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多層工業廠房建筑結構設計分析

來源:原創論文網 添加時間:2019-12-17

  摘    要: 結合工程實例,針對多層工業廠房建筑形體以及構件布置的不規則情況,對主體結構進行小震彈性分析、靜力時程分析,設計中采取了相應的加強措施。分析結果表明,采取的抗震措施滿足規范要求。

  關鍵詞: 多層工業廠房; 不規則; 小震彈性分析; 靜力時程分析;

  Abstract: Combined with the engineering example, according to the multi-storey industrial factory building shape and irregular situation of component layout, the main structure is analyzed by small earthquake elastic analysis and static time history analysis, and the corresponding strengthening measures are taken in the design. The analysis results show that the seismic measures taken meet the requirements of the code.

  Keyword: multi-storey industrial factory buildings; irregularity; small earthquake elastic analysis; static time history analysis;

  1、 工程概況

  北京某工業廠區(二期),廠房A層數為地上4層,地下1層,建筑高度22.3m。廠房B層數為地上5層,地下1層,建筑高度24.2m。廠房A、B地下部分通過地下車庫連為整體,地上部分為獨立的建筑。

  建筑使用性質為戊類工業廠房。A廠房地上建筑面積8 657.99m2。B廠房地上建筑面積8 322.52m2。地下部分為地下車庫。本文只涉及地上部分。

  A廠房地下1層層高5.7m,首層層高7.7m,2、3層層高3.9m,4層層高6.3m(見圖1)。

  B廠房地下1層層高5.7m,首層層高7.7m,2、3層層高3.9m,4層層高3.4m,5層層高4.8m。
 

多層工業廠房建筑結構設計分析
 

  結構設計使用年限50a,抗震設防烈度8度,設計地震分組第二組,設計基本地震加速度0.20g,場地類別為Ⅲ類,抗震設防類別為丙類;撅L壓0.45kN/m2,地面粗糙度B類。

  圖1 A廠房標準層結構平面布置圖
圖1 A廠房標準層結構平面布置圖

  2、 結構體系

  建筑結構形式為鋼筋混凝土框架-剪力墻結構。因工藝要求,剪力墻平面布置受到限制。結構平面結合工藝平面功能設置,將電梯井和樓梯間設置成剪力墻,并在局部外圍角部設置剪力墻,與框架共同形成雙向抗側力體系。

  為滿足規范要求,避免結構豎向剛度、承載力突變。A、B廠房首層剪力墻厚度:電梯井筒外周墻厚500mm,電梯井內墻厚300mm,其余剪力墻厚400~450mm;首層以上電梯井筒內外墻,樓梯間剪力墻均為300mm;外周剪力墻減至300mm;框架柱主要柱距9m,框架柱截面首層700mm×700mm,首層以上600mm×600mm。

  3、 建筑形體及構件布置的規則性

  因該廠房各層層高相差較大,首層層高H1=7.7m;2、3層層高H2=H3=3.9m,H1/H2=1.97>1.5;JGJ 3—2010根據《高層建筑混凝土結構技術規程》(以下簡稱《高規》)第3.5.2-2條[1],建筑物相鄰樓層的側向剛度變化應符合以下規定:

  式中,γ2為考慮層高修正的樓層側向剛度比;Vi、Vi+1為第i層和第i+1層的地震剪力標準值,kN;Δi、Δi+1為第i層和第i+1層在地震作用標準值作用下的層間位移,m。

  γ2<1.1時,該建筑屬于側向剛度不規則結構。

  由表1、表2計算結果可知,A廠房側向剛度不滿足《高規》3.5.2-2條,樓層抗剪承載力比值滿足GB 50011—2010《建筑抗震設計規范》(2016年版,以下簡稱《抗規》)表3.4.3-2第3條[2],B廠房側向剛度和抗剪承載力均不滿足規范要求,屬于豎向不規則結構。

  表1 A廠房首層和2層的剛度比、抗剪承載力比計算表
表1 A廠房首層和2層的剛度比、抗剪承載力比計算表

  表2 B廠房首層和2層的剛度比、抗剪承載力比計算表
表2 B廠房首層和2層的剛度比、抗剪承載力比計算表

  本工程屬于多層工業結構,同時具有扭轉不規則、平面不規則、豎向不規則。依據《抗規》3.4.3條以及5.1.2條,A廠房屬于特別不規則的建筑。B廠房通過局部增加剪力墻,調整部分框架柱平面,在規定的水平力作用下,樓層的最大彈性水平位移(或層間位移),均小于該樓層兩端彈性水平位移(或層間位移)平均值的1.2倍。不再屬于特別不規則的建筑。下文主要針對A廠房的補充計算和分析進行說明。

  4 、結構計算和分析

  4.1、二道防線調整

  表3給出了地震作用下框架柱所分擔的傾覆力矩百分比,依據《高規》8.1.3條,應按框架-剪力墻結構進行設計。由表3可知,框架柱分擔的比例較少,尤其是Y向,設計時應根據《高規》第8.1.4條對框架部分分擔的樓層剪力進行調整,使其能達到二道防線的要求?蚣苤鶖盗吭陧攲佑型蛔,因此,需要分段調整,調整系數上限取5[3]。

  表3 A廠房靜震工況下框架柱承擔的傾覆力矩百分比
表3 A廠房靜震工況下框架柱承擔的傾覆力矩百分比

  4.2、彈性時程分析

  針對A廠房特別不規則的情況,采用Satwe、Midas 2種軟件進行小震彈性計算,采用時程分析法進行多遇地震下的補充計算。嵌固端設在地下室頂板,周期折減系數取0.8。通過彈性時程分析與振型分解反應譜法比較基底剪力、層剪力、層間位移角、頂點位移等主要指標,了解結構的地震動特性。

  選擇了基本符合要求的3組地震波,地震波反應譜與規范譜比較曲線見圖2。由圖2可知,波譜擬合情況良好。各組地震波計算得到的主要結果見表4。由表4可知,時程分析得到的層間位移趨勢與反應譜分析結果基本一致。

  圖2 地震波反應譜與規范譜比較曲線圖
圖2 地震波反應譜與規范譜比較曲線圖

  表4 A廠房計算主要結果
表4 A廠房計算主要結果

  由表4可知,3組地震波計算所得的基底剪力的包絡值與反應譜計算的基底剪力比值為1.12(X向)和0.93(Y向);X向時程分析基底剪力大于反應譜分析結果。設計采用時程分析和反應譜分析的包絡值,對各層剪力做相應調整。

  5、 結語

  多層工業廠房同時具有多項不規則的情況,采用框架-剪力墻的結構體系。通過小震彈性計算、靜力彈性時程分析計算,對反應譜和時程分析結果進行比較,按照包絡值進行設計,確保結構的安全性。

  參考文獻

  [1] JGJ 3-2010高層建筑混凝土結構技術規程[S]
  [2] GB 50011-2010建筑抗震設計規范(2016年版)[S].
  [3] 李國勝.多高層鋼筋混凝土設計優化和合理構造[M].北京:中國建筑工業出版社,2011.

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