《非结构构》PPT课件.ppt

第9章 非结构构件,返回总目录,教学提示：非结构构件分为建筑非结构构件和建筑设备两类。其抗震设防目标，原则上要与主体结构三水准的设防目标相协调，但同时对非结构构件有与主体结构不同的性能要求。非结构构件的抗震计算可采用等效侧力法和楼面反应谱法。教学要求：本章要求学生了解非结构构件的分类、非结构构件抗震规定、抗震计算要点及构造措施。,本章内容,9.1 概 述9.2 非结构构件的抗震计算9.3 非结构构件的基本抗震措施 9.4 习 题,非结构构件分为建筑非结构构件和建筑设备两类。建筑非结构构件包括室内和室外建筑非结构件，其中室内建筑非结构件包括各类隔墙、顶棚、吊柜和贴面等，室外建筑非结构件包括各类幕墙、女儿墙、出屋面烟囱、建筑标志牌、建筑饰面、挑檐、雨棚、遮光板和建筑上的广告牌等。建筑附属设备包括电梯、永久及临时供电及照明设备(包括配电电盘、应急发电机及油箱等)、暖通、空调设备及管道、水箱、灭火系统、煤气设备及管道、有线及无线通讯设备(包括控制台、交换机、计算机及服务器等)及天线、保安监视系统、办公自动化设备、容器、货架及储物柜等。厂房设备还包括各类生产设备。建筑附属设备本身的抗震性，应由生产厂负责解决，抗震设计规范规定了建筑附属设备同建筑主体结构的连接部分的抗震要求，这部分连接的抗震设计，应由各相关专业的设计人员负责解决。,9.1.1 非结构构件的分类,9.1 概 述,9.1.2 非结构的抗震设防目标随着经济的发展，人民对室内生活和工作环境的要求日渐提高，非结构构件的造价与总造价的比例也随之提高。为保障人们的生活、生产和社会活动的正常运行，减少经济损失，非结构构件的抗震设防就显的十分重要。非结构构件的抗震设防目标，原则上要与主体结构三水准的设防目标相协调，但同时对非结构构件有同主体结构不同的性能要求。在多遇地震下，建筑非结构构件不宜有破坏。机、电设备应能保持正常运行功能；在设防烈度地震下，建筑非结构构件可以容许比结构构件有较重的破坏，但不得危及生命，机电设备应尽量保持运行功能，即使遭到破坏也应能尽快恢复，特别是避免发生次生灾害的破坏；在罕遇地震下，各类非结构构件可能有较重的破坏，但应避免重大次生灾害。,9.1 概 述,9.1.3 非结构构件抗震计算的基本要求1.非结构对结构整体计算的影响在结构体系抗震计算时，与非结构有关的规定有如下几条。(1)结构体系计算地震作用时，应计入支承于结构构件的建筑构件和建筑附属机电设备的重力。(2)对柔性连接的建筑构件，可不计入其刚度对结构体系的影响；对嵌入抗侧力构件平面内的刚性建筑构件，可采用周期调整系数等简化方法计入其刚度影响；当有专门的构造措施时，尚可按规定计入其抗震承载力。(3)对需要采用楼面谱计算的建筑附属机电设备，应采用合适的简化计算模型计入设 备与结构体系的相互作用。(4)结构体系中，支承非结构构件的部位，应计入非结构构件地震作用效应所产生的附加作用。,9.1 概 述,2.非结构自身的计算要求对于非结构自身设计时，有关计算规定如下。(1)非结构构件自身的地震力应施加于其重心，水平地震力应沿任一水平方向。(2)非结构构件自身重力产生的地震作用，一般只考虑水平方向，采用等效侧力法；当建筑群众性机电设备(含支架)的体系自振周期大于0.1s，且其重力超过所在楼层重力的1%，或建筑附属机电设备的策略超过所在楼层重力的10%时，如巨大的高位水箱、出屋面的大型塔架等，则采用楼面反应谱方法。非结构构件的地震作用，除了自身质量产生的惯性力外，还有地震时支座间相对位移产生的附加作用，二者需同时组合计算。