第8章_单层厂房抗震设计解剖
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单层钢筋混凝土柱厂房的抗震设计
建筑结构抗震设计
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８.２ 构造布置旳一般原则
８.２.２屋盖体系 总旳来说，应尽量选用轻屋盖。
８.２.３天窗架 为了确保天窗和整个厂房旳安全，必须减轻天窗屋盖旳重量及
地震反应，故在天窗旳选型上最佳采用钢天窗和轻型屋面板材。 ８.２.４柱
对于一般单层厂房或较高大旳厂房均能够采用钢筋混凝土柱。 拟定柱子截面时，要选用合适旳刚度，过大旳抗侧刚度对厂房 抗震并不一定有利，相反回引起厂房横向周期旳缩短而造成地震荷 载旳增大。 柱底至室内地坪以上500mm范围内和阶形柱旳上柱宜采用矩形 面。 ８.２.５围护墙体： 常用砖墙或大型墙板方案。
建筑结构抗震设计
6
８.３ 单层厂房旳横向抗震计算
单层厂房旳抗震计算，能够分别取横向和纵向两个方向进行。 《 抗震规范 》 要求，对于设防烈度为７度，Ⅰ、Ⅱ类场地，柱高 不超出10m且构造单元两端都有山墙旳单跨及等高多跨厂房（锯齿 形厂房除外），可不进行横向及纵向旳截面抗震验算，但应满足要 求旳抗震构造措施要求。
8. 单层钢筋混凝土柱厂房旳抗震设计
· 本章要点
■ 掌握：构造体系和构造布置旳基本原则
■ 了解：单层钢筋混凝土柱厂房构造旳横向与纵向 抗震计算问题
■ 了解：单层钢筋混凝土柱厂房构造旳震害特点
建筑结构抗震设计
1
８.１ 概述
分类 １.按生产规模分：大型、中型、小型。 ２.按主要承重构件旳材料分：单层钢筋混凝土柱厂房、单层砖柱厂 房和单层钢构造厂房等。
此法一般用于两跨不等高厂房旳纵向地震作用效应计算。
建筑结构抗震设计
17
８.４ 单层厂房旳纵向抗震计算
８.４.３纵向柱列旳刚度 纵向柱列旳刚度为柱列中全部柱子、支撑和墙体旳刚度之和
第8章单层厂房抗震设计 (3)
52 55 10 32 80-110
39
9度
10 36 60
48 50 9 30 72-100
注：
（1）表列数值适用
于Q235钢，当材料为
其他钢号时，应乘
以 235/ fay
。
（2）Nc、Nb分别为
柱、梁轴向力，A为
相应构件截面面积，
f为钢材抗拉强度设
计值。
（3）指Nb/Af。
35
➢设置纵向加劲肋时，构件腹板的宽厚比可相应地减小。
8.4 钢结构厂房设计要点
钢柱柱脚应采取适当构造措施以保证能传递柱身屈服时的承载力。
格构式钢柱
可采用
不超过8度
外露式刚性柱脚
超过8度
直埋式柱脚或
宜采用 预制杯口插入式柱脚
实腹式柱
实腹式钢柱采用插入式柱脚的埋入深度d，不得小于钢柱截面高度的2倍，
同时应满足下式要求：
d 6M bf fc
柱脚全截面屈服 时的极限弯矩
当横梁为实腹梁时，梁与柱的连接以及梁拼接的受弯、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
8.4 钢结构厂房设计要点
ห้องสมุดไป่ตู้
框架柱、梁截面板件的宽厚比限值应符合下列要求：
➢当截面受地震作用效应组合控制时，板件宽厚比限值应符合下表
单层钢结构厂房板件宽厚比限值
构件 柱
梁
板件名称
工字形截面翼缘外伸部 分
箱形截面两腹板间翼缘 箱形截面腹板（Nc/Af<0.
25） 箱形截面腹板（Nc/Af0.
25） 圆管外径与壁比 工字形截面翼缘外伸部
分 箱形截面两腹板间翼缘 箱形截面腹板（Nb/Af<0.
