1、第9章 非結構構件,返回總目錄,教學提示：非結構構件分為建筑非結構構件和建筑設備兩類。其抗震設防目標，原則上要與主體結構三水準的設防目標相協(xié)調，但同時對非結構構件有與主體結構不同的性能要求。非結構構件的抗震計算可采用等效側力法和樓面反應譜法。 教學要求：本章要求學生了解非結構構件的分類、非結構構件抗震規(guī)定、抗震計算要點及構造措施。,本章內容,9.1 概 述 9.2 非結構構件的抗震計算 9.3 非結構構件的基本抗震措施 9.4 習 題,非結構構件分為建筑非結構構件和建筑設備兩類。 建筑非結構構件包括室內和室外建筑非結構件，其中室內建筑非結構件包括各類隔墻、頂棚、吊柜和貼面等，室外建筑非結構件包

2、括各類幕墻、女兒墻、出屋面煙囪、建筑標志牌、建筑飾面、挑檐、雨棚、遮光板和建筑上的廣告牌等。 建筑附屬設備包括電梯、永久及臨時供電及照明設備(包括配電電盤、應急發(fā)電機及油箱等)、暖通、空調設備及管道、水箱、滅火系統(tǒng)、煤氣設備及管道、有線及無線通訊設備(包括控制臺、交換機、計算機及服務器等)及天線、保安監(jiān)視系統(tǒng)、辦公自動化設備、容器、貨架及儲物柜等。廠房設備還包括各類生產(chǎn)設備。 建筑附屬設備本身的抗震性，應由生產(chǎn)廠負責解決，抗震設計規(guī)范規(guī)定了建筑附屬設備同建筑主體結構的連接部分的抗震要求，這部分連接的抗震設計，應由各相關專業(yè)的設計人員負責解決。,9.1.1 非結構構件的分類,9.1 概 述,9.

3、1.2 非結構的抗震設防目標 隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人民對室內生活和工作環(huán)境的要求日漸提高，非結構構件的造價與總造價的比例也隨之提高。為保障人們的生活、生產(chǎn)和社會活動的正常運行，減少經(jīng)濟損失，非結構構件的抗震設防就顯的十分重要。 非結構構件的抗震設防目標，原則上要與主體結構三水準的設防目標相協(xié)調，但同時對非結構構件有同主體結構不同的性能要求。在多遇地震下，建筑非結構構件不宜有破壞。機、電設備應能保持正常運行功能；在設防烈度地震下，建筑非結構構件可以容許比結構構件有較重的破壞，但不得危及生命，機電設備應盡量保持運行功能，即使遭到破壞也應能盡快恢復，特別是避免發(fā)生次生災害的破壞；在罕遇地震下，各類非結構

4、構件可能有較重的破壞，但應避免重大次生災害。,9.1 概 述,9.1.3 非結構構件抗震計算的基本要求 1. 非結構對結構整體計算的影響 在結構體系抗震計算時，與非結構有關的規(guī)定有如下幾條。 (1) 結構體系計算地震作用時，應計入支承于結構構件的建筑構件和建筑附屬機電設備的重力。 (2) 對柔性連接的建筑構件，可不計入其剛度對結構體系的影響；對嵌入抗側力構件平面內的剛性建筑構件，可采用周期調整系數(shù)等簡化方法計入其剛度影響；當有專門的構造措施時，尚可按規(guī)定計入其抗震承載力。 (3) 對需要采用樓面譜計算的建筑附屬機電設備，應采用合適的簡化計算模型計入設 備與結構體系的相互作用。 (4) 結構體系

5、中，支承非結構構件的部位，應計入非結構構件地震作用效應所產(chǎn)生的附加作用。,9.1 概 述,2. 非結構自身的計算要求 對于非結構自身設計時，有關計算規(guī)定如下。 (1) 非結構構件自身的地震力應施加于其重心，水平地震力應沿任一水平方向。 (2) 非結構構件自身重力產(chǎn)生的地震作用，一般只考慮水平方向，采用等效側力法；當建筑群眾性機電設備(含支架)的體系自振周期大于0.1s，且其重力超過所在樓層重力的1%，或建筑附屬機電設備的策略超過所在樓層重力的10% 時，如巨大的高位水箱、出屋面的大型塔架等，則采用樓面反應譜方法。 非結構構件的地震作用，除了自身質量產(chǎn)生的慣性力外，還有地震時支座間相對位移產(chǎn)生的

