大城市的高档办公楼和住宅, 提高结构安全度对建筑总造价影响更小。
(2) 对结构使用功能的要求愈来愈高现在建筑物内各种设施和财产愈来愈值钱, 对结构的安全度自然会提出更高的要求。随着生产和生活方式的更新, 人们希望建筑物在使用过程中具有更大的灵活性, 能够适应功能变换的需要, 这也要求结构安全度有更大的储备。
(3 )对可持续性发展愈来愈重视 可持续发展对建筑结构的耐久性提出了更高的要求。建造建筑结构所需的砂、石、水泥、钢材都取自宝贵的资源, 生产水泥、钢材等既消耗能源又造成污染, 所以延长建筑结构寿命是节约资源和保护环境的重要措施。设计时如安全储备大一些, 对耐久性和使用寿命无疑是有利的。
(4 )建筑物已成为商品现在建筑物业已成为商品, 国家不再是城镇物业的唯一投资者和拥有者.这是一个重要的变化。过去业主只是国家, 国家不堪统建城镇房屋的重负, 只能采取低安全度的设计原则。现在业主中有了普通百姓, 百姓买房总认为结实些好, 何况提高结构设计安全度不会过多增加费用。
三、关于建筑结构的抗瓜设计标准
我国绝大多数城镇处于地震区, 国家制定了“ 大震不倒、中震可修、小震不坏” 的抗震设计原则。我国现行抗震设防标准是比较低的, 中震相当于在规定的设计基准期内(50 年) 超越概率为10 %的地震烈度。根据国家颁布的中国地震烈度表, 烈度为7 度时地震水平加速度参考值平均为125 cm/s2 , 8度时为250 cm/s2 , 而在建筑抗震设计标准中又分别将其降低为100 和200 cm/s2 。设防标准低的根本原因, 还在于从国家财力、物力有限的状况考虑。
我国建筑结构抗震设计除了设防烈度较低外,具体抗震计算方法和构造规定的安全裕度也不如国外, 在配筋率、轴压比、梁柱承载力匹配等一系列保证抗震延性的要求上远不如国外严格。
四、需要从商品的角度粉待建筑结构设计安全度
有一种观点认为, 提高建筑结构的设计安全度只能微调, 否则就无法对已建工程作出交待。这个问题其实并不存在, 象汽车、飞机等各种产品在不断提高其安全性能时从来不需要照顾过去, 为什么在提高建筑物的安全度时就得向后看呢? 它们都是商品,商品质量的提高在资源和用户财力能够承受的前提下应该受到鼓励, 而不是限制, 这样才会有生产的发展和进步。在建筑结构的抗震要求上, 国家需要规定的是抗震设防的最低标准, 而不需限制业主提高设防能力的要求。
工业建筑抗震设计标准范文2
关键词：混凝土柱上轻型钢屋盖；框排架；结构设计
Abstract: in view of the concrete columns of light steel roof structure housing in the city more applications, domestic haven't related design standards, this paper introduces the structure design essentials.
Keywords: concrete columns of light steel roof; Box bent; Structure design
中图分类号：TU318 文献标识码：A文章编号：
0引言
轻型钢结构房屋用钢省，造价低，制作安装简便，工期短，适用范围广泛，外形美观，拆迁方便。我国于1998年第一次颁布实施《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：98以来，有力地推动了门式刚架轻型房屋钢结构的发展，并出现了混凝土柱上轻钢屋盖结构房屋，即是型钢拱梁与钢筋混凝土柱结合的框排架结构。这种结构的防火及防腐性能均比全钢的门式刚架轻型房屋有所提高，深受不少业主的喜爱，目前在我市应用较多。本人从事设计工作以来，先后设计了多间混凝土柱上轻钢屋盖结构房屋，现在粗略谈谈自己的设计心得。
1结构形式
混凝土柱上轻钢屋盖结构房屋的混凝土柱脚均为固接，由于混凝土柱顶与钢拱梁的连接不同通常采用以下三种形式，见图1。
a：柱顶与钢拱梁铰接。由于拱脚位移对钢拱梁受力的影响相当敏感，这种形式的结构跨度不宜大于24米。
b：柱顶与钢拱梁铰接，柱顶设有单拉杆。单拉杆只能受拉力，不能受压力。在风吸力作用下，拉杆仍应保持受拉，否则不宜采用这种结构形式。因此，对于轻钢屋盖，只用当钢拱梁上有较大的悬挂荷载而在风吸力作用下单拉杆仍受拉时才适宜采用这种结构形式。这种结构形式的结构跨度不宜大于30米。
