第7篇-单层厂房抗震设计
第7章单层厂房抗震设计
(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。 ➢①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；
➢②8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。
教学目标与要求
1.了解单层厂房的震害特征及原因。 2.深刻理解单层厂房的抗震概念设计的要 求。 3.熟悉单层钢筋混凝土柱厂房的横、纵向 抗震计算方法。 4.熟悉单层厂房的主要抗震构造措施。
导入案例
5.12在汶川地震中，东方汽轮机厂的单层工 业厂房排架柱一般完好，牛腿到屋顶柱有破坏；钢 筋混凝土屋架与大型屋面板组成的屋盖破坏较重； 厂房维护墙破坏严重；轻钢屋盖和轻钢维护结构破 坏较轻。单层工业厂房的震害为什么具有上述特点 呢？单层工业厂房结构抗震设计应包括哪些内容呢？ 我们可以通过本章的学习得到了解。
横向地震作用下厂房主体结构的震害
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。在地震作用 下，如果构件或节点承载力不足或变形过 大，将会引起相应的破坏。主要震害现象 有：
1．柱的局部震害
1）上柱柱身变截面处开裂或折断( 图7-1)。
上柱截面较弱，在屋盖及吊 车的横向水平地震作用下承受着 较大的剪力，故柱子处于压弯剪 复合受力状态，在柱子的变截面 处因刚度突变而产生应力集中， 一般在吊车梁顶面附近易产生拉 裂甚至折断。
（5）纵向地震作用下围护结构的震害有山墙、山尖外闪 或局部塌落。
图7-8 山墙倒塌
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：
第七章 单层厂房震害及其分析(第21节课讲义)
3. 厂房横向地震作用 （1）底部剪力法（考虑空间及扭转作用修正）
FEk 1Geq
Geq：单质点时 Geq G1
多质点时 Geq 0.85 Gi
（2）各质点地震作用分配
Fi
Gi Hi Gk H k
FEk
( n 0)
（六）厂房空间作用和扭转影响对排架地震作用的影响
空间作用原因：厂房 两端山墙刚度大，影 响结构侧移（如图）
空间工作效应取决于： 有无山墙（或横墙）及屋盖的横向刚度。 1.屋盖增加了厂房的刚度。 2.山墙的间距越小厂房的刚度越大。
（3） 不等高厂房高低跨交接处中柱的地震内力修正
这部分截面的内力大于用底部剪力法求出的内力。这些 截面的内力乘以系数修正。
1）高跨一侧有低跨时
2 (1 1.7
nh nh
nl
Gl Gh
)
2）高跨两侧有低跨时
2(1 1.7
nh 2nh
nl
Glc Gh
)
2 ——空间影响系数
nh.nl ——高低跨跨数
扭转效应： 1.仅一端有山墙的厂房，会产生扭转振动。 2.靠近伸缩缝处的排架柱比其他位置的排架柱震害重。
单厂横向地震作用简化计算=平面排架计算+空间作用影响
对不同的排架结构形式进行空间的平动与扭转振动分 析，将其结果与平面排架振动分析结果进行对比，得出空间 工作与扭转影响效应的调整系数。 调整系数的适用条件： • 1）7、8度（烈度不太高） • 2）长/宽<8（房屋不太长），跨度>12m（跨度不太小） • 3）墙厚>240mm（墙不太薄，有足够的刚度）开洞<50% • 4）柱顶<=15m（不太高） 考虑空间作用和扭转影响的效应调整系数取值：
单层钢结构厂房的抗震构造方法
单层钢结构厂房的抗震构造方法单层钢结构厂房的抗震构造方法随着我国经济的迅速发展，越来越多的单层钢结构厂房得到了广泛应用。
但是，地震频繁的我国，单层钢结构厂房作为轻型建筑，其抗震能力成为了人们关注的焦点。
本文将探讨单层钢结构厂房的抗震构造方法。
一、单层钢结构厂房的物理特性单层钢结构厂房是用钢材做骨架，以轻钢板等为墙材、屋面材料的单层轻型钢结构房屋。
该类型厂房因其开间大、跨度广、自重轻、使用寿命长以及不需建筑群中的某些层对其进行支撑，因此，即使在消防管道等利用中部分空间而需要在一楼有比较大高度的企业厂房环境中，也可以有效对其进行固化。