37） 箱形截面腹板（Nb/Af0.
39
9度
10 36 60
48 50 9 30 72-100
注：
（1）表列数值适用
于Q235钢，当材料为
其他钢号时，应乘
以 235/ fay
。
（2）Nc、Nb分别为
柱、梁轴向力，A为
相应构件截面面积，
f为钢材抗拉强度设
计值。
（3）指Nb/Af。
35
➢设置纵向加劲肋时，构件腹板的宽厚比可相应地减小。
8.4 钢结构厂房设计要点
钢柱柱脚应采取适当构造措施以保证能传递柱身屈服时的承载力。
格构式钢柱
可采用
不超过8度
外露式刚性柱脚
超过8度
直埋式柱脚或
宜采用 预制杯口插入式柱脚
实腹式柱
实腹式钢柱采用插入式柱脚的埋入深度d，不得小于钢柱截面高度的2倍，
同时应满足下式要求：
d 6M bf fc
柱脚全截面屈服 时的极限弯矩
当横梁为实腹梁时，梁与柱的连接以及梁拼接的受弯、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
8.4 钢结构厂房设计要点
ห้องสมุดไป่ตู้
框架柱、梁截面板件的宽厚比限值应符合下列要求：
➢当截面受地震作用效应组合控制时，板件宽厚比限值应符合下表
单层钢结构厂房板件宽厚比限值
构件 柱
梁
板件名称
工字形截面翼缘外伸部 分
箱形截面两腹板间翼缘 箱形截面腹板（Nc/Af<0.
25） 箱形截面腹板（Nc/Af0.
25） 圆管外径与壁比 工字形截面翼缘外伸部
分 箱形截面两腹板间翼缘 箱形截面腹板（Nb/Af<0.
37） 箱形截面腹板（Nb/Af0.
单层厂房抗震设计.ppt
7.1 震害及其分析
1. 屋盖体系 屋盖体系在7度区基本完好，仅在个别柱间支撑处由于地震剪力的累积效应而出现屋
面板支座酥裂；8度区发生屋面板错动、移位、震落，造成屋盖局部倒塌；9度区发生屋 盖倾斜、位移，屋盖有部分塌落，屋面板大量开裂、错位；9度以上地震区则发生屋盖 大面积倒塌。
(1) 屋面板。由于屋面板端部预埋件小，且预应力屋面板的预埋件又未与板肋内主钢 筋 焊接，加之施工中有的屋面板搁置长度不足、屋顶板与屋架的焊点数不足、焊接质 量差 、板间没有灌缝或灌缝质量很差等连接不牢的原因，造成地震时屋面板焊缝拉开， 屋面板滑脱，以致部分或全部屋面板倒塌。
3. 屋架支座联结处的局部破坏 单层砖结构厂房中，由于屋架与砖柱(墙)没有可靠的锚固措施，地震时锚固
螺栓被拔出，使屋架移动造成屋架与砖柱(墙)联结处的局1.2 单层钢筋混凝土柱厂房
装配式单层钢筋混凝土柱厂房的震害一般表现是：6度、7度地震区主体结构完 好，少数围护砖墙开裂外闪，个别围护砖墙倒塌，突出屋面的∏形天窗架局部损坏； 在8度区，随着场地类别的不同，主体结构有不同程度破坏，与柱和屋盖拉结不好的 围护墙大面积倒塌，∏形天窗架大量倾倒，有的重屋盖厂房屋盖塌落；在9度区(特别 是第Ⅲ、Ⅳ类场地)主体结构破坏严重。砌体围护结构大量倒塌，∏形天窗架普遍倾 倒，不少长房屋盖塌落；在10度、11度地区，许多厂房倾倒毁坏。
图7.1 山墙裂缝
7.1 震害及其分析
2. 山墙水平裂缝、外闪和倒塌，纵墙斜裂缝或交叉裂缝 对于单层砖结构厂房，当地震作用垂直于山墙时，它的震害主要表现为：
