工业厂房钢筋混凝土框架结构的设计.pdf

四新 第3 1 卷2 0 1 3 年第4 期( 总第1 6 6 期) 四新 工业厂房钢筋混凝土框架结构的设计 段正光卫彩霞 ( 武汉市政工程设计研究院有限责任公司 武汉4 3 0 0 2 3 ) 【 摘要】 通过山东淄博烧结室的设计， 分析了在荷载大、 结构复杂的情况下如何确定结构形式， 尤其是对 短柱的设计进行了分析。 【 关键词】 钢筋混凝土框架短柱 强柱弱梁剪跨比 De s i g n o f Re i n f o r c e d Co n c r e t e Fr a me S t r u c t u r e o f I n d u s t r i a l Bu i l d i n g DUAN Zh e n g g ua n g ， W EI Ca i x i a Wu h a n Mu n i c i p a l E n g i n e e r i n gD e s i g n&R e s e a r c h I n s t i t u t e C o ， L t d ， Wu h a n 4 3 0 0 2 3 ) 【 A b s t r a c t 】T h r o u g h t h e d e s i g n o f S h a n g d o n g Z ib o s i n te r i n g r o o m ， g i v e a a n a ly s i s o f h o w t o c o n fi r m t h e s t r u c t u r e f o r m i n t h e c a s e o f b i g l o a d a n d c o mp l i c a t e d s t r u c t u r e ， e s p e c i a l l y t h e d e s i g n o f s h o r t c o l u mn 【 K e y w o r d s 】 R e i n f o r c e d c o n c r e t e f r a m e s t ruc t u r e ， s h o r t c o l u m n ， s t r o n g c o l u m n a n d w e a k b e a m ， r a t i o o f s h e a r s p a n t o e f f e c t i v e d e p t h l 前 言 在工业建筑中， 由于工艺的需要， 结构形式极 不规则 ， 如淄博烧结室 四号和五号轴线之间 2 8 3 m， 3 1 9 m两层平台， 楼层高3 6 m， 但由于荷 载大， 梁跨度大( L = 1 3 5 m) 导致梁断面达到 1 9 m， 层 问净高仅为 1 7 m， 由此导致柱为超短柱 ， 而超短 柱在我国规范中是要求尽量避免的结构形式 ， 在 以往设计中又无先例可寻 ， 现就此结构形式的设 计进行分析。 2 结构形式的确立 如果没有地震作用 ， 确定结构形式只要满足 工艺要求及构件的强度和变形的要求 即可。而 在地震作用下， 结构形式就变复杂了。在地震作 用下 ， 要求结构具有一定延性， 而结构延性是结 构抗震性能的一个重要指标。延性具体体现在 结构上就是塑性铰的形成， 延性大的结构在地震 作用下 ， 结构进入弹塑性状态， 能够吸收大量的 能量 ， 使作用在结构上的地震荷载维持在一定范 围内不再上升。从能量守衡定律来讲， 实质上是 能量转换 ， 也就是说在地震作用下由动能通过塑 性铰变形而作功转换成势能。反之， 没有延性或 延性很小的结构往往出现脆性破坏， 承载能力突 然丧失 ， 甚至倒塌 。 为了使结构具有一定延性 ， 就必须保证梁 、 柱 构件有足够的截面曲率延性( 或位移延性) ， 但是 塑性 铰 如果 出现 在柱 子 上 ， 很 容 易形成 破 坏结 构。柱子出现较大的变形后难于修复。柱子变形 将引起 附加弯矩 ， 更 为甚 者柱子破坏将 引起整个 结构倒塌 ； 当柱中出现塑性铰时 ， 随着顶点位移延 性比的要求 ， 对柱子的曲率比要求增加很快 ， 有时 难以达到( 如本文中N= 4 2 0 0 k N ) ， 柱轴力愈大， 曲 率延性愈小， 满足地震作用下延性比的要求较为 困难 ， 有 时是 简直不 可能。因此本设计按 照强柱 弱梁的原则进行设计 。 首先 ， 在工艺条 件许可的情况下尽量保证柱 子的剪跨比要求( 剪跨比大于2 ) 。也就是说在柱 高确定的情况下尽量控制柱断面高度。由于框架 柱反弯点大都接近柱中点， 为了设计方便， 常用柱 长 细 比 近 似 表 示 剪 跨 比 的 影 响 。 