二、单层钢结构厂房的抗震能力单层钢结构厂房的抗震强度和稳定性是由其框架结构和墙体结构组成的。
所谓框架结构就是指钢梁、钢柱等构成的框架结构，墙体结构则是指轻钢墙板等组成的板状结构。
抗震能力取决于框架结构和墙体结构的组合。
归纳了以下几点：1.合理选材。
单层钢结构厂房的关键是防止地震时的变形和沉降，因此，对于钢材的选择非常重要。
在选材时应选择质量好、应变能力较强、抗拉强度高的钢材。
同时，需要考虑到钢材的使用寿命长、化学性质稳定。
2.对结构进行合理分析和设计。
由于单层钢结构厂房的结构特性，对于其抗震设计和抗震等级的确定需要进行精密的结构计算和分析。
结构设计应根据地震预测参数进行合理分析和计算，以确保其在地震中能够保持稳定。
3.加强节点的刚度和强度。
节点是单层钢结构厂房中最容易产生破坏的部位，因此，在节点处需要采用合理的构造方法和加强措施，以增加其抗震强度和稳定性。
4.加强墙体结构的稳定性。
墙体结构是单层钢结构厂房抗震能力的关键。
因此，在设计时应采用加强杆、加强竖向结构等措施，对墙体结构进行加强，以提高其抗震能力和稳定性。
5.加强钢梁和钢柱的连接强度。
钢梁和钢柱的连接强度对于单层钢结构厂房的抗震能力至关重要。
因此，需要在设计时采用合理的连接方法和加强措施，以确保钢柱和钢梁之间的连接强度。
抗震结构设计第七章单层工业厂房的抗震设计
第三节 单层钢筋混凝土柱厂房的抗震设计
一、地震作用分析
单层厂房地震作用分析应考虑平面内的弹性变形和山墙可 能引起的扭转，所以规范给出的地震作用分析都是以空间分 析为基础的简化方法。
(1)厂房的横向抗震分析以平面排架为主，但要考虑屋盖 平面内的变形和砌体山墙在地震中开裂后的内力重分布，尤 其要考虑仅在一端有山墙时带来的扭转效应。
架与柱顶采用刚性焊接、柱顶范围箍筋配置少以及连接节点处 于弯矩、水平剪力和竖向轴力的共同作用等。
此外，在纵向地震作用下，个别厂房吊车梁与柱连接破坏， 使吊车梁纵向发生位移，甚至掉落。山墙柱上端与屋架的连接 处，震后也有不同程度的破损现象。
(5)支撑系统
➢ 震害现象：
地震时普遍发生杆件压屈、部分节点扭折、焊缝撕开、 锚件拉脱、锚筋拉断等现象，也有个别杆件拉断的。使支 撑系统部分失效或完全失效，造成主体结构错位或倾倒。 以天窗架垂直支撑最为严重，其次是屋盖垂直支撑和柱间 支撑。
柱子高度很大时，交叉支撑要有多节。
2.结构体系
(5)围护结构
①砌体围护墙的破坏比轻质墙板或大型钢筋混凝土墙板要 严重的多，有条件的情况下应采用轻质墙板或大型钢筋混 凝土墙板； ②高大的山墙，要用到顶的抗风柱和墙顶沿屋面的卧梁来 改善其抗震性能； ③砌体内隔墙要与柱脱开，以减少对柱子的不利影响，可 利用压顶梁和钢筋混凝土构造柱来增加其稳定性，提高抗 震性能； ④除单跨厂房外，围护砌体墙均应采用外贴式，以减轻墙 体给排架柱带来的不利影响，但应加强砌体墙与厂房柱之 间的锚拉。山墙更应增强其顶部与厂房屋盖构件和抗风柱 的锚拉。
(1)屋盖体系 ➢ 震害现象：
7度区基本完好；8度区发生屋面板错动、位移、震落，造 成屋盖局部倒塌；9度区发生屋架倾斜、位移、屋盖部分塌落， 屋面板大量开裂、错位；9度以上地区则发生屋盖大面积倒塌。
单层厂房抗震的设计
单层厂房抗震的设计引言地震是一种自然灾害，对建筑物和结构物的破坏性很大。
在工业厂房中，由于有大量机械设备和重要的生产资料，抗震设计尤为重要。
本文将介绍单层厂房抗震的设计原则和方法，以帮助工程师们提高厂房的抗震能力。
抗震设计的原则在进行单层厂房的抗震设计时，需要遵循以下原则：1. 合理选址在选址时，需要考虑地震活动性、地质条件以及土地利用规划等因素。
选择地质条件稳定、位于地震烈度较低区域的场地，可以减小地震对厂房的影响。
2. 结构合理布局厂房的结构布局应遵循均匀分布、刚性布置和连续性布置的原则。
通过合理的结构布局可以提高厂房的整体抗震性能。
3. 材料选择在厂房的结构设计中，选择适合地震区的材料，如高强度、抗震性能良好的钢材和混凝土等。
同时，需要严格控制材料的质量，确保其符合设计要求。
