李 曉 鑫

(山西省化工設(shè)計(jì)院，山西 太原 030024)

鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

李 曉 鑫

(山西省化工設(shè)計(jì)院，山西 太原 030024)

分析了鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及理論方面的研究現(xiàn)狀，結(jié)合相關(guān)規(guī)范的具體條文，闡述了鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的不足，并總結(jié)了具體的解決方式，以滿足鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特殊要求。

排架結(jié)構(gòu)，荷載，鋼結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)

1 鋼筋混凝土排架設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀

目前鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)分析方面仍面臨很多挑戰(zhàn)，為能解決這些可能遇到的問題，很多學(xué)者對鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上做了研究。在唐山大地震中，大多數(shù)以鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)為主的工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)柱破壞，造成很大的損失和傷亡，此后,我國學(xué)者鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)開始進(jìn)行深入的分析與研究。研究的內(nèi)容如下：

地震局工程力學(xué)研究所[1]對排架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有機(jī)玻璃模型的具體分析；李樹禎等采用彈塑動(dòng)力時(shí)程分析方法對橫向單棍的排架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,認(rèn)為鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)用普通的設(shè)計(jì)方法可滿足抗震的基本要求,但從概率角度出發(fā)，其可靠度相對較低，地震作用下部分構(gòu)件可能超過強(qiáng)度而嚴(yán)重破壞,“強(qiáng)柱弱梁”整體廠房還做不到；西安建筑科技大學(xué)共同對變柱變梁異型平面節(jié)點(diǎn)、鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)柱和帶直交梁空間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究,研究結(jié)果表明：提出了長柱、短柱、普通混凝土柱以及異型節(jié)點(diǎn)承載力在高強(qiáng)混凝土上的計(jì)算公式,為改善節(jié)點(diǎn)區(qū)的配筋及高強(qiáng)混凝土在工程中應(yīng)用提供了理論依據(jù)；目前彈性扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的研究已趨于成熟,各國的規(guī)范對結(jié)構(gòu)的彈性扭轉(zhuǎn)效應(yīng)都有各自的計(jì)算方法。對于結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性扭轉(zhuǎn),由于塑性扭轉(zhuǎn)效應(yīng)涉及到對整體結(jié)構(gòu)的空間彈塑性分析的問題,其在這一領(lǐng)域問題較為明顯，為鋼筋混凝土排架等結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題。

從總體上講,在鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及理論方面，通過理論研究分析取得了許多有益的結(jié)論。但目前排架結(jié)構(gòu)的研究重點(diǎn)仍處于對平面和彈性階段的研究和分析,目的是能將空間計(jì)算問題盡量簡化為平面的簡單問題計(jì)算。由于鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)的自身復(fù)雜性、專業(yè)性和特殊性，當(dāng)前仍然有很多問題有待解決，如：塑性扭轉(zhuǎn)效應(yīng)和非線性分析問題；當(dāng)前抗震性能的試驗(yàn)在鋼筋混凝土排架整體結(jié)構(gòu)領(lǐng)域進(jìn)行較少，在排架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，抗震設(shè)防的理論有待進(jìn)一步完善；在排架結(jié)構(gòu)處于塑性區(qū)后,其抗震能力發(fā)生變化，這一現(xiàn)象在結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)表現(xiàn)突出；此外，對排架與框架相互結(jié)合剪力墻結(jié)構(gòu)的研究涉及較少,對框排架的工作性能及受力特點(diǎn)有待進(jìn)一步的更多的研究和分析；鋼筋混凝土框排架結(jié)構(gòu)中框架與排架的協(xié)同工作受力情況較為模糊。

2 我國目前規(guī)范對鋼筋混凝土排架設(shè)計(jì)的不足

在鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方面，GB 50191—2012構(gòu)筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范指導(dǎo)規(guī)范不同地域、不同排架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)。本文結(jié)合《構(gòu)筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的具體條文，闡述了目前規(guī)范中鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)的不足和缺陷。

目前鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)中計(jì)算彈塑性位移的方法主要有規(guī)范簡化法、彈塑性時(shí)程法、靜力彈塑性法三種(見表1)。SATWE軟件采用的是規(guī)范簡化計(jì)算法，工程實(shí)踐中其計(jì)算的彈塑性變形結(jié)果只能為工程設(shè)計(jì)提供參考。ANSYS，EPDA，SPA2000軟件采用的是彈塑性時(shí)程法，由于其計(jì)算量大且復(fù)雜，不適合實(shí)際工程設(shè)計(jì)?！稑?gòu)筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中第6.2.27條表述為：采用靜力彈塑性分析方法和彈塑性時(shí)程分析方法對排架進(jìn)行分析，但具體的計(jì)算方法及經(jīng)驗(yàn)公式等并未提及。但有限元計(jì)算工具可為此工程設(shè)計(jì)的計(jì)算方面提供便利，因此，對于較簡單的排架可采用常用靜力分析方法，如PKPM的EPDA模塊及SAP2000等軟件；對于較大、較復(fù)雜等重要的鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可采用彈塑性時(shí)程法，相關(guān)的軟件為ANSYS。