非结构构件因支承点相对水平位移产生的内力，可按该构件在位移方向的刚度乘以规定的支承点相对水平位移计算。非结构构件在位移方向的刚度，应根据其端部的实际连接状态，分别采用刚接、铰接、弹性连接或滑动连接等简化的力学模型。相邻楼层的相对水平位移，可按规定的限值采用；防震缝两侧的相对水平位移，宜根据使用要求确定。,9.1 概 述,9.1.4 非结构构件的地震反应分析非结构构件与支架或连接组成的附属系统(或称子系统)与其所在的主体结构(称为主系统或建筑物)组成一个总系统。若按总系统来分析非结构构件的支架和连接所受的地震作用，不仅在技术上有困难，是也很不经济。为此，人们转而研究楼面反应谱，即把建筑物与子系统隔离开，建立建筑物各楼层的地震反应谱，用这个反应谱进行附属系统的抗震设计。,9.1 概 述,9.2 非结构构件的抗震计算,9.2.1 等效侧力法1.计算表达式对只在一个楼层有支点的附属系统，称为单支点系统，为简化计算通过对大量建筑不同楼层上的不同周期的附属系统反应的计算结果进行统计，直接给出附属系统的地震作用简化公式，即等效侧力法。非结构构件的水平地震作用标准计算表达公式为(9-1)式中：F沿最不利方向作用于附属系统重心的水平地震力标准值；附属系统功能系数，反映附属系统的重要性，与附属系统性质及建筑类别有 关，功能级别一、二、三级分别取1.4、1.0、0.6，建筑构件的功能级别可参照表9-1 有关系数取值，建筑设备的功能级别可参照表9-2有关系数取值；附属系统类别系数，反映附属系统特性对地震反应的影响，建筑构件可参照 表9-1取值，建筑设备可参照表9-2取值；附属系统的连接状态系数，反映地震时附属系统反应放大的情况，弹性附属 系统或与建筑物弹性连接(以下简称“弹性连接”)时取2，其他情况(即与建筑物刚 接的刚性附属系统，以下简称“一般情况”)时取1；楼层位置系数，地面为1，楼顶为2，沿高度线性分布；多遇地震的地震影响系数最大值；G附属系统重力。,表9-1 建筑构件的功能级别和类别系数,9.2 非结构构件的抗震计算,9.2 非结构构件的抗震计算,表9-2 建筑设备的功能级别和类别系数,9.2 非结构构件的抗震计算,应当指出，等效侧力法对附属系统质量与楼层质量之比较大时，算出的结果趋于保守。因此当与建筑物刚接的刚性附属系统的重力超过所在楼层的1%，或弹性的或弹性连接的附属系统的重力超过所在楼层的10%时，不宜采用该方法，而宜采用楼反应谱程序计算附属系统的地震作用。,9.2 非结构构件的抗震计算,2.实例分析一冷风机组型号为39F D560，重量G=28.1 kN，高1.625 m，宽1.94 m，长8.755 m，属柜式设备。机组刚性安装于建筑物半高楼层，考虑刚性连接的情况，丙类建筑，烈度为8度。功能系数：按功能级别三级，取=0.6类别系数=1.5，连接状态系数=l，楼层位置系数=1.5，地震影响系数最大值=0.16，作用于附属系统重心的水平地震作用标准值F=0.61.5l1.50.1628.1=6.07 kN，验算地脚螺栓强度：设重心在楼面以上l m处，则水平地震作用的力矩为6.07l=6.07 kNm，按平面尺寸的短边取两排地脚螺栓问的距离1.94 m，则每排地脚螺栓应能承受6.07/1.94=3.13 kN的拉力。,9.2 非结构构件的抗震计算,9.2.2 楼面反应谱法1.计算表达式楼面反应谱是计算非结构构件和设备地震作用的有效方法。其中楼面反应谱为对于应于结构设计所用地面反应谱，即反映支承非结构构件的结构自身动力特性、非结构构件所在的楼层位置，以及结构和非结构阻尼特性对地面地震运动的放大作用。