摘要：工程設(shè)計中，建設(shè)單位出于對外圍護墻體堅固耐久、安全美觀等方面的考慮，要求墻體采用砌體結(jié)構(gòu)。門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)外圍護墻體采用砌體結(jié)構(gòu)時如何進行抗震設(shè)計，本文結(jié)合STS計算軟件的使用對此進行相關(guān)探討。
　　關(guān)鍵詞：門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)，砌體外圍護墻，抗震設(shè)計
　　1. 門式剛架的構(gòu)造措施
　　《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS102:2002中，1.0.2條說明，門式剛架輕型房屋的外墻可采用砌體，此時應(yīng)符合本規(guī)程第4.4.3條的規(guī)定，即門式剛架輕型房屋的外墻，當(dāng)抗震設(shè)防烈度不高于6度時，可采用嵌砌或非嵌砌砌體(砌在鋼柱外側(cè)的砌體)；當(dāng)抗震設(shè)防烈度為7度、8度時，可采用非嵌砌（貼砌）砌體，在構(gòu)造上與剛架柱保持柔性連接。但規(guī)范沒有細(xì)致說明兩個不同性質(zhì)材料如何協(xié)同變形，應(yīng)采取哪些必要的構(gòu)造措施。砌體與剛架柱的連接，影響整個結(jié)構(gòu)的動力性能與抗震能力。兩者之間的連接處理不同時，影響也不同。出于砌體墻與鋼柱的變形剛度不同及墻體穩(wěn)定性要求兩方面考慮，在設(shè)計時可以采用如下兩種處理方法：其一是把砌體墻與鋼柱脫開一定距離（可以根據(jù)柱頂位移大小確定），這時在水平力作用下各自變形，互不影響，但磚墻必須滿足高厚比的要求，同時墻體內(nèi)構(gòu)造柱和圈梁設(shè)置要滿足非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的構(gòu)造要求。其二是做成柔性拉結(jié)，常見的是在柱上間距500焊一對螺母，將鋼筋折彎，一部分插入螺母，一部分埋入磚墻，另外還有Z形連接件、V形連接件連接等。這時鋼柱可以成為磚墻平面外穩(wěn)定的側(cè)向支點，磚墻的高厚比比較容易滿足，而且墻體不妨礙柱沿縱向的水平位移。此時可只考慮墻體的重量而不計其剛度和強度的影響。砌體填充墻的不合理設(shè)置大致如下：柱間的填充墻不到頂，或在柱間局部高度砌墻，限制剛架柱的變形，使這些柱處于短柱狀態(tài)，導(dǎo)致其剪切破壞，應(yīng)予以重視。
　　1.1控制剛架的柱頂位移
　　這是最通常有效的防止磚砌體開裂的做法。門式剛架的柱頂位移設(shè)計值的限值：無吊車情況，當(dāng)采用砌體墻時，柱頂位移限值為：h/240。根據(jù)2004年4月《中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會建筑鋼結(jié)構(gòu)委員會》在唐山召開的《全國建筑鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)大會》的論文集中的CECS102:2002勘誤，第12頁，表3.4.2-1無吊車情況，當(dāng)采用砌體墻時，柱頂位移限值應(yīng)為h/240，原1/100錯誤，特此說明。
　　1.2墻體通過與剛架柱柔性連結(jié)
　　這樣可以保證墻體穩(wěn)定，防止墻體開裂。一般說來，門式鋼架結(jié)構(gòu)的砌體圍護墻是直接落地的，用墻下基礎(chǔ)梁或條形基礎(chǔ)承擔(dān)墻體自重，砌體圍護墻本身滿足砌體的受壓和高厚比，保證穩(wěn)定性；在構(gòu)造上與剛架柱采用柔性連接，順利傳遞風(fēng)載即可。
　　2門式剛架的抗震設(shè)計