表1 彈塑性分析方法及特點(diǎn)

有關(guān)排架結(jié)構(gòu)上部屋架結(jié)構(gòu)計(jì)算的規(guī)定有：1)《構(gòu)筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》6．2．19條規(guī)定，針對Ⅲ，Ⅳ類場地和8度、9度時(shí)，應(yīng)該考慮屋架下弦的拉壓效應(yīng)對結(jié)構(gòu)的影響并核算屋架承載力；2)《構(gòu)筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》6．2．22條規(guī)定，針對Ⅲ，Ⅳ類場地和8度、9度時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算變形產(chǎn)生的附加內(nèi)力。上述兩點(diǎn)敘述，規(guī)范使用“應(yīng)”字，因此應(yīng)考慮建立合適的屋架和支撐的桿系模型，否則無法得出上述內(nèi)力值。在鋼結(jié)構(gòu)排架設(shè)計(jì)方面，鋼排架結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度快，造價(jià)低，但以后要經(jīng)常維護(hù)保養(yǎng)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)施工復(fù)雜，造價(jià)高，后期維護(hù)工作量低。在工程建設(shè)中，鋼架也就是在排架柱方向通過設(shè)置聯(lián)系梁或桁架的方式使排架柱方向形成可以抵抗縱向力下變形的鋼框架(局部開間或連續(xù)開間)，具體做法可采用實(shí)腹聯(lián)系梁或格構(gòu)桁架——根據(jù)可設(shè)置高度選用，采用門式柱間支撐，可以留出工藝空間，還能對柱平面外予以加強(qiáng)。但我國處于高度使用水泥的情況，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，從節(jié)能減排方面講，鋼排架結(jié)構(gòu)應(yīng)作為首選，但規(guī)范未給具體說明。

3 結(jié)語

我國的設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)參考美國、德國等發(fā)達(dá)國家，在參數(shù)獲取、計(jì)算方法、經(jīng)驗(yàn)公式應(yīng)有一定的了解，并應(yīng)用于我國目前排架結(jié)構(gòu)建設(shè)中所面臨的問題。特別是參數(shù)獲取方面，我國的試驗(yàn)儀器雖然在測試方法、測試技術(shù)上位于世界領(lǐng)先水平，但試驗(yàn)設(shè)備制造水平，測試結(jié)果的精度有待進(jìn)一步的提高。雖然鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有較好的經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性，但從長遠(yuǎn)的角度出發(fā)，采用鋼結(jié)構(gòu)的排架結(jié)構(gòu)更適合我國的發(fā)展?！稑?gòu)筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中電廠排架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)采用側(cè)向框排架結(jié)構(gòu)，其相關(guān)的規(guī)范內(nèi)容較為全面，可以作為抗震設(shè)計(jì)的依據(jù)；對單跨排架的使用范圍，《構(gòu)筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中有明確的詳細(xì)規(guī)定，這使得鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)在布置方案選擇上相對靈活；排架計(jì)算的內(nèi)容在《構(gòu)筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中相對比較完整，有關(guān)彈性位移、塑性位移、局部內(nèi)力的計(jì)算等方面已有一定的深度；有關(guān)支撐結(jié)構(gòu)的構(gòu)件計(jì)算長度取用的問題，《構(gòu)筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中仍沒有明確的計(jì)算方法，因此行業(yè)對此應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步的深入研究。

[1] 李潤泉.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討[J].科技視界,2014(9):83.

[2] 劉昱彤.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的檢測與評(píng)定[J].山西建筑，2014，40(13)：59-60.

[3] 施 悅,張 燕.鋼—混凝土混合排架結(jié)構(gòu)廠房火災(zāi)后結(jié)構(gòu)安全鑒定[J].江蘇建筑,2014(4):33-35.

[4] 吳 渭.鋼—混凝土混合排架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究及應(yīng)用[J].工程與建設(shè),2014(5):630-632.

Discussion on the frame structure design of reinforced concrete

Li Xiaoxin

(ShanxiChemicalDesignInstitute,Taiyuan030024,China)

This paper analyzed the research present situation in reinforced concrete frame structure design and theoretical aspects, combining with the specific provisions of relevant standards, elaborated the disadvantages of reinforced concrete frame structure design, and summarized the specific solutions, to meet the special requirements of frame structure design of reinforced concrete.

frame structure, load, steel structure, design

2015-01-20

李曉鑫(1981- )，男，工程師

1009-6825(2015)09-0041-02

TU318

A