10.2.6 下列屋盖结构可不进行地震作用计算,但应符合本节有关的抗震措施要求:
1 7度时,矢跨比小于1/5的单向平面桁架和单向立体桁架结构可不进行沿桁架的水平向以及竖向地震作用计算。
2 7度时,网架结构可不进行地震作用计算。
10.2.7 屋盖结构抗震分析的计算模型,应符合下列要求:
1 应合理确定计算模型,屋盖与主要支承部位的连接假定应与构造相符。
2 计算模型应计入屋盖结构与下部结构的协同作用。
3 单向传力体系支撑构件的地震作用,宜按屋盖结构整体模型计算。
4 张弦梁和弦支穹顶的地震作用计算模型,宜计入几何刚度的影响。
10.2.8 屋盖钢结构和下部支承结构协同分析时,阻尼比应符合下列规定:
1 当下部支承结构为钢结构或屋盖直接支承在地面时,阻尼比可取0.02。
2 当下部支承结构为混凝土结构时,阻尼比可取0.025~0.035。
10.2.9 屋盖结构的水平地震作用计算,应符合下列要求:
1 对于单向传力体系,可取主结构方向和垂直主结构方向分别计算水平地震作用。
2 对于空间传力体系,应至少取两个主轴方向同时计算水平地震作用;对于有两个以上主轴或质量、刚度明显不对称的屋盖结构,应增加水平地震作用的计算方向。
10.2.10 一般情况,屋盖结构的多遇地震作用计算可采用振型分解反应谱法;体型复杂或跨度较大的结构,也可采用多向地震反应谱法或时程分析法进行补充计算。对于周边支承或周边支承和多点支承相结合、且规则的网架、平面桁架和立体桁架结构,其竖向地震作用可按本规范第5.3.2条规定进行简化计算。
10.2.11 屋盖结构构件的地震作用效应的组合应符合下列要求:
1 单向传力体系,主结构构件的验算可取主结构方向的水平地震效应和竖向地震效应的组合、主结构间支撑构件的验算可仅计入垂直于主结构方向的水平地震效应。
2 一般结构,应进行三向地震作用效应的组合。
10.2.12 大跨屋盖结构在重力荷载代表值和多遇竖向地震作用标准值下的组合挠度值不宜超过表10.2.12的限值。
10.2.13 屋盖构件截面抗震验算除应符合本规范第5.4节的有关规定外,尚应符合下列要求:
1 关键杆件的地震组合内力设计值应乘以增大系数;其取值,7、8、9度宜分别按1.1、1.15、1.2采用。
2 关键节点的地震作用效应组合设计值应乘以增大系数;其取值,7、8、9度宜分别按1.15、1.2、1.25采用。
3 预张拉结构中的拉索,在多遇地震作用下应不出现松弛。
注:对于空间传力体系,关键杆件指临支座杆件,即:临支座2个区(网)格内的弦、腹杆;临支座1/10跨度范围内的弦、腹杆,两者取较小的范围。对于单向传力体系,关键杆件指与支座直接相临节间的弦杆和腹杆。关键节点为与关键杆件连接的节点。
条文说明
10.2.6 本条规定屋盖结构可不进行地震作用计算的范围。
1 研究表明,单向平面桁架和单向立体桁架是否受沿桁架方向的水平地震效应控制主要取决于矢跨比的大小。对于矢跨比小于1/5的该类结构,水平地震效应较小,7度时可不进行沿桁架的水平向和竖向地震作用计算。但是由于垂直桁架方向的水平地震作用主要由屋盖支撑承担,本节并没有对支撑的布置进行详细规定,因此对于7度及7度以上的该类体系,均应进行垂直于桁架方向的水平地震作用计算并对支撑构件进行验算。
2 网架属于平板形屋盖结构。大量计算分析结果表明,当支承结构刚度较大时,网架结构以竖向振动为主。7度时,网架结构的设计往往由非地震作用工况控制,因此可不进行地震作用计算,但应满足相应的抗震措施的要求。
10.2.7 本条规定抗震计算模型。
1 屋盖结构自身的地震效应是与下部结构协同工作的结果。由于下部结构的竖向刚度一般较大,以往在屋盖结构的竖向地震作用计算时通常习惯于仅单独以屋盖结构作为分析模型。但研究表明,不考虑屋盖结构与下部结构的协同工作,会对屋盖结构的地震作用,特别是水平地震作用计算产生显著影响,甚至得出错误结果。即便在竖向地震作用计算时,当下部结构给屋盖提供的竖向刚度较弱或分布不均匀时,仅按屋盖结构模型所计算的结果也会产生较大的误差。因此,考虑上下部结构的协同作用是屋盖结构地震作用计算的基本原则。
考虑上下部结构协同工作的最合理方法是按整体结构模型进行地震作用计算。因此对于不规则的结构,抗震计算应采用整体结构模型。当下部结构比较规则时,也可以采用一些简化方法(譬如等效为支座弹性约束)来计入下部结构的影响。但是,这种简化必须依据可靠且符合动力学原理。