4. 结构设计在进行结构设计时，需要考虑不同地震工况下的荷载作用，采用适当的结构形式和合理的杆件尺寸。
在结构的选取和设计上，应遵循抗震设计规范的要求，确保结构的稳定性和抗震性能。
5. 施工质量控制在厂房的施工过程中，需要严格按照设计要求进行施工，并对施工质量进行严格的控制。
确保厂房的施工质量符合设计要求，提高其抗震性能。
抗震设计方法为了提高单层厂房的抗震性能，可以采用以下抗震设计方法：1. 弹性设计弹性设计是指在地震荷载下，结构处于弹性状态，能够保证结构的安全和完整性。
通过弹性设计的方法，可以在设计过程中考虑地震效应，并计算结构所承受的地震荷载。
2. 强度设计强度设计是指在地震荷载下，结构发生塑性变形，但仍能保持稳定和安全。
通过强度设计的方法，可以考虑结构的抗震性能，并采取相应的措施提高其抗震能力。
3. 隔震设计隔震设计是指通过隔震系统将结构与地面隔开，减少地震对结构的影响。
隔震设计可以采用弹簧隔震装置、摩擦隔震装置等，将地震能量吸收和分散，提高结构的抗震性能。
4. 减震设计减震设计是指通过减震装置将地震的能量吸收和消散，减小结构的反应，提高其抗震性能。
第七章单层厂房建筑结构抗震
其它情况，天窗架的纵向抗震计算，仍 可按空间多质点体系计算。
•53
§6 构件和节点的抗震设计 一、柱间交叉支撑 1、 斜杆内力
对于半刚性柱间支撑：
---压杆非弹性工作阶段的卸载系数，长细 比为60，100，200时，可分别为0.7，0.6，0.5。
•50
柱列顶部位移应相等，各构件的地震 作用按刚度分配。
⑵ 当柱列作用两个地震力时
柱列侧移：
•51
分配给柱的力：
分配给支撑的力： 分配给墙的力：
•52
四、天窗地震作用
规范建议：对单跨、等高多跨、高度不 超过15m的厂房，突出屋面 天窗的纵向地 震力在底部剪力法基础上乘以增大系数 。
（单跨、边跨屋盖，有 纵 向内隔墙的中跨屋盖）
•11
五、支撑系统
屋盖支撑见表5-2、5-3、5-4 上弦横向 端部竖向 下弦横向 跨中竖向 柱间支撑：
设置位置，最大长细比，节点连接。 六、围护墙与隔墙
墙板优于ห้องสมุดไป่ตู้墙，砖围护墙应设置圈梁， 设拉筋于柱连接。
•12
§3 横向抗震计算
计算要点： 单层厂房的抗震计算包括横向 和纵向两个方向的计算。
当满足有关抗震构造措施时，规范规定： 7 度时，ⅠⅡ类场地，柱高不超过4.5m且两端均有 山墙的单跨及等高多跨砖柱厂房，和柱高不超过 10m且两端均有山墙的单跨及等高多跨钢筋砼柱厂 房可不进行抗震计算。
•36
⑵ 计算公式 K ——修正系数，表5-12 P174
3、 拟能量法（适用于两跨不等高厂房）
⑴ 计算简图：将柱列半跨范围内的重力荷载 代表值按动能等效原则等效到柱与屋盖连接处
•37
单层轻型钢结构厂房抗震措施
单层轻型钢结构厂房抗震措施在我们日常生活中，提到厂房结构，大部分人脑袋里浮现的画面大概就是那种一排排金属框架，四四方方的，甚至有点让人感觉空旷冷清。
特别是钢结构厂房，更是给人一种坚固、结实的感觉。
可别看它外表光鲜，其实如果没有做好抗震措施，随便一场地震过来，这些钢结构就能瞬间变得像是纸糊的。
今天咱就聊聊单层轻型钢结构厂房的抗震措施。
说到抗震，别看这话听着简单，但真正落实到施工设计中，那可得动动脑筋，玩点花样。
大家知道，钢结构厂房最怕的就是在地震发生时“东倒西歪”，这不仅会让厂房受损，还可能导致里面的机器设备、货物一塌糊涂，损失惨重。
所以，咱们在设计这些厂房的时候，得从多个方面来考虑抗震措施。
最简单的一点，咱们不能让它摇摇欲坠。
毕竟，想想如果地震来临，厂房变成了个“翻车现场”，那不仅是厂房的悲剧，还是老板的灾难呀。
接着咱说说钢结构厂房抗震设计的关键。
首先要考虑的就是厂房的稳定性。
咱们可不能让钢结构“单打独斗”，得给它撑起一把“保护伞”。
一般来说，钢结构厂房会采用一些特别的支撑系统，比如斜撑或者剪力墙这些结构元素。
就好比是给厂房穿上了一副“防护甲”，地震来时，厂房不至于左右摇摆，保护内部的设备不受伤害。
再来就是钢材的选择问题。
你想啊，钢材的强度直接影响到整个结构的抗震能力。
