14陈洪利-8度抗震区多层钢结构抗震设计Word文件下载.docx

1、砖混结构房屋受压较好，但塑性和震中的最大杀手。砖混结构房屋受压较好，但塑性和韧性很差。地震时，房屋在地震波上下左右循环反复韧性很差。地震时，房屋在地震波上下左右循环反复荷载作用下，立即发生整体垮塌，人员来不及逃生，荷载作用下，立即发生整体垮塌，人员来不及逃生，这是这次地震伤亡惨重的最主要原因。这是这次地震伤亡惨重的最主要原因。因此，在震区重建中，我们必须考虑建筑结因此，在震区重建中，我们必须考虑建筑结构和材料问题。构和材料问题。绪论绪论 上海绿地设计上海绿地设计 二、都江堰市绿地土桥小学概况：二、都江堰市绿地土桥小学概况：新建土桥小学位于都江堰市原土桥小学旧校址新建土桥小学位于都江堰市原土桥小

2、学旧校址，在四川省都江堰市崇义镇土桥乡，该地块东西长约，在四川省都江堰市崇义镇土桥乡，该地块东西长约120m，南北宽约，南北宽约 130m，用地面积约，用地面积约 15950 ，场地东侧靠近灌温路，交通方便。场地东侧靠近灌温路，交通方便。规划小学规划小学 12 班，学生班，学生 540 人，新建校舍建筑面人，新建校舍建筑面积约积约 4433.5，其中：三层（局部四层）综合教学楼，其中：三层（局部四层）综合教学楼3748，食堂及生活辅房，食堂及生活辅房 618，警卫室，警卫室 36，消防，消防水泵房水泵房 31.5。运动场包含。运动场包含 200 米环形塑胶跑道一座。米环形塑胶跑道一座。土桥小学

3、教学楼是上海对口援建项目中唯一一土桥小学教学楼是上海对口援建项目中唯一一座全钢结构建筑。座全钢结构建筑。概况概况 上海绿地设计上海绿地设计鸟瞰图 上海绿地设计上海绿地设计 三、模型信息三、模型信息：1、建筑结构布置和选型、建筑结构布置和选型 1.1 建筑结构布置教学综合楼平面布置整体为建筑结构布置教学综合楼平面布置整体为 U 形，由形，由抗震伸缩缝分为三个独立单体，教学楼（三层钢框架结构）抗震伸缩缝分为三个独立单体，教学楼（三层钢框架结构）、行政楼（四层砼框架结构）、试验楼（三层砼框架结构）、行政楼（四层砼框架结构）、试验楼（三层砼框架结构）。本文所论述的对象是教学楼（三层钢框架结构），本文所

4、论述的对象是教学楼（三层钢框架结构），上部结构由抗震缝与相邻建筑脱开，形成独立结构体系，可上部结构由抗震缝与相邻建筑脱开，形成独立结构体系，可单独进行上部结构计算，对抗震有利。单独进行上部结构计算，对抗震有利。在“在“5.12”汶川大地震前，都江堰教学楼多数采用汶川大地震前，都江堰教学楼多数采用砖混结构和单框架结构，房屋外廊采用悬挑结构，地震中多砖混结构和单框架结构，房屋外廊采用悬挑结构，地震中多有损坏。为了提高结构安全等级，本设计采用钢结构三柱框有损坏。为了提高结构安全等级，本设计采用钢结构三柱框架体系，即外廊外沿设柱，增加教学楼的安全储备，使其成架体系，即外廊外沿设柱，增加教学楼的安全储备

5、，使其成为震不垮的避难之所。为震不垮的避难之所。教学楼平面布局为规则长方形，楼板无大洞口削弱教学楼平面布局为规则长方形，楼板无大洞口削弱；立面简洁、整齐，有利于抗震。；模型信息模型信息 上海绿地设计上海绿地设计一层平面图抗震缝 抗震缝 平面图 上海绿地设计 立面图上海绿地设计 立面图 上海绿地设计上海绿地设计 1.21.2 计算程序计算程序 本工程上部结构计算采用中国建筑科学研究院编本工程上部结构计算采用中国建筑科学研究院编制的制的 PKPMPKPM 系列系列 STSSTS、SATWESATWE 多层版建筑结构分析与多层版建筑结构分析与设计软件。设计软件。1.2.1 1.2.1 计算模型的建立