当采用楼面反应谱发时，非结构构件通常采用单质点模型，其水平地震作用标准值宜按下式公式计算：式中：，G与等效侧力法定义相同；非结构构件的楼面反应谱值，取决于设防烈度、场地条件、非结构构件与主 结构体系之间的周期比、值量比和阻尼，以及非结构构件在结构的支承位置、数量 和连接性质。,9.2 非结构构件的抗震计算,2.楼面反应谱楼面反应谱是安装在某楼面上的、具有不同自振周期和阻尼的单自由度系统对楼面地震运动反应的最大值的均值组成的曲线。楼面反应谱的发展经历了两个阶段。第一代楼面反应谱将不含附属系统的主系统的楼面反应作为输入，求具有不同自振周期的单自由度系统的反应谱，其优点是解耦，避免了求解主系统的运动方程。这种楼面反应谱仅对很轻的非结构构件能给出可靠的地震作用。由于它不考虑附属系统与主系统间的相互作用等4个影响因素，所得到的楼面反应谱有较大的误差，在某些情况下误差可达百分之几百。,9.2 非结构构件的抗震计算,这4个影响因素如下。(1)质量比。当附属系统与主系统楼层的质量比大于0.001时，附属系统对主系统相应楼层的反应有明显影响；否则可使用第一代楼面反应面谱。(2)谐振。当附属系统的自振周期与主系统的自振周期相等或接近时，两个系统将发生强烈的相互作用，出现“吸振器效应”，此时附属系统出现强烈的振动；而主系统的反应则大大减弱，同时主系统的自振周期将发生漂移。(3)非经典阻尼。当附属系统与主系统楼层的阻尼特性不一致时，联合系统具有非经典阻尼性质。在谐振的情况下，其影响不可忽视；此时主坐标中的阻尼矩阵不是对角阵，形成主坐标中的阻尼耦联运动方程，不能用基于杜哈梅积分的振型叠加法求解。(4)多支座激励。当附属系统在主系统不同楼层有支点时，不同支点间的相互运动还会引起附属系统中的附加内力，即“伪静力效应”。为克服第一代楼面反应谱的缺点，第二代楼面反应谱基于求解由主系统和安装在不同楼层上的单自由度附属系统组成的组合系统中附属系统的地震反应，这样就综合考虑了上述4个因素的影响，从而得到更可靠的楼面反应谱。GB 500112001建筑抗震设计规范对楼面反应谱的构成没有提出具体要求，但容许采用专门方法，可以采用第二代楼面反应谱计算程序FSAP。,9.2 非结构构件的抗震计算,研究楼面反应谱的目的是为附属系统的抗震设计。有了楼面反应谱，只要知道附属系统本身的特性(自振周期、质量和阻尼)就可查出其地震作用，而不需要分析主系统。但建立楼面反应谱时需要知道主系统的自振特性(自振周期、振型)，这些特性当建筑物抗震设计完成后都是已知的。应当说明，这里所说的设备抗震设计仅限于验算设备的支架、连接件或锚固件的抗震能力，不包括设备自身的抗震能力。这里所说的设备自振周期是指设备和支架、连接件或锚固件组成的子系统的自振周期。对于与楼层刚接的设备，则是指设备自身的自振周期。非结构构件地震作用效应一般应与自身重力产生的效应、支座相对位移产生的效应或其他效应进行基本组合。其中幕墙应考虑地震作用效应与风荷载效应的组合，而容器类尚应计及设备运转时的温度、工作压力等产生的效应。非结构构件的抗震验算应按各类结构构件的规定进行，但摩擦力不得作为抵抗地震作用的抗力，承载力抗震调整系数，连接件可采用1.0，其余可按有关标准的规定进行。,9.2 非结构构件的抗震计算,9.3 非结构构件的基本抗震措施,9.3.1 建筑非结构构件的基本抗震措施建筑非结构构件的抗震措施包括其的布置、造型和构造要求等，具体内容如下。1.结构体系相关部位的要求设置连接建筑构件的预埋件、锚固件的部位，应采取加强措施，以承受建筑构件传给结构体系的地震作用。2.非承重墙体的材料、选型和布置要求应根据设防烈度、房屋高度、建筑体型、结构层间变形、墙体抗侧力性能的利用等因素，经综合分析后确定。