鋼筋混凝土排架結構設計探討

李 曉 鑫

(山西省化工設計院，山西 太原 030024)

鋼筋混凝土排架結構設計探討

李 曉 鑫

(山西省化工設計院，山西 太原 030024)

分析了鋼筋混凝土排架結構設計及理論方面的研究現狀，結合相關規范的具體條文，闡述了鋼筋混凝土排架結構設計中的不足，并總結了具體的解決方式，以滿足鋼筋混凝土排架結構設計的特殊要求。

排架結構，荷載，鋼結構，設計

1 鋼筋混凝土排架設計的研究現狀

目前鋼筋混凝土排架結構在設計分析方面仍面臨很多挑戰，為能解決這些可能遇到的問題，很多學者對鋼筋混凝土排架結構設計上做了研究。在唐山大地震中，大多數以鋼筋混凝土排架結構為主的工業廠房結構柱破壞，造成很大的損失和傷亡，此后,我國學者鋼筋混凝土排架結構開始進行深入的分析與研究。研究的內容如下：

地震局工程力學研究所[1]對排架結構進行了有機玻璃模型的具體分析；李樹禎等采用彈塑動力時程分析方法對橫向單棍的排架結構進行分析,認為鋼筋混凝土排架結構用普通的設計方法可滿足抗震的基本要求,但從概率角度出發，其可靠度相對較低，地震作用下部分構件可能超過強度而嚴重破壞,“強柱弱梁”整體廠房還做不到；西安建筑科技大學共同對變柱變梁異型平面節點、鋼筋混凝土框排架結構柱和帶直交梁空間節點進行了大量的試驗研究,研究結果表明：提出了長柱、短柱、普通混凝土柱以及異型節點承載力在高強混凝土上的計算公式,為改善節點區的配筋及高強混凝土在工程中應用提供了理論依據；目前彈性扭轉效應的研究已趨于成熟,各國的規范對結構的彈性扭轉效應都有各自的計算方法。對于結構進入塑性扭轉,由于塑性扭轉效應涉及到對整體結構的空間彈塑性分析的問題,其在這一領域問題較為明顯，為鋼筋混凝土排架等結構工程領域研究的熱點問題。

從總體上講,在鋼筋混凝土排架結構設計及理論方面，通過理論研究分析取得了許多有益的結論。但目前排架結構的研究重點仍處于對平面和彈性階段的研究和分析,目的是能將空間計算問題盡量簡化為平面的簡單問題計算。由于鋼筋混凝土排架結構的自身復雜性、專業性和特殊性，當前仍然有很多問題有待解決，如：塑性扭轉效應和非線性分析問題；當前抗震性能的試驗在鋼筋混凝土排架整體結構領域進行較少，在排架結構的設計中，抗震設防的理論有待進一步完善；在排架結構處于塑性區后,其抗震能力發生變化，這一現象在結構扭轉效應表現突出；此外，對排架與框架相互結合剪力墻結構的研究涉及較少,對框排架的工作性能及受力特點有待進一步的更多的研究和分析；鋼筋混凝土框排架結構中框架與排架的協同工作受力情況較為模糊。

2 我國目前規范對鋼筋混凝土排架設計的不足

在鋼筋混凝土排架結構的抗震設計方面，GB 50191—2012構筑抗震設計規范和GB 50011—2010建筑抗震設計規范指導規范不同地域、不同排架結構的抗震設計。本文結合《構筑抗震設計規范》的具體條文，闡述了目前規范中鋼筋混凝土排架結構中設計的不足和缺陷。

目前鋼筋混凝土排架結構中計算彈塑性位移的方法主要有規范簡化法、彈塑性時程法、靜力彈塑性法三種(見表1)。SATWE軟件采用的是規范簡化計算法，工程實踐中其計算的彈塑性變形結果只能為工程設計提供參考。ANSYS，EPDA，SPA2000軟件采用的是彈塑性時程法，由于其計算量大且復雜，不適合實際工程設計。《構筑抗震設計規范》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程分析方法對排架進行分析，但具體的計算方法及經驗公式等并未提及。但有限元計算工具可為此工程設計的計算方面提供便利，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、較復雜等重要的鋼筋混凝土排架結構設計可采用彈塑性時程法，相關的軟件為ANSYS。

表1 彈塑性分析方法及特點

有關排架結構上部屋架結構計算的規定有：1)《構筑抗震設計規范》6．2．19條規定，針對Ⅲ，Ⅳ類場地和8度、9度時，應該考慮屋架下弦的拉壓效應對結構的影響并核算屋架承載力；2)《構筑抗震設計規范》6．2．22條規定，針對Ⅲ，Ⅳ類場地和8度、9度時，應驗算變形產生的附加內力。上述兩點敘述，規范使用“應”字，因此應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力值。在鋼結構排架設計方面，鋼排架結構施工進度快，造價低，但以后要經常維護保養。框架結構施工復雜，造價高，后期維護工作量低。在工程建設中，鋼架也就是在排架柱方向通過設置聯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(局部開間或連續開間)，具體做法可采用實腹聯系梁或格構桁架——根據可設置高度選用，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。但我國處于高度使用水泥的情況，環境污染日益嚴重，從節能減排方面講，鋼排架結構應作為首選，但規范未給具體說明。

3 結語

我國的設計規范應參考美國、德國等發達國家，在參數獲取、計算方法、經驗公式應有一定的了解，并應用于我國目前排架結構建設中所面臨的問題。特別是參數獲取方面，我國的試驗儀器雖然在測試方法、測試技術上位于世界領先水平，但試驗設備制造水平，測試結果的精度有待進一步的提高。雖然鋼筋混凝土結構有較好的經濟優越性，但從長遠的角度出發，采用鋼結構的排架結構更適合我國的發展。《構筑抗震設計規范》中電廠排架結構的設計應采用側向框排架結構，其相關的規范內容較為全面，可以作為抗震設計的依據；對單跨排架的使用范圍，《構筑抗震設計規范》中有明確的詳細規定，這使得鋼筋混凝土排架結構在布置方案選擇上相對靈活；排架計算的內容在《構筑抗震設計規范》中相對比較完整，有關彈性位移、塑性位移、局部內力的計算等方面已有一定的深度；有關支撐結構的構件計算長度取用的問題，《構筑抗震設計規范》中仍沒有明確的計算方法，因此行業對此應進行進一步的深入研究。

[1] 李潤泉.鋼筋混凝土結構設計探討[J].科技視界,2014(9):83.

[2] 劉昱彤.鋼筋混凝土結構的檢測與評定[J].山西建筑，2014，40(13)：59-60.

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

[4] 吳 渭.鋼—混凝土混合排架結構設計研究及應用[J].工程與建設,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

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