6、计算模型的建立 取标高取标高 0.5000.500（基础杯口）以上部分作为研究（基础杯口）以上部分作为研究对象。对象。计算程序计算程序 2 2、结构信息：、结构信息：2.1 2.1 抗震设防抗震设防上海绿地设上海绿地设计计表表 1 抗震设防信息抗震设防信息建筑抗震设计规范（2008年版）9度抗震措施建筑抗震设计规范（2008年版）0.40 s特征周期 Tg建筑抗震设计规范（2008年版）第二组设计地震分组建筑抗震设计规范（2008年版）0.20g设计基本地震加速度建筑抗震设计规范（2008年版）8度抗震设防烈度建筑抗震设计规范（2008年版）0.050罕遇地震下的阻尼比建筑抗震设计规范（200

7、8年版）0.035多遇地震下的阻尼比建筑工程抗震设防分类标准乙类抗震设防分类都江堰市土桥小学场地岩土工程勘察报告 类场地土类别建筑结构可靠度设计统一标准50年设计使用年限建筑结构可靠度设计统一标准二级结构安全等级 依 据 取值 类别抗震设防信抗震设防信息息 上海绿地设计上海绿地设计表 2 其它计算参数0.80周期折减系数0.50活荷质量折减系数0.90罕遇地震水平地震影响系数最大值建筑抗震设计规范（2008 年版）0.16多遇地震水平地震影响系数最大值9计算振型数安全等级为二级CQ C耦联振型组合方法地震信息 s 1.30体形系数T1 0.27 s结构基本周期W 0 0.40 kN/修正后的基

8、本风压风荷载信息1.0结构重要性系数0裙房层数无地下室层数框架结构结构类别计算 X、Y两个方向水平地震力，不必计算竖向地震力地震力计算总信息取值原则取值设计参数分类其它计算参数其它计算参数 上海绿地设计上海绿地设计 3、计算结果及分析 3.1结构的总质量 活载产生的总质量（t）:101.043 恒载产生的总质量（t）:1394.673 结构的总质量 （t）:1495.717 3.2 结构动力特性 3.2.1 振型与周期（总刚分析方法）计算结果计算结果 上海绿地设计上海绿地设计1.000.00（0.00+0.00）59.720.330591.000.00（0.00+0.00）82.420.330

9、981.000.00（0.00+0.00）5.260.341471.000.00（0.00+0.00）56.400.347360.990.01（0.01+0.00）177.820.369450.070.93（0.93+0.00）179.840.381740.6270.37（0.00+0.37）102.150.646330.070.93（0.00+0.93）88.850.773520.001.00（1.00+0.00）179.641.03131备注扭转系数平动系数（X+Y）转角周期振型号表 3 振型分析表（考虑扭转耦联）由上表可知：第一振型模态为 X向平动，第二振型模态为 Y向平动，第三振型模态

10、为扭转振型。扭转振型周期与第一平动振型周期之比为0.627，小于 0.9，满足规范相关规定。振型分析表振型分析表 上海绿地设计上海绿地设计 3.2.2 3.2.2 有效质量参与系数有效质量参与系数 本文对结构选取本文对结构选取 9 个振型参与组合时对应的有效个振型参与组合时对应的有效质量参与系数如下：质量参与系数如下：X 方向的有效质量系数：方向的有效质量系数：Y 方向的有效质量系数：满足满足抗震规范抗震规范条文说明条文说明 5.2.2 中规定的中规定的：“振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量的：“振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量的 90所需的振型数”。所需的振型数”。98.41；

