工业厂房“塔式结构”设计及构造的心得(2)

      （ 1） 工程概况； 单层厂房采用 24m 跨门式钢架，柱顶标高 7. 500m,内设办公区，冲洗区，食堂及 “工业高层塔”.塔总高度为 26. 2m,共 5 层（ 不 含 夹 层 ） . 局 部 楼 层 （ 标 高 为 6. 400m,10. 70m） 开设的洞口较大。部分面荷载为 3 - 7T /m2,线荷载为 2. 5 ~20T/m.
　　
　　（ 2） 整体计算； “塔”在整个厂房中占地面积较小，横纵两个方向的柱跨数都不多，所以其建筑物的抗震能力不是很强，故框架柱的截面尺寸设计并非 按 其 轴 压 所 确 定。该 工 程 柱 截 面 尺 寸 取800X800 及 850X850 两种，而最大轴压仅为 0. 22.建筑物的抗震分析不是太难，故阵型组合数值取 12~ 15 即可； 塔内的填充墙体不是很多，但层高较高，填充墙内每 3 ~5m 设 200X200 的构造柱，墙沿水平方向设200X300 梁以形成局部框架 （ 但应该注意的是； 所新设的梁与框架柱之间连接设成铰接） ,所以在进行整体计算时，结构周期的折减系数宜取0. 7 ~ 0. 8 之间进行验算。此外尚应注意的是； 填充墙是不可以采用120 承重砌块的 （ 此虽非承重结构，但属于刚性结构） ,因为其抗震变形与框架主体相差较大，影响 “塔”整体计算的结果。
　　
　　（ 3） 使结构体系接近 “强柱弱梁”,软件设计中的 “梁设计弯矩放大系数”和 “梁活荷放大系数”皆不可加大。适当减少梁的刚度-因为软件设计时的框架梁是不考虑现浇楼板作为梁的受压翼缘的，此难反应梁的真实性能。尽量减少柱端的梁对框架柱的约束，使在地震时梁端首先出现塑性铰，可以出现较大的塑性变形 （ 其塑性铰可出现在梁端，但应绝对避免塑性铰出现在柱底部） ,产生一定的变形，用以耗散地震能量； 800X800 的柱作为下一道抗震防线-体积配箍率不小于 2. 0%,纵向钢筋含量宜适中，配筋不宜过大，箍筋采用复合井字箍，形成核芯柱，当柱出现弯裂缝，特别是剪切裂缝时，构造所形成的核芯柱可以有效的减少柱的压缩，特别是建筑物中框架柱的截面尺寸皆较大，大部接近于 “短柱”,如此措施可保证柱的外形和截面承载力，使其具有较好的延性，有利于提高其变形能力。
　　
　　（ 4） 要有目的地加大框架梁柱 （ 特别是底层框架柱） 的剪力设计值，防止梁，柱底部在弯矩屈服前出现剪切破坏，实现 “强剪弱弯”,满足各构件的延性，增加其塑性变形能力，防止其脆性破坏。尤其建筑体系中的角柱，易受双向地震力的作用，扭转效应对内力影响较大，震害相对严重，在设计中 -内力计算按两个主轴方向分别考虑地震的作用。弯矩设计值，尤其是剪力设计值予以适当的加大。
　　
　　（ 5） 高层工业塔中部分设备是贯通几个楼层的，不仅每个楼层所受荷载相差过大，而且部分楼层板所开设的洞口也过大，单个层高之间亦不相同。如此在强水平力 （ 地震力） 作用下，整个结构的抗侧位移刚度严重不规则，宜于某层产生较大的强行位移，形成薄弱层 （ 刚度变化不符合高规3. 5. 2 条要求的楼层； 承载力不符合高规 3. 5. 3 条要求的楼层） ,威胁整个建筑物的抗震能力，故在每层刚度调整中，层与层上下间的刚度差不宜大于30% ,同时在软件分析中，可人为将 “认为” 是薄弱层的楼层的地震剪力放大 1. 15 倍，同时对结构进行强塑性变形验算。所得数据满足 （ 抗规）中 3. 4 章 （ 建筑设计和建筑结构的规则性） 的各项要求。另外在软件的整体计算中应步入楼梯，从设计上可考虑减少楼梯刚度对整体结构的影响。楼梯不宜作成折梁或折板，避免其在地震作用下产生的拉、压力对框架柱造成影响。
　　
　　（ 6） 框架梁及所受荷载较大的环形梁 （ 线荷20T / m） 截面宽度不宜小于 400mm,配置 4 肢箍筋，次梁的截面尺寸也不宜小于 300mm,适当的加大梁跨中的计算钢筋 （ 1. 1 ~ 1. 15 倍） ,同时相应减少梁支座处的钢筋含量，配置抗拉强度高的钢筋，提高混凝土的标号 （ 不小 C40） ,使得框架梁在抗震设计中达到 “强剪弱弯”的效果。部分梁柱平面图详见图 2.
　　

　　（ 7） 在本设计中，各构件 （ 框架梁柱，特别是底层框架柱） 的刚度及配筋都较大。故难以实现 “强节点弱构件”的结构体系。但节点核心区是保证框架承载力和抗倒塌能力的关键部位，其受力复杂，易发生非延性破坏，引起与节点相连接的各构件破坏，所以在设计中节点区通过构造措施有所加强 （ 具体表现在梁柱钢筋的相互锚固） ,并按三级抗震等级进行抗震受剪承载力的验算。注明；其节点核心区承载力的验算并非 （ 高规） 规定，而应按 （ 混凝土结构设计规范） GB50010 的有关规定执行。规范对顶层和中间层节点核心区取值是按不同计算公式的。软件分析结构 “高层塔”框架梁柱中间层节点，顶层节点在地震力，风荷载等水平力反复作用下，都会产生位移，造成梁柱节点内钢筋发生滑移现象。分析结构表明，顶层节点的延性需求比中间层节点较小； 顶层的震害比其他楼层的震害要轻，故中间层梁柱节点处梁内上部钢筋的锚入柱内应有所加大。
　　
　　6 结束语

    综上所述，就是通过近几年的两个亲自参与的工程实例与相应规范要求，得出的作为工业厂房中的 “塔式结构”设计及构造的一些体会，可供同行参考。