非结构构件抗震设计规定

第十六讲非结构构件抗震设计规定 戴国莹 抗震设计中的非结构构件通常包括建筑非结构构件和固定于建筑结构的建筑附属机电 设备的支架。建筑非结构构件指建筑中除承重骨架体系以外的固定构件和部件，主要包括 非承重墙体，附着于楼面和屋面结构的构件、装饰构件和部件、固定于楼面的大型储物架 等；建筑附属机电设备指与建筑使用功能有关的附属机械、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，管道系统，空气调节系统，烟火监测和消防系统, 公用天线等。 一、抗震设防目标 非结构的抗震设计所涉及的设计领域较多，一般由相应的建筑设计、室内装修设计、 建筑设备专业等有关工种的设计人员分别完成。目前已有玻璃幕墙、电梯等的设计规程， 一些相关专业的设计标准也将陆续编制和发布。因此，在建筑抗震设计规范中，主要规定 了主体结构体系设计中与非结构有关的要求。 非结构构件的抗震设防目标，要与主体结构体系的三水准设防目标相协调，容许非结 构构件的损坏程度略大于主体结构，但不得危及生命。其抗震设防分类，各国的抗震规范、 标准有不同的规定，我国新规范将采用不同的计算系数和抗震措施来表征，把非结构构件 的抗震设防要求，大致分为高、中、低三个层次 高要求时，夕卜观可能损坏而不影响使用功能和防火能力，安全玻璃可能裂缝； 中等要求时，使用功能基本正常或可很快恢复，耐火时间减少1/4,强化玻璃破碎， 其它玻璃无下落； 一般要求，多数构件基本处于原位，但系统可能损坏，需修理才能恢复功能，耐火时 间明显降低，容许玻璃破碎下落。 二、基本计算要求 世界各国的抗震规范、规定中，有60规定了要对非结构的地震作用进行计算，而仅 有28对非结构的构造做出规定。 我国现行抗震规范（GBJ1189）主要对出屋面女儿墙、长悬臂附属构件（雨棚等）的抗 震计算做了规定。新规范明确结构体系计算时如何计入非结构的影响，以及非结构构件地 震作用的基本计算方法。 L非结构对结构整体计算的影响 在结构体系抗震计算时，与非结构有关的规定是 1）结构体系计算地震作用时，应计入支承于结构构件的建筑构件和建筑附属机电设备 的重力。 2）对柔性连接的建筑构件，可不计入其刚度对结构体系的影响；对嵌入抗侧力构件平 面内的刚性建筑构件，可采用周期调整系数等简化方法计入其刚度影响；当有专门的构造 措施时，尚可按规定计入其抗震承载力。 3）对需要采用楼面谱计算的建筑附属机电设备，应采用合适的简化计算模型计入设备 与结构体系的相互作用。 4）支承非结构构件的部位，应计入非结构构件地震作用效应所产生的附加作用。 2. 非结构自身计算要求 对于非结构自身设计时，有关的计算规定是 1）非结构构件自身的地震力应施加于其重心，水平地震力应沿任一水平方向。 2）非结构构件自身重力产生的地震作用，一般只考虑水平方向，采用等效侧力法；当 建筑附属设备（含支架）的体系自振周期大于0. Is,且其重力超过所在楼层重力的1, 或建筑附属设备的重力超过所在楼层重力的10时，如巨大的高位水箱、出屋面的大型塔 架等，则采用楼面反应谱方法。 3）非结构构件的地震作用，除了自身质量产生的惯性力外，还有地震时支座间相对 位移产生的附加作用，二者需同时组合计算。 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 定的支承点相对水平位移计算。 非结构构件在位移方向的刚度，应根据其端部的实际连接状态，分别采用刚接、车交接、 弹性连接或滑动连接等简化的力学模型。 相邻楼层的相对水平位移，可按规定的限值采用；防震缝两侧的相对水平位移，宜根 据使用要求确定。 3. 关于等效侧力法计算 当采用等效侧力法时，非结构的水平地震作用标准值按下列公式计算 F Y n ffmaxG（16.1） 式中F一沿最不利方向施加于非结构构件重心处的水平地震作用标准值； /一非结构构件功能系数，取决于建筑抗震设防类别和使用要求，由相关标准根据 建筑设防类别和使用要求等确定；一般分为1.4、1.0、0.6三档； 〃一非结构构件类别系数，取决于构件材料性能等因素，由相关标准根据构件材料 性能等因素确定；一般0.6-1.2范围内取值； 5状态系数；对预制建筑构件、悬臂类构件、支承点低于质心的任何设备和柔性 体系宜取2.0,其余情况可取1.0； 位置系数，建筑的顶点宜取2.0,底部宜取1.0,沿高度线性分布；对新规范要 求采用时程分析法补充计算的结构，应按其计算结果调整； max地震影响系数最大值；可按多遇地震的规定采用； G一非结构构件的重力，应包括运行时有关的人员、容器和管道中的介质及储物柜中物品的重力。 下列非结构构件的类别系数和功能系数可供参考 表16-1建筑非结构构件的类别系数和功能系数 构件、部件名称 类别系数 功能系数 乙类建筑 丙类建筑 非承重外墙 围护墙 0.9 1.4 1.0 玻璃幕墙等 0.9 1.4 1.4 连接 墙体连接件 1.0 1.4 1.0 饰面连接件 1.0 1.0 0.6 防火顶棚连接件 0.9 1.0 1.0 非防火顶棚连接件 0.6 1.0 0.6 附属构件 标志或广告牌等 1.2 1.0 1.0 高于2.4m储物柜支架 货架（柜）文件柜 0.6 1.0 0.6 文物柜 1.0 1.4 1.0 表16-2建筑附属设备构件的类别系数和功能系数 构件、部件所属系统 类别系数 功能系数 乙类 丙类 应急电源的主控系统、发电机，冷冻机等 1.0 1.4 1.4 电梯的支承结构,导轨、支架，轿箱导向构件等 1.0 1.0 1.0 悬挂式或摇摆式灯具 0.9 1.0 0.6 其它灯具 0.6 1.0 0.6 柜式设备支座 0.6 1.0 0.6 水箱、冷却塔支座 1.2 1.0 1.0 锅炉、压力容器支座 1.0 1.0 1.0 公用天线支座 1.2 1.0 1.0 4. 关于楼面谱计算 “楼面谱”对应于结构设计所用“地面反应措”，即反映支承非结构构件的结构自身动 力特性、非结构构件所在楼层位置，以及结构和非结构阻尼特性对地面地震运动的放大作 用。当采用楼面反应谱法时，非结构通常采用单质点模型，其水平地震作用标准值按下列 公式计算 F y n J3SG16.2 式中 力一非结构构件的楼面反应谱值，取决于设防烈度、场地条件、非结构构件与结构 体系之间的周期比、质量比和阻尼，以及非结构构件在结构的支承位置、数 量和连接性质。 对支座间有相对位移的非结构构件则采用多支点体系，按专门方法计算。 计算楼面谱的基本方法是随机振动法和时程分析法，当非结构构件的材料与结构体系 相同时，可直接利用一般的时程分析软件得到；当非结构构件的质量较大，或材料阻尼特 性明显不同，或在不同楼层上有支点，需采用第二代楼面谱的方法进行验算。此时，可考 虑非结构与主体结构的相