山墙出现水平裂缝和外闪，山墙尖部乃至整片山墙倒塌，以及纵墙产生斜裂缝 或交叉裂缝。造成这种震害的主要原因是，山墙与屋盖缺少必要的锚固措施， 山墙处于悬臂状态，在纵向地震作用下产生很大的出水平变位，致使山墙顶部 砌体失去抗震能力而倒塌。在9度区，山墙承受强烈的地震作用，产生上述震 害不仅是由于顶部锚固不足，而且也是由于山墙砌体包括壁柱强度不足而引起 破坏的。纵墙的斜裂缝或交叉裂缝，多发生在强震区，这是由于强烈的地震作 用，纵墙在薄弱截面内的地震剪力超过砌体的抗剪承载能力而引起的。
第8章单层工业厂房
第8章单层工业厂房思考题8-1单层钢筋混凝土排架结构厂房由哪些构件组成？8-2 作用在单层厂房排架结构上的荷载有哪些？其荷载传递途如何？8-3 单层厂房的支撑体系包括哪些？其作用是什么？8-4 在确定排架结构计算单元和计算简图时作了哪些假定？8-5 排架柱的控制截面如何确定？8-6 排架柱进行最不利内力组合时，应进行哪几种内力组合？内力组合时需注意什么问题？8-7 排架柱在吊装阶段的受力如何？为什么要对其进行吊装验算？其验算内容有哪些？8-8牛腿的受力特点如何？何谓长牛腿和短牛腿？8-9 牛腿的截面尺寸如何确定？牛腿顶面的配筋构造有哪些？8-10 排架柱与屋架和吊车梁是如何连接的？8-11 屋架与山墙抗风柱的连接有何特点？答案8-1单层钢筋混凝土排架结构厂房由哪些构件组成？答：组成单层钢筋混凝土排架结构厂房的构件有：屋面板、天沟板、天窗架、屋架(屋面梁)、托架、排架柱、吊车梁、连系梁、抗风柱、基础梁、基础、屋盖支撑、柱间支撑等。
其中屋面板、天沟板、天窗架、屋架(屋面梁)、托架及屋盖支撑等构成厂房的屋盖结构；排架柱、屋架(屋面梁)、基础组成横向平面排架，是厂房的基本承重体系；排架柱与纵向的连系梁、吊车梁、柱间支撑和基础组成纵向平面排架。
8-2 作用在单层厂房排架结构上的荷载有哪些？其荷载传递途如何？答：单层厂房排架结构上的荷载分为竖向荷载和水平荷载两大类。
竖向荷载包括屋面上的恒载和活载、各承重结构构件及围护结构等非承重构件自重、吊车自重及吊车竖向活荷载等；水平荷载包括风荷载、吊车横向和纵向水平荷载以及水平地震作用等。
各荷载传递途径为：屋面荷载→屋面板→屋架(或屋面梁)→排架柱→基础→地基吊车竖向荷载和吊车横向水平荷载→吊车梁→排架柱→基础→地基吊车纵向水平荷载→柱间支撑→排架柱→基础→地基纵墙风荷载→纵墙墙梁→排架柱→基础→地基↗墙梁→排架柱→基础→地基山墙风荷载→山墙↘抗风柱→屋盖结构→柱间支撑→基础→地基↗连系梁→排架柱→基础→地基墙体自重→墙梁↘基础梁→基础→地基8-3 单层厂房的支撑体系包括哪些？其作用是什么？答：单层厂房的支撑体系包括屋盖支撑和柱间支撑。
单层钢筋混凝土柱厂房的抗震设计教学讲义
天窗架的横向水平地震作用按下式计算：
建筑结构抗震设计
14
８.３ 单层厂房的横向抗震计算
８.３.６ 排架内力分析及组合 １.排架内力分析及调整 （１）考虑空间作用及扭转影响对柱地震作用效应的调整； （２）不等高厂房高低跨交接处柱，在支承屋盖的牛腿面以上各截 面，按底部剪力法求得的地震剪力和弯矩，应乘以增大系数。
一般可不考虑吊车重量的影响。
建筑结构抗震设计
确定厂房自振周期的计算简图
8
８.３ 单层厂房的横向抗震计算
２.计算厂房地震作用时的计算简图和重力荷载集中 对于设有桥式吊车的厂房，
除了把厂房质量集中于屋盖标高 处外，还要考虑吊车重量对柱子 的最不利影响，一般把某跨吊车 的全部重量布置于该跨两个柱子 的吊车梁顶面处。 集中于 i 屋盖处的重力荷载代表值可按下式计算：
震害：
１.屋面板错动坠落
２.п形天窗架倾倒，天窗架立柱在平面外折断
３.屋架破坏
４.支撑震害
柱间支撑杆件压曲
５.纵向地震作用下围护结构的震害
