对非结构构件抗震设计的总结

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摘要

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。

关键词 抗震设计 电梯 通信设备

中图分类号：U452.2+8 文献标识码：A 文章编号：

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。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，外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（GB50011-2010）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。

1．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0．1s，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。

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＝γηζ1ζ2αmaxG

式中F ─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；

γ─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；

η─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；

ζ1─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；

ζ2─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；

αmax─地震影响系数最大值；可按多遇地震的规定采用；

G ─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。

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＝γηβsG

式中βs─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。

5．非结构构件地震作用效应组合

非结构构件的地震作用效应(包括自身重力产生的效应和支座相对位移产生的效应)和其它荷载效应的基本组合，一般应按结构构件的规定计算；幕墙需计算地震作用效应与风荷载效应的组合；容器类尚应计及设备运转时的温度、工作压力等产生的作用效应。

非结构构件抗震验算时，摩擦力不得作为抵抗地震作用的抗力；承载力抗震调整系数，连接件可采用1.0，其余可按相关标准的规定采用。

三、建筑非结构构件的基本抗震措施

新规范对建筑非结构构件的布置和选型做了基本规定，并将89规范各章中有关建筑非结构构件的构造要求汇总在一起，包括：

1．结构体系中，设置连接建筑构件的预埋件、锚固件的部位，应采取加强措施，以承受建筑构件传给结构体系的地震作用。

2．非承重墙体的材料、选型和布置，应根据设防烈度、房屋高度、建筑体型、结构层间变形、墙体抗侧力性能的利用等因素，经综合分析后确定。应优先采用轻质墙体材料，刚性非承重墙体的布置，应避免使结构形成刚度和强度分布上的突变。

3．墙体与结构体系应有可靠的拉结，应能适应不同方向的层间位移；8、9度时应有满足层间变位的变形能力或转动能力。

4楼梯间和公共建筑的人流通道，其墙体的饰面材料要有限制，避免地震时塌落堵塞通道。天然的或人造的石料和石板，仅当嵌砌于墙体或用钢锚件固定于墙体，才可作为外墙体的饰面。

5．砌体墙（包括砌体结构的后砌隔墙。框架结构中的砌体填充墙、单层钢筋混凝土柱厂房的砌体围护墙和隔墙、多层钢结构房屋的砌体隔墙等）应采取措施（如柔性连接等）减少对结构体系的不利影响，并按要求设置拉结筋、水平系梁、圈梁、构造柱等加强自身的稳定性和与结构体系的可靠拉结。

6．玻璃幕墙、预制墙板等的抗震构造，应符合专门的规定。

四、建筑附属机电设备支架的基本抗震措施

附属于建筑的机电设备和设施与结构体系的连接构件和部件，在地震时造成破坏的原因主要是：①电梯配重脱离导轨；②支架间相对位移导致管道接头损坏；③后浇基础与主体结构连接不牢或固定螺栓强度不足造成设备移位或从支架上脱落；④悬挂构件强度不足导致电气灯具坠落；⑤不必要的隔振装置，加大了设备的振动或发生共振，反而降低了抗震性能等。

上述机电设备和设施的抗震措施，应根据设防烈度、建筑使用功能、房屋的高度、结构类型和变形特征、附属设备所处的位置和运转要求等，经综合分析后确定。

五、总结

非结构构件不属于主体结构，但设计中应该将非结构构件与主体结构放在同等重要的程度对待，提高它的重视程度，并严格按照相关规范设计和施工，仍可减少非结构构件在地震中造成的危害。