　　《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2001第3.7.4規(guī)定，砌體圍護墻應(yīng)考慮對結(jié)構(gòu)抗震的不利影響，避免采用不合理設(shè)置而導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)的破壞。第13.2.1規(guī)定，地震作用計算時，應(yīng)計入支承與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的建筑構(gòu)件的重力。對柔性連接的建筑構(gòu)件，可不計入剛度；對嵌入抗側(cè)力構(gòu)件平面內(nèi)的剛性建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，可采用周期調(diào)整等簡化方法計入其剛度的影響；一般情況下不計入其抗震承載力，當(dāng)有專門的構(gòu)造措施時，尚可按有關(guān)規(guī)定計入其抗震承載力。支承非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，應(yīng)將非結(jié)構(gòu)構(gòu)件地震作用效應(yīng)作為附加作用對待，并滿足連接件的錨固要求。門式剛架輕型廠房一般不用考慮地震作用。對于用砌體墻作圍護結(jié)構(gòu)的門式剛架輕型廠房，由于墻體比較高，質(zhì)量比較大，在水平地震作用下墻體對剛架產(chǎn)生的水平力對柱的內(nèi)力影響比較大.一般不能忽略。新版的STS已經(jīng)考慮這類附加重量作用的問題,通過比較，計算柱彎矩時，考慮墻體的附加重量作用要比不考慮的大20%左右。砌體結(jié)構(gòu)的墻體抗震性能比彩鋼墻面差的多，在計算上我們必須慎重，在概念上要把握好。在STS中，通過在附加信息-----附加重量里,把砌體墻體的部分自重簡化到柱頂上來考慮地震作用下砌體墻對鋼柱的影響。在設(shè)計基礎(chǔ)時，如果砌體墻下設(shè)條形基礎(chǔ)，自重不傳給柱腳，就不考慮這部分附加重量；如果砌體墻下設(shè)基礎(chǔ)梁，自重傳給柱腳，就必須考慮這部分附加重量；如果STS能把梁柱自重放大系數(shù)分開定義，那么也可以通過修改柱子自重放大系數(shù)來達到目的，但這樣就會增加柱的軸力，這與實際受力狀況會有些差異，較大的軸力對于輕鋼結(jié)構(gòu)剛架柱的影響是比較大的。在實際工程設(shè)計中考慮地震作用或者說需要知道地震對結(jié)構(gòu)的影響的時候，把附加重量加上；不考慮地震作用的時候，可以把附加重量刪除，按正常步驟進行設(shè)計；操作上還是可以實現(xiàn)的，雖然說不是很精確，但是能夠大致反映結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。STS平面2維計算不能考慮平面外（縱向）的荷載作用，如果想分析，還需要人工進行設(shè)計計算�？蓞⒄铡督ㄖ�抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2001附錄J單層鋼筋混凝土柱廠房縱向抗震驗算的有關(guān)規(guī)定進行。常見的砌體圍護墻連接設(shè)計是參照國家標(biāo)準(zhǔn)圖集《建筑物抗震構(gòu)造詳圖（鋼筋混凝土柱單層廠房）》（04G329-8），沿鋼柱間距500設(shè)置φ6或φ8的拉筋伸入圍護墻體。用STS驗算時，不能忽略砌體圍護墻的影響。因為剛架結(jié)構(gòu)在沒有其他外力的情況下即使是安全的，當(dāng)加了墻體傳來的荷載時，就不一定安全，尤其是在高地震區(qū)更加危險。在這種情況下，砌體墻與鋼柱靠鋼筋拉結(jié)聯(lián)系時，如果墻內(nèi)沒有設(shè)置連系梁，砌體墻的重力一般不傳給鋼柱，而是直接傳到基礎(chǔ)梁或條形基礎(chǔ)上。只有水平力（如風(fēng)荷載，地震作用等）通過拉結(jié)鋼筋傳到鋼柱上。形成對鋼柱的水平作用。另一方面，也可以在所計算的剛架外側(cè)增加一跨來布置附加重量，此時附加一跨梁柱的兩端均設(shè)為鉸接，這樣也可以實現(xiàn)地震作用下砌體墻對鋼柱的影響。在STS中附加重量與恒荷輸入的差異比較如下：
　　恒荷：永久作用在結(jié)構(gòu)上的荷載；附加重量：正常使用情況下不作用于結(jié)構(gòu)上，但是在地震作用下，其水平剪力需要由剛架來承擔(dān)。
　　組合1：1.2恒+1.4活+0.6x1.4風(fēng)；
　　組合2：1.2（恒+0.5活）+1.3地震；僅“1.3地震”這一項力計算附加重量。
　　3砌體圍護墻的的抗震設(shè)計