因 为 A = M 。 2 h， 所 以当 L h 4时为长柱 ， 当3 L h 4时为短柱， 当 h 3 时为超短柱 ( 式中 ， 分别指端部截面的弯矩和剪力， h 为 柱截面高) 。 下转第4 1 页 栏目编辑： 王先强 一 3 9 四新 第3 1 卷2 0 1 3 年第4 期( 总第 1 6 6 期) 表1 恒流长管呼吸器 名称 型号 生产厂 空气压缩泵 头罩 供气软管 连接软管与面罩的快速接头 连接软管与气源的快速接头 救生绳 N O R T H诺斯 N O R T H诺斯 N O R T H诺斯 N O R T H诺斯 N O R T H诺斯 N O R T H诺斯 ( 2 ) 使用前要检查各部件是否完好干净， 波纹 软管是否有龟裂、 气泡、 压扁、 弯折、 漏气及连接部 位是否牢 固气密。 ( 3 ) 送风机使用前应实现可靠接地， 要将风机 放在无毒气 、 清洁、 干燥 、 通风良好的大气环境中， 波纹软管不能受到挤压， 否则会影响输气效果 ， 增 大吸气阻力。 4 ) 使用时 ， 要先启动风机 ， 然后佩戴面罩。 佩戴面罩时 ， 由下巴处向上佩戴 ， 再适 当调整头 带。把波纹软管扎在腰带上， 检查活动是否顺畅。 ； = _1 、 ； e f ； 、 、 ! 菏 s 上接第3 9 页 本 设计 中四号 和 五号轴 线 之 间 2 8 3 m， 3 1 9 m 楼层高为3 6 m， 同时又由于柱荷载大而产生 内力大( N= 4 2 0 0 k N， V= 1 5 2 k N， M = 6 4 7 k N m) ， 按 计算需要柱断面 1 0 0 0 m m1 0 0 0 m m， 这样按照上 述公式 h= 3 61 =3 6为短柱 ， 而按照层 间净 高 1 7 1 = 1 7 3 为超短柱。此类结构形式， 在地 震荷载作用下， 多数会出现剪切式脆性破坏， 变形 能力极差。为解决这一不利结构形式所带来的影 响， 在本设计中采取如下设计措施。 ( 1 ) 严格控制柱的轴压比： 轴压比是影响钢筋 混凝土柱的强度和延性的一个重要因素。大量试 验证明， 随着轴压比的提高 ， 柱的抗弯强度提高， 但柱的极限变形能力 ， 耗散地震能量的能力都降 低 ， 特别是对超短柱影响更大， 因此将本结构柱的 轴压比控制在0 7 以内。 ( 2 ) 控制混凝土标号： 往往由于荷载大， 为了 保证轴压比的限值和强度而提高混凝土标号， 但 混凝土标号不能用的过高。采用高标号混凝土， 虽然强度提高了， 但延性差， 结构容易发生脆性破 坏， 因此使用C 4 0 混凝土。 ( 3 ) 从构造措施上保证结构延性： 即在柱的截 ( 5 ) 进行深呼吸 ， 感觉呼吸是否顺畅。 ( 6 ) 经检查无误 ， 在专人监护下 ， 进人作业现 场。在进入作业现场过程中， 要铺设好输气管路。 ( 7 ) 风机在运转过程中， 如出现噪音异常增 大、 尖叫、 振动加大、 温度异常升高时， 应立即通知 佩戴人员返回， 切断电源检查。 ( 8 ) 脱离作业现场前， 不得提前关闭电源。在 工作结束后 ， 应返回到新鲜空气区域， 脱下面罩后 再关闭风机电源。 4 实施效果 两年来在涉及有毒有害气体的受限空间内作 业， 按照安全技术规程要求， 正确佩戴恒流长管呼 吸器 ， 逐步探索积 累了恒流长管呼吸器的应用经 验， 先后避免了6 起有毒有害气体中毒、 窒息事故， 保证检修工人人身安全， 减少经济损失。 ( 2 0 1 3 - 0 4 - 0 2 收 稿 ) 面核心部位配置附加纵 向钢筋形成芯柱 ， 在周期 反复水平力作用下， 此种结构具良好延性和耗能 能力， 能够有效地改善钢筋混凝土柱在高轴压比 的情况下的抗震性能 。芯柱边长取柱 1 3 边长 即 可 ， 即芯柱截面为 3 0 0 ra m3 0 0 m m， 内部配 8 2 0 m m钢筋。此种柱特点是， 在弯矩作用下 ， 由周 边钢筋抵抗弯矩 ， 即使混凝土开裂、 剥落， 周边钢 筋和混凝土的粘结削弱 ， 而核心钢筋和混凝土之 间仍然具有良好的粘结力， 核心钢筋不会压曲， 即 使外围混凝土失效 ， 核心钢筋形成的芯柱仍能抵 抗竖向荷载， 防止大震情况下， 结构倒塌。 ( 4 ) 提高箍筋配筋率来改善柱子的延性： 在短 柱部分箍筋全柱段加密。 3结语 由于在工业建筑中为满足工艺要求 ， 致使结 构形式复杂， 往往很难符合国家规范要求， 这就要 求设计人因地制宜， 灵活运用， 使结构设计即满足 工艺要求， 又保证结构的安全。 ， ( 2 0 1 2 1 2 1 9 收稿 ) 一 41一 一 一 一 一 一 一