抗震区多层钢结构的抗震设计.ppt
上海绿地建设设计研究院有限公司,8度抗震区多层钢结构的抗震设计,-绿地土桥小学设计心得,上海绿地设计,【摘要】以都江堰绿地土桥小学教学楼的结构抗震设计为例，运用结构抗震的概念设计原理，介绍多层钢结构在8度抗震设防地区的抗震设计和措施，总结了设计中常见问题的注意事项。,【关键词】多层钢结构；8度设防；抗震概念设计；结构体系；设计细节。,摘要、关键词,上海绿地设计,一、绪论：“5.12”汶川大地震给当地人民群众生命财产造成巨大损失。从受灾情况看，震区建筑大多为砖混(凝土)建筑，楼板和屋面采用混凝土预制件则是地震中的最大杀手。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。,因此，在震区重建中，我们必须考虑建筑结构和材料问题。,绪论,上海绿地设计,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，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130m，用地面积约15950，场地东侧靠近灌温路，交通方便。,规划小学12班，学生540人，新建校舍建筑面积约4433.5，其中：三层（局部四层）综合教学楼3748，食堂及生活辅房618，警卫室36，消防水泵房31.5。运动场包含200米环形塑胶跑道一座。,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。,概况,上海绿地设计,鸟瞰图,上海绿地设计,三、模型信息1、建筑结构布置和选型1.1 建筑结构布置,三、模型信息：,1、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U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）、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），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。在“5.12”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；立面简洁、整齐，有利于抗震。,模型信息,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,1.2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制的PKPM系列STS、SATWE多层版建筑结构分析与设计软件。1.2.1 计算模型的建立 取标高0.500（基础杯口）以上部分作为研究对象。,计算程序,2、结构信息：2.1 抗震设防,上海绿地设计,表1 抗震设防信息,抗震设防信息,上海绿地设计,表2 其它计算参数,其它计算参数,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,上海绿地设计,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,上海绿地设计,3.2.2 有效质量参与系数,本文对结构选取9个振型参与组合时对应的有效质量参与系数如下：,X方向的有效质量系数：,Y方向的有效质量系数：,满足抗震规范条文说明中规定的：“振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量的90所需的振型数”。,98.41；,91.79；,有效质量参与系数,上海绿地设计,从计算结果中看出，X、Y方向本层侧移刚度与上一层相应侧移刚度70%的比值或上三层平均侧移刚度80%的比值中较小值为:1.11，各层侧向刚度无突变。,3.3 各层侧移刚度及层刚度比,侧移刚度,上海绿地设计,在X方向地震力作用下，上部结构底层的剪重比为:8.52%；在Y方向地震力作用下，上部结构底层的剪重比为:10.32%；抗震规范(5.2.5)条要求的楼层最小剪重比为:3.20%。,3.4 最小剪重比,剪重比,上海绿地设计,3.5层间位移角和位移比 本结构属于钢框架结构，按照抗震规范条要求，故采用1/300的位移角限值来严格控制其抗震变形。由计算结构可知，最大层间位移角 X方向为:1/314（第一层），Y方向为:1/427（第一层），均小于1/300，满足规范要求。本结构最大层间位移比，X方向为:1.41，Y方向为:1.17，均满足规范规定要求小于1.5。,位移角和位移比,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,上海绿地设计,2、主梁与柱连接采用固接：,主梁与柱,上海绿地设计,3、主梁与次梁连接采用铰接：,主梁与次梁,上海绿地设计,4、楼板设计：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1.0h，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，涂层厚度1.0，涂料理论用量为：1.61.7/，折合造价为：91元/，压型钢板折合造价为：98元/，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。建模时，非组合楼板用等效刚度的混凝土楼板代替。,楼板设计,上海绿地设计,5、屋面设计：本工程屋面大部分为覆彩钢坡屋面，坡度21.8。当地学校建筑大多以坡屋面为主，上铺水泥瓦。在“5.12”地震时，多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“川西北民居”风格，本设计屋面采用大片灰色镀锌钢板(0.5厚），避免了地震中屋面瓦的脱落，同时减轻屋面自重，有利于抗震。,屋面设计,上海绿地设计,五、结论：“5.12”汶川大地震灾后重建项目土桥小学目前已设计、施工完成，并成功投入使用。该项目对震后重建中针对8度抗震设防要求，如何选择结构形式进行了有益的探讨，并成为钢框架结构在灾后重建中优于混凝土框架结构的一个很好的实例证明。,结论,上海绿地设计,1、从用钢量上比较：土桥小学教学楼（钢框架结构），建筑面积1303，总用钢量137.455t，折合用钢量105/；同等建设规模的土桥小学实验楼采用钢筋混凝土框架结构，用钢量为105/。,2、从建设速度比较：土桥小学教学楼比土桥小学实验楼建设速度要快50%，节省了很多时间成本，全部工程周期为143天。,3、从结构自重及对基础的影响比较：土桥小学教学楼比土桥小学实验楼结构轻50%以上，对抗震更为有利，基础处理、运输量的成本也会下降。,4、从柱子截面及对建筑空间的影响比较：土桥小学教学楼比土桥小学实验楼的柱子截面小，增加了约5%的空间面积。,结论,上海绿地设计,1 建筑抗震设计规范（GB50011-2001）（2008年版）S.北京：中国建筑工业出版社，2008.2 钢结构设计规范(GB50017-2003)S.北京：中国建筑工业出版社，2003.3 高层民用建筑钢结构技术规程（JGJ99-98）S.北京：中国建筑工业出版社,1998 4 多、高层民用建筑钢结构节点构造详图（01SG519）M.中国建筑标准设计研究所，2001.5 全国民用建筑工程设计技术措施结构M.北京：中国计划出版社，2003.2.6 刘其祥,蔡益燕,朱知信,顾泰昌.多高层房屋钢结构梁柱刚性连接节点的抗震设计J.建筑结构，2001,(8).7 蔡益燕.考虑塑性铰外移的钢框架梁柱连接设计J.建筑结构，2004.(2).,参考文献:,参考文献,上海绿地设计,土桥小学原有大门,上海绿地设计,土桥小学原有建筑,上海绿地设计,土桥小学原有建筑,上海绿地设计,土桥小学原有建筑,上海绿地设计,入学仪式,上海绿地设计,入学仪式全景,上海绿地设计,综合楼,上海绿地设计,教学楼,上海绿地设计,行政楼,上海绿地设计,实验楼,上海绿地设计,食堂,上海绿地设计,谢 谢,
