单层厂房抗震设计

第7章单层厂房抗震设计

7.1 震害分析

和其他结构相比较, 单层厂房的震害总的来说较轻, 且主要是围护结构的破坏。围护墙实际上起到了承受和传递水平地震力的作用，其刚度和质量分布对厂房的动力反应有很大影响。震害调查表明，围护墙布置不合理是造成厂房震害的重要原因之一，且大型墙板的震害明显轻于砌体墙。例如海城纺织机械厂和营口中板厂都因墙体和柱拉结不良而在地震时发生墙面大片倒塌的现象（图7-1）。厂房的山墙也易倒塌。如果山墙上直接铺有屋面板, 山墙的倒塌也引起有关屋面板的坠落。

型天窗是厂房抗震的薄弱部位，在

6度区就有震害的实例。震害主要表现为

支撑杆件失稳弯曲，支撑与天窗立柱连接

节点被拉脱，天窗立柱根部开裂或折断

等。这是因为型天窗位于厂房最高部

位，地震效应大。

在大型屋面板屋盖中，如屋面板与屋

架或屋面梁焊接不牢，地震时往往造成屋

面板错动滑落，甚至引起屋架的失稳倒

塌。

历次地震的震害调查表明，厂房受纵

向水平地震作用时的破坏程度重于受横

向地震作用时的破坏程度。主要的破坏形图7-1 中板厂震害

式有：(1) 天窗两侧竖向支撑斜杆拉断，节点破坏，天窗架沿厂房纵向倾斜，甚至倒下砸塌屋盖。(2) 屋面板与屋架的连接焊缝剪断，屋面板从屋架上滑脱坠地。屋盖的纵向地震力是通过屋面板焊缝从屋架中部向屋架的两端传递的，屋架两端的剪力最大。因此，屋架的震害主要是端头混凝土酥裂掉角、支撑大型屋面板的支墩折断、端节间上弦剪断等。(3) 在设有柱间支撑的跨间，由于其刚度大，屋架端头与屋面板边肋连接点处的剪力最为集中，往往首先被剪坏；这使得纵向地震力的传递转移到内肋，导致屋架上弦受到过大的纵向地震力而破坏。当纵向地震力主要由支

撑传递时，若支撑数量不足或布置不当，会造成支撑的失稳，引起屋面的破坏或屋盖的倒塌。另外，柱根处也会发生沿厂房纵向的水平断裂。(4) 纵向围护砖墙出现斜裂缝。

作为主要受力构件的柱，由于其在设计中考虑了水平力的作用，故从整体上看，在7度区一般无震害，在8度和9度区出现裂缝，仅在烈度为10度的区域才有少数的倒塌。但柱的局部震害则较常见，主要有：（1）上柱柱身变截面处酥裂或折断（图7-2）。（2）柱顶与屋面梁的连接处由于受力复杂易发生剪裂、压酥、拉裂或锚筋拔出、钢筋弯折等震害。（3）由于高振型的影响，高低跨两个屋盖产生相反方向的运动，使中柱柱肩产生竖向拉裂（图7-3）。（4）下柱下部出现横向裂缝或折断，后者会造成倒塌等严重后果。（5）柱间支撑产生压屈。

例如, 位于8度区的营口中板厂轧钢车间, 其柱子主要是双肢管柱, 局部为工字形钢筋混凝土柱。 地震后, 位于标高9米圈梁以上的纵墙几乎通长倒塌, 吊车梁附近管柱有破坏, 个别柱的柱根有细裂缝。

腹板开口的工字形柱和平腹杆双肢柱的抗侧刚度较差，在水平地震力作用下，侧向位移较大，腹板或平腹

杆处常发生剪切破坏。

砖柱厂房的抗震性能远不如钢筋混凝土厂房。其屋盖的震害现象有：屋面的瓦下滑和掉落；冷摊瓦屋面的木屋架沿厂房纵向向一侧倾斜；木屋架及其气楼间的竖向交叉支撑或结点拉脱，或木杆件被拉断；重屋盖的天窗两侧竖向支撑或结点拉脱，或钢杆件被压屈。砖柱的震害现象有：内部独立砖柱在底部发生水平裂缝；柱顶混凝土垫块底面出现水平裂缝，少数发生错位；高低跨砖柱上柱水平折断，或是支承低跨屋架的柱肩产生竖向裂缝。墙体的震害主要有：山墙外倾，檩条由墙顶拔出，严重时山墙尖向外倾倒，端开间屋面局部塌落；外纵墙在窗台高度处出现细微水平裂缝，较严重时水平折断，并常伴有壁柱砖块局部压碎崩落，更严重时整个厂房横向倾倒。