普通的钢材可能在地震的冲击下容易变形，甚至断裂，这样厂房就容易塌。
可是，如果咱们选用了高强度的钢材，那就能提高厂房的抗震能力。
像是选用一些韧性好的钢材，能在地震发生时吸收更多的能量，不容易断裂，保持结构的整体性。
就像是遇到问题的时候，总得有点“韧性”，不至于一下子就崩溃。
而说到厂房抗震，咱还得提到一点，那就是厂房的基础。
啥叫基础？就是支撑厂房的那个部分。
想象一下，地震的时候地面一晃，厂房的地基如果不牢固，那厂房上面整个“楼层”都得跟着摇摇欲坠。
所以，厂房基础得设计得稳稳当当，抗震能力要强。
要么用钢筋混凝土，要么做一些特殊的基础处理，避免厂房在地震中发生滑移或者倾斜。
结构抗震设计单层厂房
a 11 是A柱柱顶作用单位水平力时在该处产生的侧移（图5.33）。
上述厂房横向自振周期的计算是按铰接排架简图进行的。实际上，屋 架与柱的连接因加焊而存在一定程度的刚接作用，厂房纵墙对增大排架 横向刚度也有明显的影响。因此，实际自振周期比计算值要小，《规范 》规定：由钢筋混凝土屋架或钢屋架与钢筋混凝土柱组成的排架，有纵 墙时取周期计算值的80%，无纵墙时取90%。
5.2.2屋盖体系：应尽可能选用轻屋盖。 5.2.3天窗架 必须减轻天窗屋盖的重量及地震反应，最好采用 钢天窗和轻型屋面板材。 5.2.4柱 对于一般单层厂房或较高大的厂房均可以采用钢 筋混凝土柱。 确定柱子截面时，要选取合适的刚度，过大的抗 侧刚度对厂房抗震并不一定有利，相反会引起厂房横 向周期的缩短而导致地震荷载的增大。 柱底至室内地坪以上500mm范围内和阶形柱的上柱 宜采用矩形面。 5.2.5围护墙体： 12 常用砖墙或大型墙板方案。
1.厂房的横向抗震计算 (1) 计算方法的选择
《规范》建议分别按不同的屋盖类型采用两种计算方法。 •轻型屋盖厂房: （指屋面为压型钢板、瓦楞铁、石棉瓦等 有檩屋盖）柱距相等时，可按平面排架计算。
•混凝土无檩和有檩屋盖厂房:一般情况下，宜计及屋盖横 向弹性变形，按多质点空间结构分析；当在7度和8度、柱 顶高度不大于15m、厂房单元屋盖长度与总跨度之比小于8 或厂房总跨度大于12m、山墙厚度不小于240mm并与屋盖系 统有良好的连接、山墙开洞所占的水平截面面积不超过总 面积的50%时，可按平面排架计算，并考虑空间工作、扭 转及吊车桥架的影响对排架柱的地震剪力和弯矩进行调整。
图5.35 厂房屋盖的变形
设单个排架或无山墙（横墙）厂房排架的柱顶侧移为Δ 0，两端有山墙厂 房的中间（侧移最大的）排架的柱顶侧移为Δ 1，仅一端有山墙厂房的山墙 远端第二榀排架（最不利排架）的柱顶侧移为Δ 2，则在其他条件相同的情 况下，有Δ 1＜Δ 0＜Δ 2（见图5.35）。因此，对于有空间作用和扭转作用 的厂房，按平面排架求得的地震作用效应应予修正。《规范》规定，钢筋 混凝土屋盖的单层钢筋混凝土柱厂房，当按平面排架计算厂房的横向地震 作用时，等高厂房柱的各截面、不等高厂房除高低跨交接处的上柱以外的 柱各截面，地震作用效应（弯矩、剪力）均应考虑空间作用及扭转影响而 乘以表5.12中相应的调整系数。 21
第7章单厂抗震设计2
9
7.3 横向抗震验算 １.计算简图： 根据厂房类型和质量分布的不同，取重量集中在不同标高处， 下端固定于基础顶面的竖直弹性杆作为计算简图。 集中于第 i 屋盖处的重力荷载代表值 （1）计算自振周期时的质 量集中：
1
等高厂房
G 1.0G屋盖 0.5G吊车梁 0.25G柱 0.25G纵墙
15
第一、二振型参与系数：
m1 X 11 m2 X 12 1 m1 X 211 m2 X 212 m1 X 21 m2 X 22 2 m1 X 2 21 m2 X 2 22
2) 计算各振型的地震作用和地震内力 记第i振型第j质点的地震作用为Fij，则有
Fij i i X ijG j ,
17
5. 高低跨交接处上柱地震作用效应的调整
按底部剪力法计算时， 由于主要反映了第一主振 型的情况，算得的高低跨 交接处上柱的地震内力偏 小较多。故，按底部剪力 法求得的地震弯矩和剪力 应乘以增大系数η
nb GEL 1 1.7 n0 GEh
18
