門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的受力性能有很多特點，對它的抗震設(shè)計應(yīng)如何對待，《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2010未作規(guī)定，設(shè)計人員和學(xué)者表示關(guān)切，個別讀者曾認為沒有規(guī)定，問題很大，影響了結(jié)構(gòu)的安全。本文對此作初步探討，意在拋磚引玉。
在MBMA《低層房屋建筑體系手冊》1996中提到，“金屬房屋建筑體系因為自重輕，設(shè)計一般不受地震力控制。過去的震害調(diào)查表明，金屬房屋體系的性能比其它結(jié)構(gòu)形式好得多“。因為采用這種建筑體系的項目，其與埸地土壤剖面有關(guān)的設(shè)計數(shù)據(jù)往往不全，按ASCE 7-95的第D類埸地（剛性土壤）進行地震力計算”。
影響輕鋼房屋抗震設(shè)計的有利因素較多：
1）屋面結(jié)構(gòu)自重很輕，即使在強震下產(chǎn)生的地震作用也是較小的。
2）結(jié)構(gòu)位移不受圍護結(jié)構(gòu)限制，柱頂?shù)奈灰葡拗禐橹叩?/60。
3）實測柱頂位移總是比計算值小很多。因為面板的蒙皮作用和結(jié)構(gòu)的空間作用都未考慮；MBMA手冊和國內(nèi)的課題研究都確認此事實。國內(nèi)課題研究表明，實測位移只有計算值的一半左右。
4）結(jié)構(gòu)有極好的延性，梁柱構(gòu)件采用的端板連接是半剛性的，剛架橫梁有較好的耗能能力。
5）汶川大地震后，鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)人員在震害波及地區(qū)作了全面考察，也未見這種房屋倒塌。
6）MBMA抗震導(dǎo)則規(guī)定，R=3時不需作抗震計算，R是與結(jié)構(gòu)延性有關(guān)的系數(shù)。抗震設(shè)計規(guī)范（2010）規(guī)定，0.15g以下不需作抗震計算。
7）美國MBMA出版了《金屬房屋體系抗震設(shè)計導(dǎo)則》，我們查閱有關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)抗震設(shè)計時的柱頂位移限值建議取柱高的1/80，這個數(shù)值還達不到設(shè)計位移限值，看來二階分析的意義也不大。CECS102規(guī)定不考慮風(fēng)荷載和地震同時作用，但對最小設(shè)計風(fēng)壓應(yīng)有規(guī)定。在考慮風(fēng)荷載最小允許值時，美國ASCE7-05規(guī)定主要抗風(fēng)結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載不得小于0.48 kN/m2（10lb/ft2），構(gòu)件和面板在任一方向的風(fēng)載也應(yīng)滿足此值。規(guī)定設(shè)計最小風(fēng)壓也有利于減少這種結(jié)構(gòu)的風(fēng)災(zāi)。地震作用是重力荷載代表值引起的，分析時，剛架地震作用應(yīng)分別作用于剛架兩端而不是完全作用在一端。對于符合抗震設(shè)計要求的結(jié)構(gòu)，傳遞風(fēng)力的縱向構(gòu)件，包括剛性系桿、檁條兼作的系桿等及其連接，也應(yīng)檢驗是否滿足抗震設(shè)計要求，抗震要考慮地震作用來自各個方向。在構(gòu)造設(shè)計方面，柱間支撐、支撐連接、柱腳設(shè)計和夾層設(shè)計等部位應(yīng)該是重點，應(yīng)采取加強的構(gòu)造措施。對于地震控制的桿件，其截面的板件寬厚比限值和長系比限值宜適當(dāng)調(diào)整，但不宜統(tǒng)一規(guī)定限值，宜根據(jù)具體情況適當(dāng)處理，以免不必要地增加結(jié)構(gòu)用鋼量。
