1. 近年來(lái),大跨屋蓋的建筑工程越來(lái)越廣泛。大跨屋蓋建筑是指與傳統板式、梁板式屋蓋結構相區別,具有更大跨越能力的屋蓋體系,不應單從跨度大小的角度來(lái)理解大跨屋蓋建筑結構。
大跨屋蓋的結構新形式不斷出現、體型復雜化、跨度極限不斷突破,包括:拱、平面桁架、立體桁架、網(wǎng)架、網(wǎng)殼、張弦梁和弦支穹頂等七類(lèi)基本形式以及由這些基本形式組合而成的結構。相應的,針對于這些屋蓋結構形式的抗震研究開(kāi)展較多,也積累了一定的抗震設計經(jīng)驗。為保證結構的安全性,避免抗震性能差、受力很不合理的結構形式被采用,有必要對超出適用范圍的大型建筑屋蓋結構進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的抗震性能研究和論證,這也是國際上通常采用的技術(shù)保障措施。根據當前工程實(shí)踐經(jīng)驗,對于跨度大于120m、結構單元長(cháng)度大于300m或懸挑長(cháng)度大于40m的屋蓋結構,需要進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的抗震性能研究和論證。同時(shí)由于抗震設計經(jīng)驗的缺乏,新出現的屋蓋結構形式也需要進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的研究和論證。
對于懸索結構、膜結構、索桿張力結構等柔性屋蓋體系,由于幾何非線(xiàn)性效應,其地震作用計算方法和抗震設計理論目前尚不成熟,此外,大跨屋蓋結構基本以鋼結構為主,故混凝土薄殼、組合網(wǎng)架、組合網(wǎng)殼等屋蓋結構形式尚未進(jìn)行規定。
對于存在拉索的預張拉屋蓋結構,總體可分為三類(lèi):預應力結構,如預應力桁架、網(wǎng)架或網(wǎng)殼等;懸掛(斜拉)結構,如懸掛(斜拉)桁架、網(wǎng)架或網(wǎng)殼等;張弦結構,主要指張弦梁結構和弦支穹頂結構。
2. 大跨屋蓋結構的選型和布置首先應保證屋蓋的地震效應能夠有效地通過(guò)支座節點(diǎn)傳遞給下部結構或基礎,且傳遞途徑合理。
屋蓋結構的地震作用不僅與屋蓋自身結構相關(guān),而且還與支承條件以及下部結構的動(dòng)力性能密切相關(guān),是整體結構的反應。根據抗震概念設計的基本原則,屋蓋結構及其支承點(diǎn)的布置宜均勻對稱(chēng),具有合理的剛度和承載力分布。同時(shí)下部結構設計也應充分考慮屋蓋結構地震響應的特點(diǎn),避免采用很不規則的結構布置而造成屋蓋結構產(chǎn)生過(guò)大的地震扭轉效應。
屋蓋自身的結構形式宜優(yōu)先采用兩個(gè)水平方向剛度均衡、整體剛度良好的網(wǎng)架、網(wǎng)殼、雙向立體桁架、雙向張弦梁或弦支穹頂等空間傳力體系。同時(shí)宜避免局部削弱或突變的薄弱部位。對于可能出現的薄弱部位,應采取措施提高抗震能力。
3. 單向傳力體系的抗震薄弱環(huán)節是垂直于主結構(桁架、拱、張弦梁)方向的水平地震力傳遞以及主結構的平面外穩定性,設置可靠的屋蓋支撐是重要的抗震措施。在單榀立體桁架中,與屋面支撐同層的兩(多)根主弦桿間也應設置斜桿。這一方面可提高桁架的平面外剛度,同時(shí)也使得縱向水平地震內力在同層主弦桿中分布均勻,避免薄弱區域的出現。
當桁架支座采用下弦節點(diǎn)支承時(shí),必須采取有效措施確保支座處桁架不發(fā)生平面外扭轉,設置縱向桁架是一種有效的做法,同時(shí)還可保證縱向水平地震力的有效傳遞。
4. 空間傳力結構體系具有良好的整體性和空間受力特點(diǎn),抗震性能優(yōu)于單向傳力體系。對于平面形狀為矩形且三邊支承一邊開(kāi)口的屋蓋結構,可以通過(guò)在開(kāi)口邊局部增加層數來(lái)形成邊桁架,以提高開(kāi)口邊的剛度和加強結構整體性。對于兩向正交正放網(wǎng)架和雙向張弦梁,屋蓋平面內的水平剛度較弱。為保證結構的整體性及水平地震作用的有效傳遞與分配,應沿上弦周邊網(wǎng)格設置封閉的水平支撐。當結構跨度較大或下弦周邊支承時(shí),下弦周邊網(wǎng)格也應設置封閉的水平支撐。