6. 吊车桥架引起的地震作用效应增大系数
取ω1<ω2，则第一、二自振周期分别为
T1
则有振型：
2
1
T2
2
2
1 X 11 1 m 2 1 X 1 11 1 12 m21212
1 X 21 1 m 2 2 X 1 11 2 2 22 m2122
考虑吊车桥架自重引起的地震作用效应，乘以效应增大系数。 按底部剪力法等简化方法计算时，计算步骤如下： （1）计算一台吊车对一根柱子产生的最大重力荷载Gc； （2）计算该吊车重力荷载对一根柱子产生的水平地震作用。有 两种计算方法：①当桥架不作为一个质点时，该水平地震作用 可近似按下式计算 h
浅谈如何对单层工业厂房进行抗震设计
浅谈如何对单层工业厂房进行抗震设计摘要：中国是地震多发的国家,建筑物要充分考虑抗震的需要,由于地震的复杂性、不确定性，人们很难把握地震的规律性，因此在进行建筑物的抗震设计时，理论数据的局限性限制了设计的可靠性，如果着眼于结构的总体反应，按照结构的破坏机制和破坏过程，灵活的运用抗震设计准则，从大量的地震灾害机理和设计实践中得到的启示是：既要注意总体布置，又要顾及到关键部位的细节，从而使建筑物具有良好的抗震性能和足够的抗震能力。
在单层工业厂房的抗震设计时，合理的结构布置、保证结构的稳定性，是单层工业厂房抗震概念性能和足够的抗震能力。
在单层工业厂房的抗震设计时，合理的结构布置、保证结构的延性、减轻结构上部的重量、考虑到支撑系统的布置、柱及连接点的言行以及围护结构的稳定性，是单层工业厂房抗震概念设计的重要内容。
良好的概念设计可以从根本上消除结构设计的薄弱环节，是整个厂房具有较高的总体抗震能力。
【关键词】合理结构；延性；支撑1 前言1975年、1976年中国海城。
唐山大地震不仅造成了大量的人员伤亡，还使大量的建筑遭到破坏，从而使人们重视对建筑物的抗震设计。
所谓的抗震概念设计就是进行结构抗震设计时，着眼与结构的总体地震反应，按照结构的破坏机制和破坏过程，灵活的运用抗震设计准则，全面地、合理地解决结构时机的基本问题。
既注意总体布置上的原则，又顾及到关键部位的细节，从根本上提高结构的抗震能力。
从大量的建筑物震害机理与设计实践中，人们体会到合理的抗震设防往往是减轻震害的重要原因；要使一个工程具有良好的抗震性能和足够的抗震能力，概念设计比结构设计更为重要。
2.合理的结构布局单层厂房平面布置要体型简单、规则，各部分结构刚度、质量均匀对称。
当平、立面布置复杂或结构高差大，刚度相关很大，以及在厂房侧边贴建生活等房屋时，应用抗震缝将相邻部分分开。
抗震缝两侧应布置墙或柱，抗震缝的宽度按房屋高度和设计烈度不同，而取不小于5~9cm和10~15 cm。
7单层钢筋混凝土厂房抗震设计
9、支撑震害 厂房的纵向刚度主要取决于支撑系统，在纵向地震作用下支撑内力较 大，而支撑一般仅按构造设置，刚度偏弱，承载力偏低，节点构造单薄， 地震时普遍发生杆件压曲、部分节点板扭折、焊缝撕开、锚件拉脱、锚 筋拉断等现象，造成主体结构倾倒。在整个支撑系统中，以天窗垂直支 撑的震害最重，其次是屋盖支撑及柱间支撑。有时因柱间支撑刚度较强， 使纵向地震作用过度集中于设置柱间支撑的柱子，致使杆身切断。
半截隔墙以及高低跨厂房中的低跨横隔墙，应贴靠柱边砌筑，与柱 柔性连接，不宜采用柱间嵌砌。当采用钢筋混凝土大型墙板时，墙板的 连接件应具有足够的延性和适应转动的能力，墙板与厂房柱或屋架间宜 采用柔性连接，6－7度区可采用型钢互焊的刚性连接。
7.2 厂房结构布置及抗震构造措施
单层厂房在地震作用下，由于构件承载力不足、节点或连接承载 力不足，支撑薄弱而造成大量震害之外，还有不少是由于结构布置、 构件选型以及构造上的不合理引起的。因此对结构的抗震设防，除了 进行必要的抗震承载力验算外，还必须依据概念设计的基本思想，在 结构总体布置和抗震构造措施等方面采取有效措施，以提高厂房的抗 震性能。 “抗震规范”较全面地规定了建筑物的抗震设计原则和需采取的抗震 构造措施 1、体型与抗震缝 单层厂房的平面布置应体型简单、规则，各部分结构刚度、质量匀 称。避免体型曲折复杂、凹凸变化，对多跨厂房宜等高等长以减小扭 转效应，当生产工艺要求采用较复条的平面布局时，应采用抗震缝将 其分成若干个体形简单的独立单元。