c：柱顶与钢拱梁固接。这种形式与门式刚架相同，只是柱的材料不同，因而又称混合门式刚架。由于混凝土柱与钢拱梁固接节点施工较复杂，难度也较高，因而一般较少使用。
多跨时钢拱梁连续，中间的混凝土柱顶铰接于钢拱梁底面。
垂直屋架方向（纵向）均采用混凝土梁加混凝土柱的框架结构。
2结构构件
钢拱梁可以采用H钢、矩形钢管、双角钢组成的T型截面构件，跨度小时可以用热轧H型钢，跨度大时考虑经济宜采用变截面高频焊接H钢，在满足腹板高厚比要求前提下尽量提高腹板的高度，这样钢拱梁的用钢量最少。单拉杆可采用圆钢，并用花篮螺丝张紧，也可采用双角钢、圆钢管、方钢管等。吊杆可采用钢筋或型钢，仅为减少单拉杆的挠度变形，并不参与结构受力。
3结构布置
混凝土柱上轻钢屋盖结构房屋的温度区段长度（伸缩缝间距），钢屋盖部分应符合下列规定：纵向温度区段不大于300m；横向温度区段不大于150m。混凝土梁柱部分应符合《混凝土结构设计规范》，温度区段不大于55m。屋面钢支撑布置均应满足《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》，参见下图2，不再赘述。
在垂直屋架方向，由于采用了混凝土框架结构，在纵向水平力作用下其稳定和位移均容易满足要求，可以不用设置柱间支撑。
4结构计算
中国建筑科学研究院编制的PKPM－STS软件对混凝土柱上轻钢屋盖结构能够进行很合理的计算。这里仅提出几点应注意的问题。
①混凝土上轻钢屋盖结构与门式刚架轻房屋有着很大的差别，《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》已经不能完全适用，因而结构类型宜选取“单层钢结构厂房”；抗震地区按《建筑抗震设计规范》设计，混凝土柱按《混凝土结构设计规范》设计，钢拱梁按《钢结构设计规范》设计。当采用变截面H钢梁时，建议按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》进行轴力和局部稳定校核；
②钢拱梁与混凝土柱顶铰接时，有三种构造处理方式：
完全抗剪连接，采用铰接连接；
完全滑移连接，采用铰接＋混凝土柱顶约束为“水平方向自由滑动”；
部分滑移连接，采用铰接＋混凝土柱顶约束为“约束水平方向相对位移差”。
对于完全滑移和部分滑移的分析模型，必须保留一个梁端为完全约束的普通铰接节点，否则分析无法进行。
对比分析表明，这三种连接方式对计算影响很大，应按实际情况正确设置。
③考虑到这种形式的房屋多数采用砌体墙围护，柱顶位移和柱高度比值过大，则会把砖墙拉裂，因此柱顶位移和柱高度比不宜大于1／240；
④纵向框架应单独录入计算，并考虑横向屋架的荷载作用，复核混凝土柱的配筋。
⑤为减少钢拱梁的平面外计算长度，可在梁下翼缘设置隅撑，隅撑间距不宜大于3米，则其平面外计算长度为隅撑间距。
⑥单拉杆应按柱录入计算，并设置为单拉杆。风荷载较大的地区，采用单拉杆抵抗斜拱梁对柱顶推力的方式不能起到作用，因为单拉杆在受压时会失效退出工作，建议不采用这种方式。
5结构构造
混凝土柱上轻钢屋盖结构房屋的梁柱铰接，可在混凝土柱内预埋锚栓和抗剪键，锚栓用来承受风吸力作用下的上拔力，抗剪键是用来承受水力。构造大样见图3。
钢拱梁与混凝土柱顶固接的构造大样见图4。
6基础设计
混凝土柱上轻钢屋盖结构房屋自重很小，加上砖砌体围护，柱底轴力也不会大。对于沉降要求不是十分严格的房屋来说，场地浅层地基承载力特征值达到100KPa就可以采用天然浅基础，这是首选的最经济的方案。假若场地浅层地基承载力很低，或者业主对房屋沉降要求较高，则可采用桩基础。预应力管桩施工工期短，造价也便宜，本地区广泛使用。虽然计算结果的柱底轴力小，但弯矩却很大，预应力管桩的抗弯能力较弱，不能布置单桩基础，只能布置双桩基础来承受柱底的弯矩。两桩桩距不大时，由于轴力小弯矩大，容易造成基桩受拔。因为抗拔桩的要求较高，施工难度大，也不经济，建议加大两桩的桩间距，确保基桩不再受拔。
7结束语
混凝土柱上轻钢屋盖结构房屋与门式刚架轻型结构房屋有较大差别，不能完全套用《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》。这种结构形式也没有现行的相关规范，采用这种结构形式时应结合各种相关规范综合分析，确保安全。
参考文献：
[1] 《钢结构设计规范》GB50017-2003.
[2] 《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS 102：2002.
