鋼結(jié)構(gòu)排架縱向地震力計(jì)算分析

李寧瑞

【摘要】本文對(duì)鋼結(jié)構(gòu)排架縱向地震力計(jì)算展開分析探討，并以某實(shí)際工程項(xiàng)目作為案例，希望能為同行提供一點(diǎn)幫助。

【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)排架；縱向地震力；計(jì)算；分析

地震是破壞性嚴(yán)重的自然災(zāi)害，在發(fā)生之前具有難以預(yù)料性，會(huì)對(duì)人的生命安全、財(cái)產(chǎn)安全造成一定損害，因而加強(qiáng)地震預(yù)防至關(guān)重要。在工廠廠房施工設(shè)計(jì)過程中，鋼結(jié)構(gòu)排架具有廣泛的應(yīng)用，該結(jié)構(gòu)本身具有剛度不均等方面的特性，難以保障其良好的力學(xué)性能，一旦地震來臨，容易造成塌陷，從而引起不必要的安全事故。為此，有必要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)排架縱向地震力計(jì)算進(jìn)行分析，希望促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)排架力學(xué)穩(wěn)定性的不斷提高。

一.工廠廠房概述

某工廠廠房采用鋼結(jié)構(gòu)排架設(shè)計(jì)，在廠房設(shè)計(jì)過程中，使用年限應(yīng)大于50a，廠房應(yīng)切實(shí)具有良好的抗震性能，抗震等級(jí)也應(yīng)切實(shí)滿足I級(jí)要求。該工廠廠房的結(jié)構(gòu)平面圖如下圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)平面圖

二.結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析

根據(jù)SAP2000對(duì)鋼結(jié)構(gòu)排架進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，得到相應(yīng)的質(zhì)量參與系數(shù)，具體的結(jié)論如下表1所示。

表1 鋼筋混凝土主廠房振型質(zhì)量參與系數(shù)

根據(jù)上表1的計(jì)算結(jié)果，我們能夠得知以下結(jié)論：第一，I階振型周期為2.01s，表示其為橫向平動(dòng)，質(zhì)量參數(shù)相對(duì)于其他來說較高，能夠達(dá)到82%。第二，II階振型周期為1.48s，表示其為縱向平動(dòng)，質(zhì)量參數(shù)達(dá)到了68%，并出現(xiàn)了Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象。第三，III階振型周期為1.10s，表示其為Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算過程中，對(duì)于結(jié)構(gòu)抗震具有較為不利的影響。

三.罕遇地震下結(jié)構(gòu)彈塑性時(shí)程計(jì)算分析

（一）材料

材料主要包括鋼筋和混凝土兩部分組成。其中，下圖3表示鋼筋三線性模型，在實(shí)際分析計(jì)算的過程中，充分考慮剛度退化等方面造成的影響，并對(duì)實(shí)際連接滑移效果進(jìn)行有效分析[1]。對(duì)于混凝土而言，下圖4表示混凝土的骨架曲線，混凝土的構(gòu)架模型非常符合抗震中心的設(shè)計(jì)需求。

圖3 鋼筋的clough三線性模型

圖4 混凝土骨架曲線

（二）構(gòu)件損傷

在鋼結(jié)構(gòu)排架設(shè)計(jì)計(jì)算過程中，應(yīng)對(duì)構(gòu)件損傷方面加以有效判斷，包括鋼筋拉應(yīng)變等方面。在構(gòu)件損傷程度判斷中，應(yīng)遵循變形程度和構(gòu)建實(shí)際性能之間的關(guān)系，做出科學(xué)合理的判斷[2]。概括來說，構(gòu)件損傷包括以下幾個(gè)方面：第一，當(dāng)構(gòu)件變形僅僅局限于屈服位移，此時(shí)損傷程度為輕微損傷。第二，當(dāng)構(gòu)件超過屈服位移，此時(shí)開始達(dá)到近似極限荷載，此時(shí)我們可以將這種情況看做中度損傷。在中度損傷發(fā)生的過程中，構(gòu)件的功能不會(huì)完全被破壞，因而鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件也不會(huì)產(chǎn)生垮塌等現(xiàn)象，相對(duì)來說此時(shí)地震帶來的危害仍不是很大，人仍然處于較為安全的狀態(tài)。第三，當(dāng)構(gòu)件變形已經(jīng)超過一定的極限值，此時(shí)構(gòu)件變形相當(dāng)嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)此時(shí)處于即將垮塌的狀態(tài)。第四，構(gòu)件變形遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過極限承受的范圍，此時(shí)構(gòu)件變形垮塌相對(duì)較為嚴(yán)重。

根據(jù)構(gòu)件損傷相關(guān)的分析，我們能得出以下結(jié)論：第一，對(duì)于構(gòu)件沒有出現(xiàn)較為嚴(yán)重?fù)p傷的現(xiàn)象，如果沒有出現(xiàn)非常嚴(yán)重的破壞，結(jié)構(gòu)構(gòu)件能切實(shí)具備一定的承載力，不會(huì)產(chǎn)生過大的損壞。第二，對(duì)于剛結(jié)構(gòu)排架而言，在錯(cuò)層、煤斗層等部位，容易出現(xiàn)柱損傷，柱損傷的出現(xiàn)，由于框架本身具有的彈性作用，仍然能夠提供拉力，因而起到一定的支撐作用。

四.鋼結(jié)構(gòu)排架縱向地震力分析

根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)縱向地震力實(shí)驗(yàn)，我們通過對(duì)其有效分析，能夠切實(shí)得出下述結(jié)論：第一，工廠廠房內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)來說錯(cuò)層較多，而一旦錯(cuò)層較多，在受到地震作用的情況下，層間位移角容易產(chǎn)生變化，并引發(fā)薄弱層的形成，薄弱層一旦形成，承受荷載的能力將會(huì)大大降低，非常不利于抗震，為此應(yīng)對(duì)薄弱層進(jìn)行重點(diǎn)抗震設(shè)計(jì)，消除地震帶來的影響[3]。第二，通常來說，錯(cuò)層、煤斗層以及底層部位構(gòu)件損傷相對(duì)較為嚴(yán)重，但是絕大多數(shù)損傷仍不會(huì)造成極其惡劣的影響，因?yàn)榇蠖鄶?shù)是中度損傷。但是，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，也應(yīng)充分滿足設(shè)計(jì)的規(guī)范要求，這樣才能將中度損傷得以有效控制，第三，鋼結(jié)構(gòu)排架通過一定的柱間支撐，能夠切實(shí)滿足結(jié)構(gòu)剛性需求，也更利于抗震。在鋼結(jié)構(gòu)排架抗震力分析計(jì)算過程中，還需要進(jìn)一步的探索，以促進(jìn)抗震性能的真正得以有效實(shí)現(xiàn)。

結(jié)語：

本文淺要分析探討鋼結(jié)構(gòu)排架縱向地震力計(jì)算，并提出了自己的一些看法。在工廠廠房建設(shè)過程中，鋼結(jié)構(gòu)排架具有較為廣泛的應(yīng)用。為切實(shí)提高鋼結(jié)構(gòu)排架的力學(xué)性能，有效避免地震帶來的構(gòu)件損傷，應(yīng)切實(shí)加強(qiáng)這方面的抗震設(shè)計(jì)，只有這樣，才能有利于鋼結(jié)構(gòu)排架結(jié)構(gòu)形式的進(jìn)一步推廣應(yīng)用，促進(jìn)我國工業(yè)化水平的不斷提高。

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[3]蔣理，江科文.單層抽柱鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)分析[J].重慶建筑，2010，（3）：32-35.