11、91.79；有效质量参与系数有效质量参与系数上海绿地设上海绿地设计计 从计算结果中看出，从计算结果中看出，X X、Y Y 方向方向本层侧移刚度与上一层相应侧移刚度本层侧移刚度与上一层相应侧移刚度 70%70%的比值或上三层平均侧移刚度的比值或上三层平均侧移刚度 80%80%的比的比值中较小值为值中较小值为:1.111.11，各层侧向刚度无，各层侧向刚度无突变。突变。3.3 3.3 各层侧移刚度及层刚度比各层侧移刚度及层刚度比侧移刚度侧移刚度上海绿地设计上海绿地设计 在在 X X 方向地震力作用下，上部结构底层的方向地震力作用下，上部结构底层的剪重比为剪重比为:8.52%8.52%；在在 Y Y

12、 方向地震力作用下，上部结构底层的方向地震力作用下，上部结构底层的剪重比为剪重比为:10.32%10.32%；抗震规范抗震规范（5.2.5）（5.2.5）条要求的楼层最小剪重条要求的楼层最小剪重比为比为:3.20%3.20%。3.4 3.4 最小剪重比最小剪重比剪重比剪重比上海绿地设计上海绿地设计 3.53.5 层间位移角和位移比层间位移角和位移比 本结构属于钢框架结构，按照本结构属于钢框架结构，按照抗震规范抗震规范 5.5.15.5.1条要求，故采用条要求，故采用 1/3001/300 的位移角限值来严格控制其抗的位移角限值来严格控制其抗震变形。震变形。由计算结构可知，最大层间位移角由计算结

13、构可知，最大层间位移角 X X 方向为方向为:1/314:1/314（第一层），（第一层），Y Y 方向为方向为:1/427:1/427（第一层），（第一层），均小于均小于 1/3001/300，满足规范要求。，满足规范要求。本结构最大层间位移比，本结构最大层间位移比，X X 方向为方向为:1.41:1.41，Y Y 方向为方向为:1.17:1.17，均满足规范规定要求小于均满足规范规定要求小于 1.51.5。位移角和位移比位移角和位移比 上海绿地设计上海绿地设计四、设计细节 1、柱脚选用固接。采用插入式柱脚，为增强柱脚锚固，柱子插入基础杯口部分加焊栓钉。柱脚柱脚 上海绿地设计上海绿地设计2、

14、主梁与柱连接采用固接：主梁与柱主梁与柱 上海绿地设计上海绿地设计3、主梁与次梁连接采用铰接：主梁与次梁主梁与次梁 上海绿地设计上海绿地设计 4 4、楼板设计：、楼板设计：楼板为压型钢板非组合楼板，由于教学楼的楼板为压型钢板非组合楼板，由于教学楼的耐火等级为二级，楼板为不燃烧体，耐火极限为耐火等级为二级，楼板为不燃烧体，耐火极限为1.0h1.0h，如果压型钢板参与结构计算，形成组合楼，如果压型钢板参与结构计算，形成组合楼板，则须对其进行防火处理，喷涂防火涂料，涂板，则须对其进行防火处理，喷涂防火涂料，涂层厚度层厚度 1.01.0，涂料理论用量为：，涂料理论用量为：1.61.6 1.71.7/，折

15、合造价为：，折合造价为：9191 元元/，压型钢板折合，压型钢板折合造价为：造价为：9898 元元/，两者差距不大，而且非组合，两者差距不大，而且非组合楼板增加安全系数，缩短施工周期。楼板增加安全系数，缩短施工周期。建模时，非组合楼板用等效刚度的混凝土楼建模时，非组合楼板用等效刚度的混凝土楼板代替。板代替。楼板设计楼板设计 上海绿地设计上海绿地设计 5 5、屋面设计：、屋面设计：本工程屋面大部分为覆彩钢坡屋面，坡本工程屋面大部分为覆彩钢坡屋面，坡度度 21.821.8。当地学校建筑大多以坡屋面为。当地学校建筑大多以坡屋面为主，上铺水泥瓦。在“主，上铺水泥瓦。在“5.12”5.12”地震时，多地震时，多有屋面水泥瓦脱落砸伤人员的情况发生。有屋面水泥瓦脱落砸伤人员的情况发生。为解决这一难题，并保留“川西北民为解决这一难题，并保留“川西北民居”风格，本设计屋面采用大片灰