近些年來,世界各地頻繁發(fā)生地震,帶來的房屋倒塌、人員傷亡、財產(chǎn)損失,讓我們深刻體會到了建筑物在設計時要充分考慮抗震的重要性,下面就從體系、結(jié)構(gòu)方面來分析單層鋼結(jié)構(gòu)廠房的設計原則和所須注意的問題。
一般單層鋼結(jié)構(gòu)廠房采用框架支撐體系,即橫向設計成剛接框架,縱向設計成柱間支撐體系,這種體系經(jīng)濟節(jié)約,但柱間支撐可能會影響使用功能。這種形式特別適用于縱向較長,橫向較短的單層工業(yè)廠房。
1、截面設計
鋼結(jié)構(gòu)廠房與鋼筋混凝土房屋一樣,同樣應遵守強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點弱構(gòu)件的抗震設計基本原則。
1.1 強柱弱粱。指在粱柱連接節(jié)點處柱端實際受彎承載力要大于梁端實際受彎承載力。一般采用增大柱端彎矩的做法。也就是使框架結(jié)構(gòu)塑性鉸出現(xiàn)在梁端的設計要求,用以提高結(jié)構(gòu)的變形能力,防止在強烈地震作用下倒塌。“強柱弱梁”不僅是手段,也是目的,其手段表現(xiàn)在人們認為對柱的設計彎矩放大,對梁不放大。其目的表現(xiàn)在調(diào)整后,柱的抗彎能力比之前強了,而梁不變。即柱的能力提高程度比梁大。這樣梁柱一起受力時,梁端可以先于柱屈服。
1.2 強剪弱彎。指避免構(gòu)件(梁、柱、墻)剪力較大的部位在梁端達到塑性變形能力極限之前發(fā)生非延性破壞,即控制脆性破壞形式的發(fā)生。也就是說結(jié)構(gòu)(框架梁、柱)的抗剪承載力要大于抗彎承載力,目的是控制構(gòu)件發(fā)生彎曲破壞,而不是剪切破壞,避免脆性破壞,充分發(fā)揮塑性鉸的能力。
1.3 強節(jié)點若構(gòu)件。以下為在設計中加強節(jié)點的措施:
(1)構(gòu)造保證:①增加連接強度,如增加焊縫厚度和螺栓大小。②梁端加腋或加隅撐。③加厚梁柱節(jié)點域的腹板厚度或增設水平和斜向加勁肋。
(2)計算保證:①按抗震彈性設計:計算中考慮抗震承載力調(diào)整系數(shù)為0.85,初步確定焊縫尺寸或螺栓數(shù)量、間距、直徑。②按以上確定的焊縫尺寸或螺栓數(shù)量、間距、直徑驗算連接的抗震極限受彎、受拉和拼接承載力是否大于其構(gòu)件的屈服承載力,并留有一定的裕量。
2、支撐體系
屋面支撐和柱間支撐是保證單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的重要構(gòu)件,尤其是柱間支撐,在地震中常出現(xiàn)支撐斜桿的扭曲,隨之引起支撐與鋼柱連接節(jié)點的破壞,而交叉式支撐中部的連接處則出現(xiàn)節(jié)點板扭曲變形。當支撐與柱的連接節(jié)點為焊接時,其破壞特征多呈現(xiàn)為焊縫斷裂或節(jié)點板撕裂,或者將連接處鋼柱腹板拉裂;當支撐與柱子連接節(jié)點為螺栓連接時,多呈現(xiàn)為:螺栓孔處的節(jié)點板斷裂,支撐桿端的連接孔處斷裂、連接螺栓剪斷、支撐螺栓連接端部板開裂、支撐節(jié)點板與柱剪斷等破壞。據(jù)統(tǒng)計,螺栓連接的支撐破壞高于焊接連接。故在抗震設計時,支撐連接宜優(yōu)先選用焊接連接,在實際工程中也有螺栓連接和焊接連接同時使用的情況。柱間支撐的設置和構(gòu)造,應符合下列要求:(1)一般情況下,應在廠房單元中部設置上下柱間支撐,且下柱支撐應與上柱支撐配套設置;(2)有起重機或8度和9度時,宜在廠房單元兩端增設上柱支撐;(3)廠房單元較長或8度iii、ⅳ類場地和9度時,可在廠房單元中部1/3區(qū)段內(nèi)設置兩道柱間支撐。(4)下柱支撐的下節(jié)點位置和構(gòu)造措施,應保證將地震作用直接傳給基礎;當6度和7度(0.109)不能直接傳給基礎時,應計及支撐對柱和基礎的不利影響采取加強措施。(5)交叉支撐在交叉點應設置節(jié)點板,其厚度不應小于lomm,斜桿與交叉節(jié)點板應焊接,與端節(jié)點板宜焊接。
3、圍護結(jié)構(gòu)
維護結(jié)構(gòu)的破壞多由于拉結(jié)不足或者高寬比較大造成破壞,在以后的設計中應加強柱與墻的拉結(jié),調(diào)整高寬比,局部可采用框架、輕質(zhì)圍護墻等措施減少震害。