7.1 、震害及分析
1、柱头及屋架连接的破坏 厂房的重量主要集中于屋盖，屋盖地震作用首先通过柱头节点向下传 递，因此柱与屋架的连接节点是个重要部位。柱头在地震作用、竖向 重力荷载及竖向地震的共同作用下，易于发生连接处焊缝切断，或者 因锚固筋锚固强度不足而被拔出。当节点连接强度足够时，柱头在反 复水平地震作用下处于剪压复合受力状态，加上屋架与柱顶之间由于 角变变形引起柱头混凝土受挤压，在剪压作用下出现斜裂缝，压区混 凝土压酥。
单层砖柱厂房的抗震设计
单层砖柱厂房的抗震设计单层砖柱厂房的抗震设计【提要】本文根据国家标准《建筑抗震设计规范》编制的原则，通过对单层砖柱厂房震害分析，提出相应的抗震设计方法。
【关键词】砖柱厂房，地震震害，抗震设计单层砖柱厂房具有选价低廉、构造简单、施工方便等优点，在中小型工业厂肩中得到广泛应用。
砖柱厂房是以砖柱（墙）做为承重和抗侧力构件，由于材料的脆性性质，其抗震性能比钢筋混凝土柱厂房差；由于砖往厂房内部空旷、横墙问距大，地震时的抗倒塌能力不如砌体结构的民用建筑。
因此根据砖柱厂房的震害特点，找出杭震的薄弱环节，提出相应的抗震措施，提高其抗震能力是必要的。
1．地震震害及其特点：·地震震害表明：6、7度区单层砖柱厂房破坏较轻，少数砖柱出现弯曲水平裂缝：8度区出现倒塌或局部倒塌，主体结构产生破坏；9度区厂房出现较为严重的破坏，倒塌率较大。
从震害特点看，砖柱是厂房的薄弱环节，外纵墙的砖柱在窗台高度或厂房底部产主水平裂缝，内纵墙的砖柱在底部产生水平裂缝，砖柱的破坏是厂肩倒塌的主要原因。
山墙在地震时产生以水平裂缝为代表的平面外弯曲破坏，山墙外倾、檩条拔出，严重时山墙倒塌，端开间屋盖塌落。
屋盖形式对厂房抗震性能有一定的影响，重屋盖厂房的震害普遍重子轻屋盖厂房，楞摊瓦和稀铺望板的瓦木屋盖，其纵向水平刚度和空间作用较差，地震时屋盖易产生倾斜。
2．适用范围及结构布置2．1单跨和等高多跨的单层砖柱厂房，当无吊车且跨度和柱顶标高均不大时，地震破坏较轻。
不等高厂房由于高振型的影响，变截面柱的上柱震害严重又不易修复，容易造成屋架塌落。
因此规定砖柱厂房的适用范围为单跨或等高多跨且无桥式吊车的中小型厂房，6－8度时厂房的跨度不大子15m且柱顶标高下大于6．6m，9度时跨度不大于12m且柱顶标高不大于 4．5m。
2．2厂房的平立面应简单规则。
平面宜为矩形，当平面为L、T形时，厂房阴角部位易产生震害，特别是平面刚度不对称，将产生应力集中。
对于立面复杂的厂房，当屋面高低错落时，由于振动的`不协调而发主碰撞，震害更为严重。
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➢⑥钢结构厂房的围护墙，7、8度时宜采用轻质墙板或与柱柔性连 接的钢筋混凝土墙板，不应采用嵌砌砌体墙；8度时尚应采取措施 使墙体不妨碍厂房柱列沿纵向的水平位移；9度时宜采用轻质墙板 。
➢ ⑦单层钢筋混凝土柱厂房的围护墙宜采用轻质墙板或 钢筋混凝土大型墙板，外侧柱距为12m时应采用轻质墙板 或钢筋混凝土大型墙板；不等高厂房的高跨封墙和纵横向 厂房交接处的悬墙宜采用轻质墙板，8、9度时应采用轻质 墙板。
沿厂房横向的主要抗侧力构件是由柱、屋架(屋面梁)组 成的排架和刚性横墙；沿厂房纵向的主要抗侧力构件是由 柱、柱间支撑、吊车梁、连系梁组成的柱列和刚性纵墙。 一般单层厂房需要进行水平地震作用下的横向和纵向抗侧 力构件的抗震强度验算。
横向抗震计算
1．计算方法的选择
厂房的横向地震作用计算可采用以下三种方法： 1）混凝土无檩和有檩屋盖厂房，一般情况下，宜计及屋 盖的横向弹性变形，按多质点空间结构分析(图7-7)。
➢ ②柱底至室内地坪以上500mm范围内和阶形柱的上柱 宜采用矩形截面，以增强这些部位的抗剪能力。
7.2.2单层钢结构厂房的一般规定
单层钢结构厂房(不含轻型钢结构厂房)抗震设计结构布置 的总原则与钢筋混凝土柱厂房相同。
厂房的横向抗侧力体系可采用屋盖横梁与柱顶刚接或铰接 的框架、门式刚架。
悬壁柱或其他结构体系，纵向可采用柱间支撑，条件受 限制时也可采用刚架结构。