大量震害调查及试验研究表明：
钢筋混凝土单层厂房经过抗震设防
之后具有良好的抗震性能，是一种
较好的抗震结构
建筑结构抗震设计
山墙倒塌
4
８.２ 结构布置的一般原则
依据抗震设计的基本思想，结构良好的抗震性能，首先取决于 良好的结构体系及合理的结构布置。 ８.２.１体型与抗震缝 １.体型：
单层厂房的平、立面布置应注意使体型简单、平直。各部分结 构的刚度和质量均匀对称，避免凹凸曲折，尽可能选用长方形平面 体型。 ２.抗震缝
对结构复杂的厂房，在侧向刚度或高度变化很大的部位，以及 沿厂房侧边有贴建房屋时，宜设抗震缝。
抗震缝的两侧应布置墙或柱。 抗震缝的宽度按烈度和结构相邻部分可能产生的侧向位移确定。
建筑结构抗震设计
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８.３ 单层厂房的横向抗震计算
８.３.６ 排架内力分析及组合 １.排架内力分析及调整 （１）考虑空间作用及扭转影响对柱地震作用效应的调整； （２）不等高厂房高低跨交接处柱，在支承屋盖的牛腿面以上各截 面，按底部剪力法求得的地震剪力和弯矩，应乘以增大系数。
一般可不考虑吊车重量的影响。
建筑结构抗震设计
确定厂房自振周期的计算简图
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８.３ 单层厂房的横向抗震计算
２.计算厂房地震作用时的计算简图和重力荷载集中 对于设有桥式吊车的厂房，
除了把厂房质量集中于屋盖标高 处外，还要考虑吊车重量对柱子 的最不利影响，一般把某跨吊车 的全部重量布置于该跨两个柱子 的吊车梁顶面处。 集中于 i 屋盖处的重力荷载代表值可按下式计算：
震害：
１.屋面板错动坠落
２.п形天窗架倾倒，天窗架立柱在平面外折断
３.屋架破坏
４.支撑震害
柱间支撑杆件压曲
５.纵向地震作用下围护结构的震害
大量震害调查及试验研究表明：
钢筋混凝土单层厂房经过抗震设防
之后具有良好的抗震性能，是一种
较好的抗震结构
建筑结构抗震设计
山墙倒塌
4
８.２ 结构布置的一般原则
依据抗震设计的基本思想，结构良好的抗震性能，首先取决于 良好的结构体系及合理的结构布置。 ８.２.１体型与抗震缝 １.体型：
单层厂房的平、立面布置应注意使体型简单、平直。各部分结 构的刚度和质量均匀对称，避免凹凸曲折，尽可能选用长方形平面 体型。 ２.抗震缝
对结构复杂的厂房，在侧向刚度或高度变化很大的部位，以及 沿厂房侧边有贴建房屋时，宜设抗震缝。
抗震缝的两侧应布置墙或柱。 抗震缝的宽度按烈度和结构相邻部分可能产生的侧向位移确定。
单层厂房结构剖析ppt课件
8.1 单层厂房结构的组成和布置
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
• ⑴屋盖支撑 • 屋盖支撑系统包括上、下弦横向水平支撑、
下弦纵向水平支撑、垂直支撑、天窗架支撑 以及纵向水平系杆。 • 屋盖上弦横向水平支撑系指布置在屋架上弦 （或屋面梁上翼缘）平面内的水平支撑，是 由交叉角钢和屋架上弦杆组成的水平桁架， 布置在厂房端部及温度区段两端的第一或第 二柱间
⑴屋盖结构 屋盖结构分为有檩体系和无檩体系。 有檩体系由小型屋面板、檩条、和屋架（包括屋盖 支撑）组成； 无檩体系由大型屋面板、屋架或屋面梁 （包括屋盖支撑）组成，有时为满足工艺要求需抽 柱时， 还设有托架。 单层厂房中多采用无檩屋盖。 屋盖结构的主要作用是承受屋面活荷载、雪载、自 重以及其他荷载，并将这些荷载传给排架柱。