2 研究表明,对于跨度较大的张弦梁和弦支穹顶结构,由预张力引起的非线性几何刚度对结构动力特性有一定的影响。此外,对于某些布索方案(譬如肋环型布索)的弦支穹顶结构,撑杆和下弦拉索系统实际上是需要依靠预张力来保证体系稳定性的几何可变体系,且不计入几何刚度也将导致结构总刚矩阵奇异。因此,这些形式的张弦结构计算模型就必须计入几何刚度。几何刚度一般可取重力荷载代表值作用下的结构平衡态的内力(包括预张力)贡献。
10.2.8 本条规定了整体、协同计算时的阻尼比取值。 屋盖钢结构和下部混凝土支承结构的阻尼比不同,协同分析时阻尼比取值方面的研究较少。工程设计中阻尼比取值大多在0.025~0.035间,具体数值一般认为与屋盖钢结构和下部混凝土支承结构的组成比例有关。下面根据位能等效原则提供两种计算整体结构阻尼比的方法,供设计中采用。 方法一:振型阻尼比法。振型阻尼比是指针对于各阶振型所定义的阻尼比。组合结构中,不同材料的能量耗散机理不同,因此相应构件的阻尼比也不相同,一般钢构件取0.02,混凝土构件取0.05。对于每一阶振型,不同构件单元对于振型阻尼比的贡献认为与单元变形能有关,变形能大的单元对该振型阻尼比的贡献较大,反之则较小。所以,可根据该阶振型下的单元变形能,采用加权平均的方法计算出振型阻尼比ζi:
方法二:统一阻尼比法。依然采用方法一的公式,但并不针对各振型i分别计算单元变形能Wsi,而是取各单元在重力荷载代表值作用下的变形能Wsi,这样便求得对应于整体结构的一个阻尼比。 在罕遇地震作用下,一些实际工程的计算结果表明,屋盖钢结构也仅有少量构件能进入塑性屈服状态,所以阻尼比仍建议与多遇地震下的结构阻尼比取值相同。
10.2.9 本条规定水平地震作用的计算方向和宜考虑水平多向地震作用计算的范围。
不同于单向传力体系,空间传力体系的屋盖结构通常难以明确划分为沿某个方向的抗侧力构件,通常需要沿两个水平主轴方向同时计算水平地震作用。对于平面为圆形、正多边形的屋盖结构,可能存在两个以上的主轴方向,此时需要根据实际情况增加地震作用的计算方向。另外,当屋盖结构、支承条件或下部结构的布置明显不对称时,也应增加水平地震作用的计算方向。
10.2.10 本条规定了屋盖结构地震作用计算的方法。
本节适用的大跨屋盖结构形式属于线性结构范畴,因此振型分解反应谱法依然可作为是结构弹性地震效应计算的基本方法。随着近年来结构动力学理论和计算技术的发展,一些更为精确的动力学计算方法逐步被接受和应用,包括多向地震反应谱法、时程分析法,甚至多向随机振动分析方法。对于结构动力响应复杂和跨度较大的结构,应该鼓励采用这些方法进行地震作用计算,以作为振型分解反应谱法的补充。
自振周期分布密集是大跨屋盖结构区别于多高层结构的重要特点。在采用振型分解反应谱法时,一般应考虑更多阶振型的组合。研究表明,在不按上下部结构整体模型进行计算时,网架结构的组合振型数宜至少取前(10~15)阶,网壳结构宜至少取前(25~30)阶。对于体型复杂的屋盖结构或按上下部结构整体模型计算时,应取更多阶组合振型。对于存在明显扭转效应的屋盖结构,组合应采用完全二次型方根(CQC)法。
10.2.11 对于单向传力体系,结构的抗侧力构件通常是明确的。桁架构件抵抗其面内的水平地震作用和竖向地震作用,垂直桁架方向的水平地震作用则由屋盖支撑承担。因此,可针对各向抗侧力构件分别进行地震作用计算。
除单向传力体系外,一般屋盖结构的构件难以明确划分为沿某个方向的抗侧力构件,即构件的地震效应往往包含三向地震作用的结果,因此其构件验算应考虑三向(两个水平向和竖向)地震作用效应的组合,其组合值系数可按本规范第5章的规定采用。这也是基本原则。
10.2.12 多遇地震作用下的屋盖结构变形限值部分参考了《空间网格结构技术规程》的相关规定。
10.2.13 本条规定屋盖构件及其连接的抗震验算。
大跨屋盖结构由于其自重轻、刚度好,所受震害一般要小于其他类型的结构。但震害情况也表明,支座及其邻近构件发生破坏的情况较多,因此通过放大地震作用效应来提高该区域杆件和节点的承载力,是重要的抗震措施。由于通常该区域的节点和杆件数量不多,对于总工程造价的增加是有限的。
拉索是预张拉结构的重要构件。在多遇地震作用下,应保证拉索不发生松弛而退出工作。在设防烈度下,也宜保证拉索在各地震作用参与的工况组合下不出现松弛。