➢③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。
➢④有檩屋盖的支撑布置应符合表7-1的要求。
➢⑤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的屋面梁屋盖，可仅在厂房单元两端各设 竖向支撑一道。
7.2 抗震设计
7．2．1设计原则
1．结构布置和选型
➢①单层厂房的平面布置应注意体型简单、规则、各部分 结构刚度、质量均匀对称，尽量避免体型曲折复杂、凹凸 变化，尽可能选用长方形平面体型。
➢②厂房的毗连房屋沿厂房纵墙或山墙布置，而不宜布置 在厂房角部和紧邻防震缝处。
➢③平面复杂时，在侧向刚度或高差变化很大的部位，以 及沿厂房侧边有贴建房屋时，宜设防震缝。防震缝的两侧 应布置墙或柱。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。
➢④两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。
➢⑤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。
➢⑥工作平台宜与厂房主体结构脱开。 ➢⑦厂房的同一结构单元内不应采用不同的结构型式，也 不应采用横墙和排架混合承重。
➢⑧厂房各柱列的侧移刚度宜均匀。
4）天窗屋盖、端壁板和侧板，宜采用轻型板材。
(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。 ➢①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；
➢②8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。
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。
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。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。
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。
以下分别按厂房横向排架和纵向柱列两个 方向的震害来进行分析。
第7章 单层工业厂房抗震设计
教学目标与要求
1.了解单层厂房的震害特征及原因。 2.深刻理解单层厂房的抗震概念设计的要 求。 3.熟悉单层钢筋混凝土柱厂房的横、纵向 抗震计算方法。 4.熟悉单层厂房的主要抗震构造措施。
导入案例
5.12在汶川地震中，东方汽轮机厂的单层工 业厂房排架柱一般完好，牛腿到屋顶柱有破坏；钢 筋混凝土屋架与大型屋面板组成的屋盖破坏较重； 厂房维护墙破坏严重；轻钢屋盖和轻钢维护结构破 坏较轻。单层工业厂房的震害为什么具有上述特点 呢？单层工业厂房结构抗震设计应包括哪些内容呢？ 我们可以通过本章的学习得到了解。
由于采用轻型屋盖震害较轻，规定6～8度时宜采用、9 度时应采用轻型屋盖(即：木屋盖和轻钢屋架、压型钢板、 瓦楞铁、石棉瓦屋面的屋盖)。
单层砖柱厂房结构平、立面布置宜符合7．2．1节的有 关规定，但其中防震缝的要求有所不同：采用轻型屋盖 时可不设缝，采用钢筋混凝土屋盖时缝宽可取50～70mm， 防震缝处要设双柱或双墙。
➢ ② 柱距为12m时，可采用预应力混凝土托架(梁)；当采 用钢屋架时，亦可采用钢托架(梁)。
➢ ③有突出屋面天窗架的屋盖不宜采用预应力混凝土或 钢筋混凝土空腹屋架。
4．厂房柱的设置
➢①柱子的结构形式，在8、9度地震区宜采用矩形、工字 形或斜腹杆双肢柱，不宜采用薄壁工字形柱、腹板开孔柱 、预制腹板的工字形柱和管柱，也不宜采用平腹杆双肢柱 。
2．厂房天窗架的设置
天窗是薄弱环节，它削弱屋盖的整体刚度。从抗震的角度， 厂房天窗架的设置应符合下列要求：
1）天窗宜采用突出屋面较小的避风型天窗，有条 件或9度时宜采用下沉式天窗。
