浅议关于非结构构件设计

来源：职称驿站所属分类：材料科学论文
发布时间：2013-04-11浏览：22次

　　摘要：本文对建筑非结构构件和建筑附属机电设备两类非结构构件进行设计，阐述基本计算要求和基本抗震措施，总结设计经验，尽量避免和减少震害。

　　关键词：非结构构件；建筑非结构构件；建筑附属机电设备

　　[ Abstract ] This article designs on the building non structural components and subsidiary mechanical and electrical equipment these two kinds of non structural components, elaborates the basic computational requirements and seismic measures, and summarizes the design experience, to avoid and reduce the vibration damage.

　　[ Key words ] non structural components ;building non structural components; building subsidiary mechanical and electrical equipment

　　中图分类号：TB482.2 文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）

　　前言

　　建筑结构中凡是用以承受荷载的骨架承重体系都不属于非结构构件，如基础、框柱、剪力墙、框梁、次梁、楼面屋面板、桁架、檩等。

　　建筑抗震设计规范对非结构构件的定义举例为“除承重骨架体系以外的固定构件和部件如隔墙、填充墙、附着于楼屋面的构件部件装饰件、大型储物架、及包括电梯在内的各种功能的机电支架、设备等”。

　　我们对非结构构件的抗震问题要有充分的了解，能够针对非结构构件的具体类型，采取据有针对性的设计方案，采取加强非结构构件的安全性措施，进一步加强和细化非结构构件节点的细部设计。由于非结构构件不属于主体结构，在设计和施工中很容易被忽视，使用中在地震作用下是很容易破坏的构件，它会造成巨大的危害。如，在5.12的汶川地震中，有许多非结构构件在地震中首先倒塌伤人、砸坏设备、破坏主体结构，造成大量人员伤亡和财产损失。笔者根据多年的设计和施工经历，浅谈一下非结构构件在设计中应该注意的几个问题，以期能够引起注意。

　　1.非结构构件的定义与分类

　　所谓非结构构件，是指一般不属于主体结构的构件，具体包括建筑非结构构件和建筑附属机电设备两大类。其中建筑非结构构件又分为三类，第一类为附属结构构件（如，女儿墙、雨篷、高低跨封墙等），第二类为装饰物（如，贴面、顶棚、悬吊重物等），第三类为非结构墙体（如，内隔墙、围护墙、框架填充墙等）。建筑附属机电设备指为现代建筑使用功能服务的附属机械、电气构件、部件和系统，主要包括电梯、照明和应急电源、通信设备，管道设备，采暖和空气调节系统，烟火监测和消防系统，公用天线等。

　　2.对非结构构件在抗震设计时的具体对策

　　我们要根据非结构构件不同类型、工程所处的不同环境区别对待：①做好细部构造，让非结构构件成为抗震结构的一部分，在计算分析时，充分考虑非结构构件的质量、刚度、强度和变形能力。②与第①条相反，在结构做法上防止非结构构件参与工作，抗震设计时只考虑其质量，不考虑其强度和刚度，从而加大了非结构构件的抗震可靠性。③防止非结构构件在地震作用下出平面倒塌。④对装饰要求高的建筑选用适合的抗震结构形式，主体结构要有足够的结构刚度，以减小主体结构的变形量，使之符合规范要求，避免由于主体破坏导致装饰破坏。⑤加强建筑附属机电设备支架与主体结构的连接与锚固，避免由于连接牢固引起的次生灾害。