6、附加作用，二者需同時組合計算。 非結構構件因支承點相對水平位移產(chǎn)生的內力，可按該構件在位移方向的剛度乘以規(guī)定的支承點相對水平位移計算。 非結構構件在位移方向的剛度，應根據(jù)其端部的實際連接狀態(tài)，分別采用剛接、鉸接、彈性連接或滑動連接等簡化的力學模型。 相鄰樓層的相對水平位移，可按規(guī)定的限值采用；防震縫兩側的相對水平位移，宜根據(jù)使用要求確定。,9.1 概 述,9.1.4 非結構構件的地震反應分析 非結構構件與支架或連接組成的附屬系統(tǒng)(或稱子系統(tǒng))與其所在的主體結構(稱為主系統(tǒng)或建筑物)組成一個總系統(tǒng)。若按總系統(tǒng)來分析非結構構件的支架和連接所受的地震作用，不僅在技術上有困難，是也很不經(jīng)濟。為此，人們

7、轉而研究樓面反應譜，即把建筑物與子系統(tǒng)隔離開，建立建筑物各樓層的地震反應譜，用這個反應譜進行附屬系統(tǒng)的抗震設計。,9.1 概 述,9.2 非結構構件的抗震計算,9.2.1 等效側力法 1. 計算表達式 對只在一個樓層有支點的附屬系統(tǒng)，稱為單支點系統(tǒng)，為簡化計算通過對大量建筑不同樓層上的不同周期的附屬系統(tǒng)反應的計算結果進行統(tǒng)計，直接給出附屬系統(tǒng)的地震作用簡化公式，即等效側力法。非結構構件的水平地震作用標準計算表達公式為 (9-1) 式中：F沿最不利方向作用于附屬系統(tǒng)重心的水平地震力標準值； 附屬系統(tǒng)功能系數(shù)，反映附屬系統(tǒng)的重要性，與附屬系統(tǒng)性質及建筑類別有 關，功能級別一、二、三級分別取1.4、

8、1.0、0.6，建筑構件的功能級別可參照表9-1 有關系數(shù)取值，建筑設備的功能級別可參照表9-2有關系數(shù)取值； 附屬系統(tǒng)類別系數(shù)，反映附屬系統(tǒng)特性對地震反應的影響，建筑構件可參照 表9-1取值，建筑設備可參照表9-2取值； 附屬系統(tǒng)的連接狀態(tài)系數(shù)，反映地震時附屬系統(tǒng)反應放大的情況，彈性附屬 系統(tǒng)或與建筑物彈性連接(以下簡稱“彈性連接”)時取2，其他情況(即與建筑物剛 接的剛性附屬系統(tǒng)，以下簡稱“一般情況”)時取1； 樓層位置系數(shù)，地面為1，樓頂為2，沿高度線性分布； 多遇地震的地震影響系數(shù)最大值； G附屬系統(tǒng)重力。,表9-1 建筑構件的功能級別和類別系數(shù),9.2 非結構構件的抗震計算,9.2

9、非結構構件的抗震計算,表9-2 建筑設備的功能級別和類別系數(shù),9.2 非結構構件的抗震計算,應當指出，等效側力法對附屬系統(tǒng)質量與樓層質量之比較大時，算出的結果趨于保守。因此當與建筑物剛接的剛性附屬系統(tǒng)的重力超過所在樓層的1%，或彈性的或彈性連接的附屬系統(tǒng)的重力超過所在樓層的10%時，不宜采用該方法，而宜采用樓反應譜程序計算附屬系統(tǒng)的地震作用。,9.2 非結構構件的抗震計算,2. 實例分析 一冷風機組型號為39F D560，重量G =28.1 kN，高1.625 m，寬1.94 m，長8.755 m，屬柜式設備。機組剛性安裝于建筑物半高樓層，考慮剛性連接的情況，丙類建筑，烈度為8度。 功能系數(shù)：