目前我國只有因雪災(zāi)和風(fēng)災(zāi)引起嚴重破壞或倒塌的例子，以及因施工不當(dāng)引起倒塌的例子，還沒有因震害造成倒塌的實例。MBMA規(guī)定的金屬房屋體系，其自重和荷載均大于我國規(guī)定。對我國常用跨度的門式剛架輕鋼房屋，抗震設(shè)計至少不是迫切問題。但少數(shù)門式剛架的跨度和構(gòu)件截面較大，我國已經(jīng)有72米跨的機庫和糧庫采用這種結(jié)構(gòu)體系，對于這類大型重要建筑，構(gòu)件和結(jié)構(gòu)自重較大，考慮抗震安全應(yīng)該是必要的，應(yīng)采取必要的重要性系數(shù)。MBMA的抗震設(shè)計導(dǎo)則重點，似乎放在帶夾層房屋的抗震設(shè)計。
抗震規(guī)范-2010版的9.2節(jié)列入了單層鋼結(jié)構(gòu)廠房, 在條文說明中指出,：“單層鋼結(jié)構(gòu)廠房在地震中破壞較輕,但也有損壞或坍塌的.因此,單層鋼結(jié)構(gòu)廠房進行抗震設(shè)防是必要的。本次修訂仍不包括輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房。”也就是說，新抗規(guī)它的抗震未提出規(guī)定。
關(guān)于是否需要抗震，我個人認為，可提供幾點判別：
1）抗震規(guī)范-2010將7度0.15g及以上列為強震，低于0.15g可以放寬。為了和抗規(guī)協(xié)調(diào)，7度0.15g及以上還是要進行抗震設(shè)計的。
2）陳紹蕃老師作為抗震規(guī)范-2001編制組的顧問，曾對廠房鋼結(jié)構(gòu)的抗震提過如下意見：廠房鋼結(jié)構(gòu)的特點是，有的受地震控制有的不受地震控制，當(dāng)不受地震控制時，可不考慮抗震。此建議對門式剛架是適用的。
3）修訂中的國家標準《
鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》列入了抗震設(shè)計內(nèi)容，廠房結(jié)構(gòu)組的修訂草案建議，
鋼結(jié)構(gòu)廠房采用輕型屋面和墻面時，地震作用效應(yīng)不大，建用二倍多遇地震組合進行一階分析，取代二階分析等抗震驗算，并采取適當(dāng)?shù)目拐饦?gòu)造措施。此建議可供門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計參考。
4）對于大跨度重要設(shè)施，宜考慮抗震要求。
關(guān)于夾層設(shè)計，由自重引起的內(nèi)力當(dāng)然必需考慮。在抗震方面，首先應(yīng)確定是否要考慮抗震。輕質(zhì)材料樓板和木樓蓋不需考慮抗震，混凝土樓板要考慮抗震。選用什么方法？美國抗震導(dǎo)則提供兩個辦法：
一考慮夾層引起的扭矩，對房屋進行結(jié)構(gòu)整體分析；
—或?qū)A層用防震縫隔開，使主體結(jié)構(gòu)在地震時不受夾層的影響。抗震規(guī)范規(guī)定，對砼結(jié)構(gòu)防震縫寬50～70mm,對鋼結(jié)構(gòu)未提出具體規(guī)定。
第一種方法計算太繁，缺乏實用性。第二種方法理論上容易，但做起來不容易。
有專家建議，可在夾層周邊兩個方向設(shè)置較強支撐，使夾層產(chǎn)生的地震力可由其周邊支撐承受。至于夾層在房屋結(jié)構(gòu)中引起的地震力，因為設(shè)計不考慮地震作用和最大風(fēng)荷載同時出現(xiàn)，可予忽略。此法最簡便，也可考慮。
參考文獻
[1]MBMA，Metal Building Systems Manual,2002
[2]MBMA Seismic Design Guide for Metal Building Systems,based on the 2000 IBC,
By Backman/ Drake/ Johnson/ Murray,
[3]《Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures》ASCE 7-05
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