应优先采用轻质墙体材料，采用刚性非承重墙体时，其布置应避免使结构形成刚度和强度分布上的突变。楼梯间和公共建筑的人流通道，其墙体的饰面材料要有限制，避免地震时塌落堵塞通道。天然的或人造的石料和石板，仅当嵌砌于墙体或钢锚件固定于墙体，才可作为外墙体的饰面。,3.墙体结构体系的拉结要求墙体应与结构体系有可靠的拉结，应能适应不同方式的层间位移；8度、9度时结构体系有较大的变形，墙体的拉结应具有可适应层间变位的变形能力或适应结构构件转动变形的能力。4.砌体墙的构造措施砌体墙主要包括砌体结构中的后砌隔墙、框架结构中的砌体填充墙、单层钢筋混凝土柱厂房的砌体围护和隔墙、多层钢结构房屋的砌体隔墙、砌体女儿墙等，应采取措施(如柔性连接等)减少对结构体系的不利影响，并按要求设置拉结筋、水平系梁、圈梁、构造柱等加强自身的稳定性和与结构体系的可靠拉结。有关的具体要求详见GB 500112001建筑抗震设计规范的相应规定。5.顶棚和雨篷的构造措施各类顶棚、雨篷与主体结构的连接件，应有满足要求的连接承载力，足以承担非结构自身重力和附加地震作用。6.幕墙的构造措施玻璃幕墙、预制墙板等的抗震构造，应符合专门的规定。,9.3 非结构构件的基本抗震措施,9.3.2 建筑附属机电设备支架的基本抗震措施机电设备和设施的抗震措施，应根据抗震设防烈度、建筑使用功能、房屋的高度、结构类型和变形特征、附属设备所处的位置和运转要求等，经综合分析后确定。基本要求如下。1.小型没备无抗震设防要求下列附属机电设备的支架可无抗震设防要求。(1)重力不超过1.5 kN的设备；(2)内径小于25 mm的煤气管道和内径小于60 mm的电气配管。(3)矩形截面面积小于0.38 m2圆形直径小于0.70 m的风管。(4)吊杆计算长度不超过300 mm的吊杆悬挂管道。,9.3 非结构构件的基本抗震措施,2.建筑附属设备的布置不应设置在可能导致使用功能发生障碍等二次灾害的部位；对于有隔振装置的设备，应注意强烈振动对连接件的影响，并防止设备和建筑结构发生共振现象。对丙类建筑，应使建筑附属设备在遭遇设防烈度地震影响后能迅速恢复运转。3.管道地震时各种管道的破坏，主要是其支架之间或支架与设备相对移动造成接头损坏。合 理设计各种支架、支座及其连接，包括采取增加接头变形能力的措施是有效的。管道和设备与结构体系的连接，应能允许二者间有一定的相对变位。管道、电缆、通风管和设备的大洞口布置不合理，将削弱主要承重结构构件的抗震能力，必须予以防止；对一般的洞口，其边缘应有补强措施。,9.3 非结构构件的基本抗震措施,4.机座和连接件建筑附属机电设备的支架应具有足够的刚度和强度，其与结构体系应有可靠的连接和锚固；建筑附属机电设备的基座或连接件应能将设备承受的地震作用全部传递到结构上。结构体系中，用以固定建筑附属机电设备预埋件、锚固件的部位，应采取加强措施，以承受附属机电设备传给结构体系的地震作用。5.高位水箱 建筑内的高位水箱应与所在结构可靠连接，高烈度时尚应考虑其对结构体系产生的附加地震作用效应。6.重要设施 在设防烈度地震下需要连续工作的建筑附属设备，包括烟火检测和消防系统，其支架应能保证在设防烈度地震时正常工作，重量较大的宜设置在结构地震反应较小的部位；相关部位的结构构件应采取相应的加强措施。,9.3 非结构构件的基本抗震措施,1.非结构构件主要包括哪些内容？2.非结构构件地震作用的计算方法有哪几种？各适用于什么情况？3.什么是楼面反应谱？第一代楼面反应谱与第二代楼面反应谱存在什么差别？4.建筑非结构构件的基本抗震措施有哪些要求？,9.4 习 题,