10、按功能級別三級，取=0.6 類別系數(shù)=1.5，連接狀態(tài)系數(shù)=l，樓層位置系數(shù)=1.5，地震影響系數(shù)最大值 =0.16，作用于附屬系統(tǒng)重心的水平地震作用標準值F =0.61.5l1.50.1628.1=6.07 kN，驗算地腳螺栓強度：設重心在樓面以上l m處，則水平地震作用的力矩為6.07l=6.07 kNm，按平面尺寸的短邊取兩排地腳螺栓問的距離1.94 m，則每排地腳螺栓應能承受6.07/1.94=3.13 kN的拉力。,9.2 非結構構件的抗震計算,9.2.2 樓面反應譜法 1. 計算表達式 樓面反應譜是計算非結構構件和設備地震作用的有效方法。其中樓面反應譜為對于應于結構設計所用地面反應

11、譜，即反映支承非結構構件的結構自身動力特性、非結構構件所在的樓層位置，以及結構和非結構阻尼特性對地面地震運動的放大作用。當采用樓面反應譜發(fā)時，非結構構件通常采用單質點模型，其水平地震作用標準值宜按下式公式計算： 式中： ， ， G與等效側力法定義相同； 非結構構件的樓面反應譜值，取決于設防烈度、場地條件、非結構構件與主 結構體系之間的周期比、值量比和阻尼，以及非結構構件在結構的支承位置、數(shù)量 和連接性質。,9.2 非結構構件的抗震計算,2. 樓面反應譜 樓面反應譜是安裝在某樓面上的、具有不同自振周期和阻尼的單自由度系統(tǒng)對樓面地震運動反應的最大值的均值組成的曲線。樓面反應譜的發(fā)展經(jīng)歷了兩個階段。

12、第一代樓面反應譜將不含附屬系統(tǒng)的主系統(tǒng)的樓面反應作為輸入，求具有不同自振周期的單自由度系統(tǒng)的反應譜，其優(yōu)點是解耦，避免了求解主系統(tǒng)的運動方程。這種樓面反應譜僅對很輕的非結構構件能給出可靠的地震作用。由于它不考慮附屬系統(tǒng)與主系統(tǒng)間的相互作用等4個影響因素，所得到的樓面反應譜有較大的誤差，在某些情況下誤差可達百分之幾百。,9.2 非結構構件的抗震計算,這4個影響因素如下。 (1) 質量比。當附屬系統(tǒng)與主系統(tǒng)樓層的質量比大于0.001時，附屬系統(tǒng)對主系統(tǒng)相應樓層的反應有明顯影響；否則可使用第一代樓面反應面譜。 (2) 諧振。當附屬系統(tǒng)的自振周期與主系統(tǒng)的自振周期相等或接近時，兩個系統(tǒng)將發(fā)生強烈的相互

13、作用，出現(xiàn)“吸振器效應”，此時附屬系統(tǒng)出現(xiàn)強烈的振動；而主系統(tǒng)的反應則大大減弱，同時主系統(tǒng)的自振周期將發(fā)生漂移。 (3) 非經(jīng)典阻尼。當附屬系統(tǒng)與主系統(tǒng)樓層的阻尼特性不一致時，聯(lián)合系統(tǒng)具有非經(jīng)典阻尼性質。在諧振的情況下，其影響不可忽視；此時主坐標中的阻尼矩陣不是對角陣，形成主坐標中的阻尼耦聯(lián)運動方程，不能用基于杜哈梅積分的振型疊加法求解。 (4) 多支座激勵。當附屬系統(tǒng)在主系統(tǒng)不同樓層有支點時，不同支點間的相互運動還會引起附屬系統(tǒng)中的附加內力，即“偽靜力效應”。 為克服第一代樓面反應譜的缺點，第二代樓面反應譜基于求解由主系統(tǒng)和安裝在不同樓層上的單自由度附屬系統(tǒng)組成的組合系統(tǒng)中附屬系統(tǒng)的地震反應

14、，這樣就綜合考慮了上述4個因素的影響，從而得到更可靠的樓面反應譜。GB 500112001建筑抗震設計規(guī)范對樓面反應譜的構成沒有提出具體要求，但容許采用專門方法，可以采用第二代樓面反應譜計算程序FSAP。,9.2 非結構構件的抗震計算,研究樓面反應譜的目的是為附屬系統(tǒng)的抗震設計。有了樓面反應譜，只要知道附屬系統(tǒng)本身的特性(自振周期、質量和阻尼)就可查出其地震作用，而不需要分析主系統(tǒng)。但建立樓面反應譜時需要知道主系統(tǒng)的自振特性(自振周期、振型)，這些特性當建筑物抗震設計完成后都是已知的。應當說明，這里所說的設備抗震設計僅限于驗算設備的支架、連接件或錨固件的抗震能力，不包括設備自身的抗震能力。這里

