摘要：钢筋混凝土框排架体系分为钢筋混凝土框架与排架侧向连接组成的侧向框排架结构厂房、下部为钢筋混凝土框架，上部顶层为排架的竖向框排架结构厂房。【1】近年来，由于工艺流程和设备布置的需要，此两种框排架结构体系在工业厂房中使用较为广泛。但随着工艺流程和业主的要求，结构平面和空间布置越来越复杂。在普通烈度地区，此类型结构各方面的抗震性能表现尚可，但在高烈度地震区，此种竖向不规则的框排架结构的抗震性能已基本不能满足规范的相关要求，多处出现异常情况。本文通过对作者所设计的一个工程项目实例，探讨和分析了在高烈度地震区，竖向不规则框排架结构设置框架柱间钢支撑的必要性、设置钢支撑后各方面抗震性能表现以及对钢支撑设计及注意事项做了一些建议，可为结构设计人员提供参考。
1. 工程概况
图1 车间平面图
图2 车间剖面布置图
工程为某大型造纸厂的化机浆车间，位于福建漳州，该地区抗震设防烈度8度(0.2g)，设计地震分组第三组，场地类别为Ⅱ类，设计特征周期为0.45S。车间长147.4米，主跨36米，副跨12米，车间内设置两台50T行车。车间主跨柱顶标高36.000m，屋面为钢桁架，支座与柱顶铰接。车间共设有两处伸缩缝，三个区段，如图1所示;本分析模型取自6-13轴间的第2区段，模型两端部均无山墙柱，主跨在标高10.000m及18.500m设有楼面，副跨分别在10.000m、16.500m、21.4000m 设有楼屋面。剖面为竖向不规则的框排架结构如图2所示。
2. 计算模型及结果分析
2.1 不设钢支撑的竖向框排架结构的抗震性能模型分析
1. 各烈度下的结构基本周期(各烈度周期动力特性均相同，表均取前6个周期)
表1结构周期及振型方向(强刚)
2. 各烈度下结构的层刚度比
表2楼层刚度及刚度比(强刚)
3. 各烈度下结构的位移比
各烈度下各工况各层的位移比及层间位移比相同，所有工况中结构在X向正偏心静震工况作用下的层间位移比超过规范限值。如下表：
表3X向正偏心静震(规定水平力)工况的位移
4. 各烈度下全楼各层梁、柱截面配筋
表4各烈度下计算钢筋用量分层统计表(吨)
由表1~表4的分析数据可知：从抗震性能方面来看：该区段由于首层楼面标高较高，二层楼面仅部分设置，为大开洞情况，层高也较高，层间刚度不满足规范要求，第三层为副跨对于整个结构体系偏心设置，层间位移比不满足规范要求;从截面配筋及用钢量来看：(截面大小均相同情况下)设防烈度为6~7度时，结构梁柱截面配筋都在正常值范围，用钢梁增加不多，当烈度达到8度以后，用钢量明显上升，特别是首层框架柱的用钢量达低烈度时的2.5倍左右，整个首层柱多处出现柱超配筋的情况。
2.2 设置带钢支撑的竖向框排架结构的抗震性能模型分析
对首层框架部分设置了钢支撑的本项目第2区段计算模型在二组高烈度8度(0.2g)、8度(0.3g)下的进行计算分析(YJK软件)，抗震表现及分析结果如下：
1. 各烈度下的结构基本周期(各烈度周期动力特性均相同，表均取前6个周期)
表5结构周期及振型方向(强刚)
2. 各烈度下结构的层刚度比
表6楼层刚度及刚度比
3. 各烈度下结构的位移比
表7X向正偏心静震(规定水平力)工况的位移
4.各高烈度下全楼各层梁、柱截面配筋
表8带钢支撑的竖向框排架钢筋用量分层统计表(吨)
由表5~表7的分析结果可以看出，设置框架柱间钢支撑后，结构在地震作用下的动力特性方面发生了变化：1)第一周期的方向发生了改变。由于在厂房首层9~10轴交A轴、E轴处纵向框架柱间设置了双层型钢格构支撑，使得结构X方向的刚度增大，动力特性调整为Y方向为第一周期方向，这样和结构柱截面高度方向一致。2)结构的平面和竖向不规则的情况得到明显改善。楼层侧向刚度比和楼层位移及层间位移均已调整均匀，满足抗震规范要求。如图3所示。结构的用钢量方面：表8相对于表4相应八度区的用钢量减小至80%，其中柱截面配筋减小至74.8%。但随着加速度的增大，地震增强，截面不变的情况下，柱用钢量明显增加至35%，证明此时仅靠柱间钢支撑的调节效果有限，需进一步加大柱截面及支撑刚度来加强抗震。
图3 设置混凝土框架柱间支撑前后层间位移比简图
3. 分析总结及设计建议
通过对带钢支撑的竖向框排架结构的抗震性能数据分析，可得知，对高烈度地震区的竖向不规则，平面不规则的框排架结构，可以通过在适当部位设置适量的混凝土框架柱间支撑来改善整个结构体系的动力特性，改善结构的抗震性能，且钢支撑的设置对降低梁柱截面配筋起到了明显的经济效果，可供设计师参考。
另外在设置柱间支撑时需要注意两点：
一是：应避开工艺设备和管道及建筑大门，各专业事先协调;
二是：支撑的刚度和形式应设置合理：从以往震害表明，支撑的破坏主要是支撑杆件压屈，拉断，节点连接钢板太薄而压弯，致使产生裂缝拉脱、埋件锚筋拉出的现象。【2】设计时应设置足够的预埋件锚筋;加强支撑端部与预埋件的连接，节点连接强度应大于杆件强度;支撑截面形式可考虑格构式型钢支撑加强刚度，断面应按压杆控制其长细比。
三是：支撑在首层的设置部位不应设置在地面以上，这样容易导致在地震作用下，与支撑连接的节点以下至基础顶面部分容易短柱，造成柱截面配筋增大或受剪破坏，应将连接点设置在柱中心线与承台顶面的汇交点上。
四是：与支撑相连的框架柱应加强截面配筋及构造措施，保证其在地震作用下支撑的破坏先于框柱的破坏，其应加强其延性，建议加大柱截面及配筋的同时箍筋全高加密。
参考文献
建筑抗震设计规范(2016年版)GB50011-2010
李明 陈扬骥 支撑体系在厂房抗震中的作用 《工程力学》2000年
相关资料推荐：
知识点：竖向不规则框排架结构设计
0人已收藏
0人已打赏
4人已点赞
全部回复（0）
主题
回复
混凝土结构
140.16 万条内容 · 2193 人订阅
阅读下一篇
建筑物的含钢量，又称为单位面积的钢筋含量，是钢筋总量与建筑面积的比值。建筑含钢量一般与房屋用途、房屋高度、结构类型和抗震等级等有一定的关系。比如，抗震等级可以直接影响搭接和锚固的长度，从而影响钢筋总量，一味地追求钢筋最低含量是不明智的，特别是在钢筋价格比较低的时期。新规范对60多个不同类型的工程进行了统计，比如说7度抗震，二类场地的框架结构，钢筋为45-50kg/㎡，框剪结构为50-55kg/㎡，剪力墙结构为55-60