2）突出屋面的天窗宜采用钢天窗架；6～8度时，可采用 矩形截面杆件的钢筋混凝土天窗架。
3）8度和9度时，天窗宜宜从厂房单元端部第三柱间开始 设置。
构件在可能产生塑性铰的最大应力区内，应避免焊接接头， 对于厚度大、无法采用螺栓连接者，可采用对焊焊缝等强 度连接。
屋盖横梁与柱顶铰接时，宜采用螺栓连接，刚接框架的屋 架上弦与柱相连的连接板，不应出现塑性变形。
当横梁为实腹梁时，梁与柱连接及梁与梁拼接的受弯、受 剪极限承载力应能分别承受梁全截面屈服时受弯、受剪承 载力的1.2倍。
图7-1上柱震害
2）柱头及其与屋架联结的破坏。 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）柱肩竖向拉裂
在高低跨厂房的中柱，常用柱肩或牛腿支承低跨 屋架，地震时由于高振型的影响，高低跨两个屋盖产 生相反方向的运动，柱肩或牛腿所受的水平地震作用 将增大许多，如果没有配置足够数量的水平钢筋，中 柱柱肩或牛腿产生竖向拉裂(图7-2)。
2厂抗震计算的一般原则
《抗震规范》规定，对于设防烈度7度，Ⅰ、Ⅱ类场地， 柱高不超过l0m且结构单元两端均有山墙的单跨及等高多 跨厂房(锯齿形厂房除外)，当按抗震规范的规定采取抗震 构造措施时，可不进行横向及纵向的截面抗震验算。
厂房抗震计算时，应根据屋盖高差和吊车设置情况， 分别采用单质点、双质点或多质点模型计算地震作用。有 吊车的厂房，当按平面框(排)架进行抗震计算时，对设置 一层吊车的厂房，在每跨可取两台吊车，多跨时不多于四 台。当按空间框架进行抗震计算时，吊车取实际台数。
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（图7-6）。
图7-6 局部屋面板掉落
（2） 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。
（3）屋架破坏 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。
柱间支撑杆件应采用整根材料，超过材料长度最大规格时 可采用对焊焊缝等强度连接；柱间支撑与构件的连接，不 应小于支撑杆件塑性承载力的1.2倍。
7．2．3单层砖柱厂房的一般规定
单层砖柱厂房抗震设计的一般规定主要有：
单层砖柱厂房适用范围限定为单跨或等 高多跨且无桥 式吊车的车间、仓库等中小型厂房，6～8度时跨度不大于 15m且柱顶标高不大于6.6m，9度时跨度不大于12m且柱 顶标高不大于4.5m。
2）混凝土无檩和有檩屋盖厂房，当符合下列条件时，可 采用平面排架计算柱的地震剪力和弯矩，但要进行考虑空 间作用和扭转影响的调整。
图7-2 柱肩竖向裂缝
4）下柱震害 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。
图7-3 柱间支撑压屈
（2）Π型天窗架与屋架联接节点的破坏
Π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Π型天窗位于厂房最高部位，地震效 应大。
横向地震作用下厂房主体结构的震害
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。在地震作用 下，如果构件或节点承载力不足或变形过 大，将会引起相应的破坏。主要震害现象 有：
1．柱的局部震害
1）上柱柱身变截面处开裂或折断( 图7-1)。
上柱截面较弱，在屋盖及吊 车的横向水平地震作用下承受着 较大的剪力，故柱子处于压弯剪 复合受力状态，在柱子的变截面 处因刚度突变而产生应力集中， 一般在吊车梁顶面附近易产生拉 裂甚至折断。
➢⑧厂房围护墙、女儿墙的布置和构造，应符合有关对非 结构构件抗震要求的规定。
3．厂房屋架的设置
➢①厂房宜采用钢屋架或重心较低的预应力混凝土、钢筋 混凝土屋架。当跨度不大于15m时，可采用钢筋混凝土屋 面梁。在6-8度地震区可采用预应力混凝土或钢筋混凝土 屋架，但在8度区Ⅲ、Ⅳ类场地和9度区，或屋架跨度大于 24m时，宜采用钢屋架。