5. 當屋蓋分區域采用不同抗震性能的結構形式時(shí),在結構交界區域通常會(huì )產(chǎn)生復雜的地震響應,一般避免采用此類(lèi)結構。如確要采用,應對交界區域的桿件和節點(diǎn)采用加強措施。如果建筑設計和下部支承條件允許,設置防震縫也是可采用的有效措施。此時(shí),由于實(shí)際工程情況復雜,為避免其兩側結構在強烈地震中碰撞,條文規定的防震縫寬度可能不足,最好按設防烈度下兩側獨立結構在交界線(xiàn)上的相對位移最大值來(lái)復核。對于規則結構,縫寬也可將多遇地震下的最大相對變形值乘以不小于3的放大系數近似估計。
6. 屋蓋鋼桿件的長(cháng)細比,宜符合表1的規定:
表1 剛桿件的長(cháng)細比限值
7. 節點(diǎn)選型要與屋蓋結構的類(lèi)型及整體剛度等因素結合起來(lái),采用的節點(diǎn)要便于加工、制作、焊接。設計中,結構桿件內力的正確計算,必須用有效的構造措施來(lái)保證,其中節點(diǎn)構造應符合計算假定。
在地震作用下,節點(diǎn)應不先于桿件破壞,也不產(chǎn)生不可恢復的變形,所以要求節點(diǎn)具有足夠的強度和剛度。桿件相交于節點(diǎn)中心將不產(chǎn)生附加彎矩,也使模型計算假定更加符合實(shí)際情況。
屋蓋構件節點(diǎn)的抗震構造,應符合下列要求:
(1)采用節點(diǎn)板連接各桿件時(shí),節點(diǎn)板的厚度不宜小于連接桿件最大壁厚的1.2倍。
(2)采用相貫節點(diǎn)時(shí),應將內力較大方向的桿件直通。直通桿件的壁厚不應小于焊于其上各桿件的壁厚。
(3)采用焊接球節點(diǎn)時(shí),球體的壁厚不應小于相連桿件最大壁厚的1.3倍。
(4)桿件宜相交于節點(diǎn)中心。
8. 支座節點(diǎn)是屋蓋地震作用傳遞給下部結構的關(guān)鍵部件,其構造應與結構分析所取的邊界條件相符,否則將使結構實(shí)際內力與計算內力出現較大差異,并可能危及結構的整體安全。
支座節點(diǎn)往往是地震破壞的部位,屬于前面定義的關(guān)鍵節點(diǎn)的范疇,應予加強。在節點(diǎn)驗算方面,對地震作用效應進(jìn)行了必要的提高(第10.2.13條)。此外根據延性設計的要求,支座節點(diǎn)在超過(guò)設防烈度的地震作用下,應有一定的抗變形能力。但對于水平可滑動(dòng)的支座節點(diǎn),較難得到保證。因此建議按設防烈度計算值作為可滑動(dòng)支座的位移限值(確定支承面的大?。?,在罕遇地震作用下采用限位措施確保不致滑移出支承面。
對于8、9度時(shí)多遇地震下豎向僅受壓的支座節點(diǎn),考慮到在強烈地震作用(如中震、大震)下可能出現受拉,因此建議采用構造上也能承受拉力的拉壓型支座形式,且預埋錨筋、錨栓也按受拉情況進(jìn)行構造配置。支座的抗震構造應符合下列要求:
(1)應具有足夠的強度和剛度,在荷載作用下不應先于桿件和其他節點(diǎn)破壞,也不得產(chǎn)生不可忽略的變形。支座節點(diǎn)構造形式應傳力可靠、連接簡(jiǎn)單,并符合計算假定。
(2)對于水平可滑動(dòng)的支座,應保證屋蓋在罕遇地震下的滑移不超出支承面,并應采取限位措施。
(3)8、9度時(shí),多遇地震下只承受豎向壓力的支座,宜采用拉壓型構造。
9. 屋蓋結構采用隔震及減震支座時(shí),其性能參數、耐久性及相關(guān)構造應符合規范相關(guān)規定。
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