　　3.设计基本计算要求

　　建筑结构抗震计算时，应计入非结构构件的影响。非结构构件的地震作用，除了自身质量产生的惯性力外，还有支座间相对位移产生的附加作用，二者同时组合计算。非结构构件因支承点相对水平位移产生的内力，可按该构件在位移方向的刚度乘以规定的支承点相对位移计算。非结构构件的地震作用效应和其他荷载效应的基本组合，按结构构件的有关规定计算；幕墙需计算地震作用效应与风荷载效应的组合；容器类应计设备运转时的温度、工作压力等产生的作用效应。地震作用计算时，应计入支承于结构构件的女儿墙，工艺设备，管道，电缆桥架等非结构构件的重力。支承非结构构件的结构构件，应按非结构构件地震作用效应作为附加作用对待，并满足连接件的锚固要求。建筑附属设备（含支架）的体系自振周期大于0.1S且其重力超过所在楼层重力的10%时，进入整体结构模型的抗震设计。7~9度时，电梯井的预埋件，自重超过1.80KN或其体系自振周期大于0.1S的设备支架、基座及预埋件需要进行抗震验算。屋顶通风器的连接部位，其水平地震作用效应宜乘以增大系数1.5。突出建筑物顶层的屋顶小间、女儿墙等，其水平地震作用效应宜乘以增大系数3。增大部分的作用不应往下传递。采用振型分解法时，突出屋面部分可作为一个质点。汽机房屋架与柱顶采用铰接连接时，屋架端部及柱连接支座杆件地震作用效应宜乘以地震增大系数，当框排架平面计算时取2.0；当验算屋架与柱子连接点焊缝和螺栓的抗剪强度时，其每端地震作用效应增大系数宜按以下规定取值。①对于焊接，宜取该跨柱支座杆件地震作用效应乘以增大系数2，再乘以加强系数1.5。②对于螺栓连接，宜取该跨柱支座杆件地震作用效应乘以增大系数2，再乘以加强系数1.2。

　　4.各类非结构构件在抗震设计中要注意的主要问题和应采取的措施

　　我们对非结构构件的抗震问题要有充分的了解，能够针对非结构构件的具体类型，采取有针对性的设计方案，采取加强非结构构件的安全性措施，进一步加强和细化非结构构件节点的细部设计。第一类为附属结构构件，如女儿墙、雨篷、高低跨封墙等构件。主要抗震问题是防止倒塌，采取的措施是加强非结构构件的整体性，并使之与主体结构可靠锚固连接。防震缝处女儿墙应留有足够的宽度，缝两侧的自由端应予以加强。第二类为装饰物，如贴面、顶棚、悬吊重物等。主要抗震问题是防止脱落和装饰的破坏，采取的主要措施是同主体结构可靠连接。各类顶棚的构件与楼板的连接件，应能承受顶棚、悬挂重物和有关机电设施的自重和地震附加作用；其锚固的承载力应大于连接件的承载力。对重要的贴面和装饰，也可采用柔性连接，既使主体结构在地震作用下有较大变形，也不致将贴面和装饰损坏。第三类为非结构墙体，如内隔墙、围护墙、框架填充墙等。根据材料的不同和同主体结构的连接条件，它们可能对主体结构产生不同程度的影响，如：①减小主体结构的自振周期，增大结构的地震作用。②改变主体结构的侧向刚度分布，从而改变地震作用在各结构构件之间的内力分布状态。③填充墙防止局部高度范围内形成短柱，以免地震时发生柱的脆性破坏。④墙长大于5m时，墙顶与梁有拉结；墙长大于8m或层高2倍时，要设置钢筋混凝土构造柱；墙高超过4m时，墙体半高设置与柱连接且沿墙全长贯通的钢筋混凝土水平系梁。⑤楼梯间和人流通道的填充墙，应采用钢丝网砂浆面层加强。⑥烟道、风道、垃圾道等不应削弱墙体。当墙体被削弱时，应对墙体采取补强措施。附属机电设备及支架等这些设备通过支架与建筑物连接，要求设备的支架要有足够的刚度和强度，并与建筑物应有可靠的连接和锚固，使设备在遭遇设防烈度的地震影响后能够迅速恢复运行。建筑附属机电设备不应设置在可能导致其使用功能发生障碍等二次灾害的部位。对于有隔震装置的设备，应注意其强烈振动对连接件的影响，支架设计时要防止设备系统和建筑结构发生谐振现象。管道、电缆竖井、风管和设备的洞口设置，应减少对主要承重构件的削弱，洞口边缘应有补强措施。建筑附属机电设备的基座或连接件应能将设备地震作用全部传递到主体结构上。主体结构用以固定建筑附属机电设备预埋件、锚固件的部位，应采取加强措施，以承受附属机电设备传给主体结构的地震作用。

　　5.总结

　　虽然非结构构件不属于主体结构，在设计时也很容易忽视。但作为工程技术人员应该将非结构构件与主体结构放在同等重要的程度对待，提高对它的重视程度。只要我们不断加强业务学习，提高设计水平，严格按照相关规范设计和施工，非结构构件在地震中造成的危害是可以减小和避免的。

　　参考文献：

　　1.《火力发电厂土建结构设计技术规定》（DL 5022-2008）（送审稿）

　　2.《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）

《浅议关于非结构构件设计》

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