图7-2 上柱根部水平裂缝

图7-3 柱肩竖向裂缝

7.2 抗震设计

7.2.1设计原则

1. 结构布置和选型

（1）平面布置和抗侧力结构形式

首先，厂房的结构布置应合理。厂房的平面应尽可能对称，以避免显著的扭转振动；平面复杂时，应设防震缝隔成简单对称的形状。在厂房纵横跨交接处，以及对大柱网厂房等可不设柱间支撑的厂房，防震缝宽度可采用100～150mm，其他情况可采用50～90mm。在竖向应减少刚度突变，各跨的高度应尽可能相同。两个主厂房之间的过渡跨至少应有一侧采用防震缝与主厂房脱开。

厂房内用于进入吊车的铁梯不应靠近防震缝设置；多跨厂房各跨上吊车的铁梯不宜设置在同一横向轴线附近。工作平台宜与厂房主体结构脱开。

厂房的同一结构单元内不应采用不同的结构型式，不应采用横墙和排架混合承重。厂房各柱列的侧移刚度宜均匀。

天窗是薄弱环节，它削弱屋盖的整体刚度。从抗震的角度，天窗在纵向的起始部位应尽可能远离伸缩缝区段（厂房单元）的端部。8度和9度时宜从厂房单元端部第三柱间开始设置。

厂房的横向抗侧力体系常为屋盖横梁（屋架）与柱铰接的排架形式。钢柱厂房也可采用屋盖横梁与柱顶刚接的框架形式。其他还有门式刚架等结构体系。

厂房的纵向抗侧力体系，是由纵向柱列形成的排架、柱间支撑和纵墙共同组成。钢柱厂房的纵向抗侧力体系宜采用柱间支撑，条件限制时也可采用刚架结构。

单层砖柱厂房是由砖墙（带或不带壁柱）、砖柱承重的单跨和多跨单层房屋。其跨度一般约为5～15m，个别达18m。有的厂房还设有5t以下的小吨位吊车，此时砖柱为变截面阶形柱。屋盖结构分为重、轻两类。重屋盖是指采用钢筋混凝土实腹梁或屋架，上覆钢筋混凝土槽形板或大型屋面板。轻型屋盖是指木屋盖和轻钢屋架、瓦楞铁、石棉瓦屋面的屋盖。

砖柱厂房由于造价低廉和施工方便，仍将被一些中小型企业采用。虽然就材料而言，其抗震性能不如钢筋混凝土，但只要在其材料许可的范围内精心合理设计，

仍可建造出具有相当抗震能力的厂房结构。在结构布置上，平面形状力求规整，不规整时应采用防震缝分成规整形状。一般应为单跨或等高多跨，以避免高振型的不利影响。6～8度时，跨度不宜大于15m且柱顶标高不宜大于6.6m，且宜采用轻型屋盖；9度时跨度不宜大于12m且柱顶标高不宜大于4.5m，且应采用轻型屋盖。有抗震要求时一般不宜有桥式吊车。

砖柱厂房两端均应设置承重山墙。其纵、横向内隔墙宜做成抗震墙，非承重横隔墙和非整体砌筑且不到顶的纵向隔墙宜采用轻质墙；当采用非轻质墙时，应考虑隔墙对柱及其与屋架（梁）连接节点的附加地震剪力。独立的纵、横隔墙应采用措施保证其平面外的稳定性，且顶部应设置现浇钢筋混凝土压顶梁。

砖柱厂房的防震缝设置应符合下列要求：（1）轻型屋盖厂房可不设防震缝；（2）钢筋混凝土屋盖厂房与贴建的建（构）筑物间宜设防震缝，其宽度可采用50～70mm；（3）防震缝处宜设置双柱或双墙。

砖柱厂房纵向的独立砖柱柱列，可在柱间设置与柱等高的抗震墙来承受纵向地震作用。砖抗震墙应与柱同时咬搓砌筑，并应设置基础；未设砖抗震墙的柱顶应设通长水平压杆。

（2）支撑的布置

应合理地布置支撑，使厂房形成空间传力体系。柱间支撑除在厂房纵向的中部设置外，有吊车时或8度和9度时尚宜在厂房单元两端增设上柱支撑；8度且跨度不小于18m的多跨厂房中柱和9度时多跨厂房的各柱，宜在纵向设置柱顶通长水平压杆（图7-4），此压杆可与梯形屋架支座处通长水平系杆合并设置，钢筋混凝土系杆端头与屋架间的空隙应采用混凝土填实。

厂房单元较长时，或8度III、IV类场地和9度时，可在厂房单元中部1/3区段内设置两道柱间支撑，且下柱支撑应与上柱支撑配套设置。

图7-4 柱间支撑

有檩屋盖的支撑布置应符合表7-1的要求。

无檩屋盖的支撑布置应符合表7-2的要求；8度和9度跨度不大于15m的屋面梁屋