15、所說的設備自振周期是指設備和支架、連接件或錨固件組成的子系統(tǒng)的自振周期。對于與樓層剛接的設備，則是指設備自身的自振周期。 非結構構件地震作用效應一般應與自身重力產(chǎn)生的效應、支座相對位移產(chǎn)生的效應或其他效應進行基本組合。其中幕墻應考慮地震作用效應與風荷載效應的組合，而容器類尚應計及設備運轉時的溫度、工作壓力等產(chǎn)生的效應。 非結構構件的抗震驗算應按各類結構構件的規(guī)定進行，但摩擦力不得作為抵抗地震作用的抗力，承載力抗震調整系數(shù)，連接件可采用1.0，其余可按有關標準的規(guī)定進行。,9.2 非結構構件的抗震計算,9.3 非結構構件的基本抗震措施,9.3.1 建筑非結構構件的基本抗震措施 建筑非結構構件的抗

16、震措施包括其的布置、造型和構造要求等，具體內容如下。 1. 結構體系相關部位的要求 設置連接建筑構件的預埋件、錨固件的部位，應采取加強措施，以承受建筑構件傳給結構體系的地震作用。 2. 非承重墻體的材料、選型和布置要求 應根據(jù)設防烈度、房屋高度、建筑體型、結構層間變形、墻體抗側力性能的利用等因素，經(jīng)綜合分析后確定。應優(yōu)先采用輕質墻體材料，采用剛性非承重墻體時，其布置應避免使結構形成剛度和強度分布上的突變。樓梯間和公共建筑的人流通道，其墻體的飾面材料要有限制，避免地震時塌落堵塞通道。天然的或人造的石料和石板，僅當嵌砌于墻體或鋼錨件固定于墻體，才可作為外墻體的飾面。,3. 墻體結構體系的拉結要求

17、墻體應與結構體系有可靠的拉結，應能適應不同方式的層間位移；8度、9度時結構體系有較大的變形，墻體的拉結應具有可適應層間變位的變形能力或適應結構構件轉動變形的能力。 4. 砌體墻的構造措施 砌體墻主要包括砌體結構中的后砌隔墻、框架結構中的砌體填充墻、單層鋼筋混凝土柱廠房的砌體圍護和隔墻、多層鋼結構房屋的砌體隔墻、砌體女兒墻等，應采取措施(如柔性連接等)減少對結構體系的不利影響，并按要求設置拉結筋、水平系梁、圈梁、構造柱等加強自身的穩(wěn)定性和與結構體系的可靠拉結。有關的具體要求詳見GB 500112001建筑抗震設計規(guī)范的相應規(guī)定。 5. 頂棚和雨篷的構造措施 各類頂棚、雨篷與主體結構的連接件，應有

18、滿足要求的連接承載力，足以承擔非結構自身重力和附加地震作用。 6. 幕墻的構造措施 玻璃幕墻、預制墻板等的抗震構造，應符合專門的規(guī)定。,9.3 非結構構件的基本抗震措施,9.3.2 建筑附屬機電設備支架的基本抗震措施 機電設備和設施的抗震措施，應根據(jù)抗震設防烈度、建筑使用功能、房屋的高度、結構類型和變形特征、附屬設備所處的位置和運轉要求等，經(jīng)綜合分析后確定?；疽笕缦隆?1. 小型沒備無抗震設防要求 下列附屬機電設備的支架可無抗震設防要求。 (1) 重力不超過1.5 kN的設備； (2) 內徑小于25 mm的煤氣管道和內徑小于60 mm的電氣配管。 (3) 矩形截面面積小于0.38 m2圓形直徑小于0.70 m的風管。 (4) 吊桿計算長度不超過300 mm的吊桿懸掛管道。,9.3 非結構構件的基本抗震措施,2. 建筑附屬設備的布置 不應設置在可能導致使用功能發(fā)生障礙等二次災害的部位；對于有隔振裝置的設備，應注意強烈振動對連接件的影響，并防止設備和建筑結構發(fā)生共振現(xiàn)象。對丙類建筑，應使建筑附屬設備在遭遇設防烈度地震影響后能迅速恢復運轉。 3. 管道 地震時