淺談結(jié)構(gòu)水平活荷載對建筑物的影響

馬祥喜 嚴(yán)昭君

河南建筑材料研究設(shè)計院有限責(zé)任公司（450002）

生產(chǎn)技術(shù)

淺談結(jié)構(gòu)水平活荷載對建筑物的影響

馬祥喜 嚴(yán)昭君

河南建筑材料研究設(shè)計院有限責(zé)任公司（450002）

一般結(jié)構(gòu)承受的主要水平荷載有風(fēng)荷載、地震作用等，而工業(yè)建筑中很多建筑存在水平活荷載，如兩建筑物之間輸送皮帶傳給主建筑的水平荷載。此荷載一般比風(fēng)荷載和地震作用的水平力大的多，而PKPM軟件中的SATWE并沒有明確給出水平活荷載產(chǎn)生的層位移及層間位移角的計算結(jié)果，如果未加重視，容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)安全隱患或者設(shè)備的損壞。

水平活荷載；層間位移角限制；風(fēng)荷載；地震作用

1 工程概況

某石料廠工程位于湖北省境內(nèi)，場地位于多個山頭之間的山谷中，地形起伏，地貌單元為山地，整個生產(chǎn)線依山而建。

料場中間有一個鋼筋混凝土卸料框架。框架長度6m，寬度6m，層高6m，高度36m，共6層。

該框架頂層布置的有料場卸料皮帶的機頭及驅(qū)動電機。

皮帶機機頭重力為66kN，豎向活荷載為20 kN，水平力為80kN×3（正常工作的時候為80kN，啟動時為240kN）。

圖1 建模基本信息

電機自重20kN，豎向活荷載30kN。

柱截面700mm×700mm，梁300mm×700mm。頂層板厚110mm，其他層無板。

混凝土標(biāo)號C30,鋼筋HRB400，箍筋HPB300。

基本風(fēng)壓是0.50kN/m2，抗震設(shè)防為7度（0.10 g），Ⅱ類場地。特征周期為0.35s。

結(jié)構(gòu)類型為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

該工程位支架埋深3m，下部為基巖，fak=800 kPa。不需要考慮地基沉降及地下水。

3 建模基本信息（見圖1）

表1 PKPM及STAAD計算結(jié)果及對比分析

4 PKPM及STAAD計算結(jié)果及對比分析（見表1）

5 位移的探討、結(jié)論及建議

1）根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》及表1，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的彈性層間位移角限值可取1/550，對應(yīng)地震作用取值為多余地震作用的標(biāo)準(zhǔn)值。

對于風(fēng)荷載產(chǎn)生的層間位移角限值，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010是這樣規(guī)定的：①在正常使用條件下,高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的剛度，避免產(chǎn)生過大的位移從而影響結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定性和使用要求。②正常使用條件下的結(jié)構(gòu)水平位移按本規(guī)程第4章規(guī)定的風(fēng)荷載、地震作用和第5章規(guī)定的彈性方法計算。③按彈性方法計算的風(fēng)荷載或多遇地震標(biāo)準(zhǔn)值作用下的樓層層間最大位移與層高之比△u/h宜符合以下規(guī)定，高度不大于150m的高層建筑，其樓層層間最大位移與層高之比△u/h不宜大于表2的限值。

表2 樓層層間最大位移與層高之比的限值

從以上的規(guī)范條文可知，風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下對框架結(jié)構(gòu)也取值1/550。

2）按照以上規(guī)范的條文，該支架是滿足規(guī)范的相關(guān)要求的，但是這里面有一個問題，水平活荷載產(chǎn)生的位移沒有考慮。如果單獨考慮風(fēng)荷載，單獨考慮地震作用都沒有問題，但是皮帶機的水平荷載是長期存在的活荷載，這個荷載對結(jié)構(gòu)的影響是不能忽略的。

從表1可以看出,水平活荷載標(biāo)準(zhǔn)值240kN,作用在頂層。總風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值約250kN，沿側(cè)面倒三角型布置。荷載數(shù)值相差不大，但是水平活荷載作用的位置高，產(chǎn)生的位移要比風(fēng)荷載產(chǎn)生的位移大50%左右。

表3

從結(jié)果上看，水平活荷載比風(fēng)荷載對結(jié)構(gòu)更為不利。按照正常使用狀況來考慮，將水平活荷載與風(fēng)荷載或者地震作用進行組合，再檢查層間位移角及頂點位移值。本工程風(fēng)荷載比地震作用對結(jié)構(gòu)的影響要大，故計算水平活荷載與風(fēng)荷載的組合工況，荷載分項系數(shù)均取1.0。

3）從表3可以看出，組合后的工況考慮該支架的位移及層間位移角,都是不能滿足規(guī)范要求的。由于本工程在設(shè)計時未充分考慮水平活荷載對結(jié)構(gòu)的影響，計算軟件SATWE也沒有明確給出水平活荷載的位移及層間位移角。由于沒有考慮組合工況下的位移及層間位移角,導(dǎo)致該工程在使用過程中，皮帶機拉力引起頂部輸送廊道的滾動支座處發(fā)生較大位移，位移量約130mm，滾動支座損壞，皮帶機自身支架嚴(yán)重變形，影響了設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。采取合適的加固方法，限制了皮帶拉力方向頂部位移后，結(jié)構(gòu)才能夠正常使用，皮帶輸送設(shè)備正常運行。

4）目前《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》《混凝土設(shè)計規(guī)范》等規(guī)范大多條款都是針對民用建筑，民用建筑的主要水平荷載為風(fēng)荷載及地震作用，基本上沒有其他類型水平荷載。結(jié)構(gòu)計算軟件PKPM雖然對力能夠傳遞和計算，但是主要針對民用建筑。在設(shè)計工業(yè)建筑時，需要特別注意水平活荷載對建筑物的不利影響。對于長期存在的水平活荷載，不僅需要考慮水平活荷載對結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生的位移，還需要考慮水平荷載與結(jié)構(gòu)所承受的風(fēng)荷載或者地震作用共存的工況。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，水平地震作用與水平風(fēng)荷載計算位移及層間位移角時不需要同時考慮，同時發(fā)生的概率很小，單獨考慮即可。

大部分工業(yè)建筑對結(jié)構(gòu)變形的要求可以比民用建筑適當(dāng)放寬，但過大的結(jié)構(gòu)變形對結(jié)構(gòu)自身、設(shè)備的運行、設(shè)備的壽命等都很不利，需要綜合慎重考慮。

設(shè)計工業(yè)建筑時,對結(jié)構(gòu)所承受的各種荷載，務(wù)必了解荷載的特性,合理考慮各種荷載工況的組合。對于結(jié)構(gòu)位移量及層間位移角需要適當(dāng)控制，特別不能遺漏一些特殊的水平活荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。

[1]GB50011-2010,建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[2]GB50009-2012,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[3]JGJ3-2010,高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[4]GB50010-2010,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].