　　《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2001第13.2.2規(guī)定，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的地震作用計算方法，應(yīng)符合下列要求：墻體的地震力應(yīng)施加于其重心，水平地震力應(yīng)沿任一水平方向。一般情況下，墻體自身重力產(chǎn)生的地震作用可采用等效側(cè)力法計算。采用等效側(cè)力法時，水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值宜按下列公式計算：F=γ•η•ξ1•ξ2•αmax•G；式中F-----沿最不利方向施加于非結(jié)構(gòu)構(gòu)件重心處的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值；γ---非結(jié)構(gòu)構(gòu)件功能系數(shù)，由相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)建筑設(shè)防類別和使用要求等確定；η---非結(jié)構(gòu)構(gòu)件類別系數(shù)，由相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)構(gòu)件材料性能等因素確定；ξ1---狀態(tài)系數(shù)；對預(yù)制建筑構(gòu)件、懸臂類構(gòu)件、支承點低于質(zhì)心的任何設(shè)備和柔性體系宜取2.0，其余情況可取1.0；ξ2---位置系數(shù)，建筑的頂點宜取2.0，底部宜取1.0，沿高度線性分布；αmax--地震影響系數(shù)最大值；可按本規(guī)范第5.1.4條關(guān)于對于地震的規(guī)定采用；G--非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重力。
　　4.砌體圍護墻的的基本抗震措施
　　墻體需滿足非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震要求�！督ㄖ�抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2001第13.3規(guī)定，建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的基本抗震措施如下：砌體外圍護墻體的預(yù)埋件、錨固件的部位，應(yīng)采取加強措施，以承受墻體傳給主體結(jié)構(gòu)的地震作用。砌體的砂漿強度等級不應(yīng)低于M5。墻體的布置，應(yīng)避免使結(jié)構(gòu)形成剛度和強度分布上的突變。沿縱向宜均勻?qū)ΨQ分布。墻體與主體結(jié)構(gòu)應(yīng)有可靠的拉結(jié)，應(yīng)能適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)不同方向的層間位移；8、9度時應(yīng)具有滿足層間變位的變形能力，與懸挑構(gòu)件相連接時，尚應(yīng)具有滿足節(jié)點轉(zhuǎn)動引起的豎向變形的能力，宜滿足在設(shè)防烈度下主體結(jié)構(gòu)層間變形的要求。砌體墻應(yīng)采取措施減少對主體結(jié)構(gòu)的不利影響，并應(yīng)設(shè)置拉結(jié)筋，水平系梁、圈梁、構(gòu)造柱等與主體結(jié)構(gòu)的可靠拉結(jié)：墻體與主體宜脫開或柔性連接，并應(yīng)采取措施使墻體穩(wěn)定。拉接可采用Z、v型連接板，且砌體應(yīng)和鋼柱有一段距離(一般為50mm為宜)，但也不盡相同，要根據(jù)鋼柱頂部位移確定；因為門鋼柱頂位移為1/240（無吊），因此無嵌固式須離墻體一段距離，否則，會出現(xiàn)鋼柱變形后把墻體推倒（即使設(shè)置了連接也會把連接件撕裂）。外圍護墻體宜采用外貼式并與柱可靠拉結(jié)。砌體圍護墻宜在柱頂處設(shè)圈梁一道；8、9度時應(yīng)按上密下稀的原則每隔4m左右在窗頂設(shè)置一道圈梁。門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)采用砌體外圍護墻時的抗震設(shè)計，必須從抗震計算及構(gòu)造措施兩方面入手，在計算上必須概念清晰，模型正確；在構(gòu)造措施上必須予以足夠重視，同時加強連接措施及墻體自身的抗震措施。切實保證主體結(jié)構(gòu)及墻體結(jié)構(gòu)的安全。
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