8.1 单层厂房结构的组成和布置
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
• ⑶防震缝 • 防震缝是为了减轻地震震害而采取的措施之
一，当相邻跨厂房高度相差悬殊、厂房结构 类型和刚度有明显不同时，应设置防震缝将 房屋划分为简单规则的结构单元，使其在地 震作用下互不影响。
增强厂房的整体刚度，防止由于地基不均匀 沉降或较大振动荷载等对厂房产生不利影响。 • 连系梁的作用是连系纵向柱列，以增强厂房 的纵向刚度并传递风荷载到纵向柱列；此外， 还承受其上部墙体的自重。
8.1 单层厂房结构的组成和布置
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
• ⑴屋盖支撑 • 屋盖支撑系统包括上、下弦横向水平支撑、
下弦纵向水平支撑、垂直支撑、天窗架支撑 以及纵向水平系杆。 • 屋盖上弦横向水平支撑系指布置在屋架上弦 （或屋面梁上翼缘）平面内的水平支撑，是 由交叉角钢和屋架上弦杆组成的水平桁架， 布置在厂房端部及温度区段两端的第一或第 二柱间
⑴屋盖结构 屋盖结构分为有檩体系和无檩体系。 有檩体系由小型屋面板、檩条、和屋架（包括屋盖 支撑）组成； 无檩体系由大型屋面板、屋架或屋面梁 （包括屋盖支撑）组成，有时为满足工艺要求需抽 柱时， 还设有托架。 单层厂房中多采用无檩屋盖。 屋盖结构的主要作用是承受屋面活荷载、雪载、自 重以及其他荷载，并将这些荷载传给排架柱。
8.1 单层厂房结构的组成和布置
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
• ⑶防震缝 • 防震缝是为了减轻地震震害而采取的措施之
一，当相邻跨厂房高度相差悬殊、厂房结构 类型和刚度有明显不同时，应设置防震缝将 房屋划分为简单规则的结构单元，使其在地 震作用下互不影响。
增强厂房的整体刚度，防止由于地基不均匀 沉降或较大振动荷载等对厂房产生不利影响。 • 连系梁的作用是连系纵向柱列，以增强厂房 的纵向刚度并传递风荷载到纵向柱列；此外， 还承受其上部墙体的自重。
8.1 单层厂房结构的组成和布置
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 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。
钢结构第八章单层厂房结构分解
雪荷载、积灰荷载、风荷载、吊车荷载、施工检 修荷载、地震作用等。
8.2.2.3 荷载组合
❖ 在进行框架内力分析时，可分别算出各种荷载单独作用 时框架各构件截面的内力值，其后进行迭加。但为求构 件控制截面上可能出现的最不利内力，还必须考虑单项 荷载同时出现的可能性，即要进行荷载效应组合（内力 组合）。
8.2.3 单层钢结构厂房的内力和侧移计算
❖ 8.2.3.1 内力计算 ❖ 可按结构力学的方法进行，也可利用计算图表或用计
算机程序来分析计算。 ❖ 对于梁和柱均为等截面的平面框架，内力分析时可采
用弹性分析方法，也可采用塑性分析方法，但实际工 程中仍较少采用塑性分析。 ❖ 对于梁或柱变截面的平面框架，应采用弹性方法确定 其内力，且内力通常采用杆单元有限元法编程上机分 析计算或直接利用现有的一些结构计算软件进行分析 计算。 ❖ 为了计算框架构件的截面，应将框架在各种荷载作用 下产生的内力进行最不利组合或者根据不同荷载组合 下的内力分析结果，找出各构件的控制截面，按控制 截面的组合内力来设计构件截面。
§8.2 单层钢结构厂房的受力特点与柱的计算长度 ❖ 8.2.1 单层钢结构厂房的计算简图 ❖ 通常将厂房简化为横向平面框架和纵向平面框架计算
❖ 单层钢结构厂房横向平面框架计算简图可分为柱顶与屋 盖结构（屋架或横梁）铰接形式（如图8－7a所示）和 柱顶与屋盖结构（屋架或横梁）刚接形式（如图8－7b 所示）．
❖ 对于有吊车的厂房，跨度一般取为上部柱中心线间的横 向距离，可按下式确定：
❖ L0 LK 2S
(8.1)
❖ 式中 LK ───支撑式梁式吊车或桥式吊车的跨度；
❖ S ───由吊车大轮中心线至上柱轴线的距离
（图8－4），应满足下式要求： S B C D 2
8.2.2.3 荷载组合
❖ 在进行框架内力分析时，可分别算出各种荷载单独作用 时框架各构件截面的内力值，其后进行迭加。但为求构 件控制截面上可能出现的最不利内力，还必须考虑单项 荷载同时出现的可能性，即要进行荷载效应组合（内力 组合）。
8.2.3 单层钢结构厂房的内力和侧移计算
❖ 8.2.3.1 内力计算 ❖ 可按结构力学的方法进行，也可利用计算图表或用计
算机程序来分析计算。 ❖ 对于梁和柱均为等截面的平面框架，内力分析时可采
用弹性分析方法，也可采用塑性分析方法，但实际工 程中仍较少采用塑性分析。 ❖ 对于梁或柱变截面的平面框架，应采用弹性方法确定 其内力，且内力通常采用杆单元有限元法编程上机分 析计算或直接利用现有的一些结构计算软件进行分析 计算。 ❖ 为了计算框架构件的截面，应将框架在各种荷载作用 下产生的内力进行最不利组合或者根据不同荷载组合 下的内力分析结果，找出各构件的控制截面，按控制 截面的组合内力来设计构件截面。
§8.2 单层钢结构厂房的受力特点与柱的计算长度 ❖ 8.2.1 单层钢结构厂房的计算简图 ❖ 通常将厂房简化为横向平面框架和纵向平面框架计算
❖ 单层钢结构厂房横向平面框架计算简图可分为柱顶与屋 盖结构（屋架或横梁）铰接形式（如图8－7a所示）和 柱顶与屋盖结构（屋架或横梁）刚接形式（如图8－7b 所示）．
❖ 对于有吊车的厂房，跨度一般取为上部柱中心线间的横 向距离，可按下式确定：
❖ L0 LK 2S
(8.1)
❖ 式中 LK ───支撑式梁式吊车或桥式吊车的跨度；
❖ S ───由吊车大轮中心线至上柱轴线的距离
（图8－4），应满足下式要求： S B C D 2
单层厂房抗震设计
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第二节抗震构造措施
• 一、钢筋混凝土柱厂房
• 1.厂房的结构布置 • 厂房的平面、立面布置，应力求简单、规整、平直，使整个厂房结
构的质量与刚度分布均匀、对称，尽可能使质量中心与刚度中心重合。 具体应注意以下几点: • (1)多跨厂房宜等高和等长，厂房的贴建房屋和构筑物，不宜布置 在厂房角部和紧邻防震缝处。厂房体形复杂或有贴建的房屋和构筑物 时，宜设置防震缝;在厂房纵横跨交接处、大柱网厂房或不设柱间支 撑的厂房，防震缝宽度可采用100-150 mm，其他情况可采用50-90 mm。
• 在水平地震作用下，连接节点受到弯矩、水平剪力和竖向轴力等的 共同作用。由于柱顶混凝土承受不了上述外力的作用，轻则柱顶开裂 压酥;重则混凝土剥落、埋件拔出、锚筋拉断、屋架端头破裂，甚至 将上柱拆断。位于厂房单元中部的柱，由于变形大，上述震害更明显。
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第一节震害特征
• 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 纵向位移，甚至掉落。山墙柱上端与屋架的连接处，震后也常见有不 同程度的破损现象。
• (2)无凛屋盖构件的连接及支撑布置，应符合下列要求:大型屋面板应
与屋架(屋面梁)焊牢，靠柱列的屋面板与屋架(屋面梁)的连接焊缝长 度不宜小于80 mm。 6度和7度时有天窗厂房单元的端开间，或8度和 9度时各开间，宜将垂直屋架方向两侧相邻的大型屋面板的顶面彼此 焊牢。8度和9度时，大型屋面板端头底面的预埋件宜采用角钢并与主 筋焊牢。非标准屋面板宜采用装配整体式接头，或将板四角切掉后与 屋架(屋面梁)焊牢。屋架(屋面梁)端部顶面预埋件的锚筋，8度时不宜 少于4-10，9度时不宜少于4必12。 • (3)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;突出屋面的天窗宜采用钢天窗;6-8度时，可采用矩形截面杆 件的钢筋混凝土天窗架。
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。
单层厂房建筑结构抗震
震害表白： 经过设防旳厂房，对7度地震作用有足够旳 抗震能力，也存在某些单薄环节。
对7度以上地震作用抵抗力不足。弱点：纵 向抗震能力差、构件连接单薄、支撑体系弱等。 1、屋盖体系
7度区，柱间支撑处屋面板支座酥裂。 8度区，屋面板错动、震落、倒塌。 9度区，屋面大面积倒塌。
易破坏区
2、 天窗架
突出屋面旳π 形天窗架在8度以上会造成大面积旳 倾倒，是厂房旳单薄部分。
因为高振型旳影响，将使这部分截面 旳内力不小于用底部剪力法求出旳内力。这 些截面旳内力乘以系数修正。 ⑴ 高跨一侧有低跨时
2 (1 1.7
nh nh
nl
Gl Gh
)
⑵ 高跨两侧有低跨时
2 (1 1.7
n
)
2 ——空间影响系数
nh .nl——高下跨跨数 载G代Gh表.Glc 值— —l 。— —高 高下 跨跨两屋侧盖低旳跨重屋力盖荷总载旳代重表 力值 荷
6、 围护墙 开裂、外闪、脱落、倒塌。
§2 厂房构造旳抗震措施
一、体型与防震缝
平面宜规则。 单层砖柱厂房：屋盖较轻时（轻型钢 屋架等）可不设防震缝， 屋盖较重时（钢 筋砼）与贴建旳建筑之间，设50~70mm旳 防震缝。 单层砼柱厂房：多跨宜为等高，体型 复杂时，宜设缝。纵横跨交接处旳100~150mm， 其他为50~90mm。
§5 纵向抗震计算
厂房旳纵向抗震计算较为复杂，针对 不同情况提出了不同旳简化计算措施。对 于轻型柔性屋盖，采用“柱列法”即各个 柱列分片进行计算，对刚度较大旳钢筋砼 屋盖构造，厂房旳纵向自振周期和地震作 用可采用“修正刚度法”。对于两跨不等 高厂房，采用“拟能量法”旳原则拟定厂 房旳基本周期及相应旳纵向地震作用。
虑平动与扭转同步作用时，N=（n+1)*h. • 2.运动方程及地震作用计算 • 用振型分解法计算多自由度振动方程.
对7度以上地震作用抵抗力不足。弱点：纵 向抗震能力差、构件连接单薄、支撑体系弱等。 1、屋盖体系
7度区，柱间支撑处屋面板支座酥裂。 8度区，屋面板错动、震落、倒塌。 9度区，屋面大面积倒塌。
易破坏区
2、 天窗架
突出屋面旳π 形天窗架在8度以上会造成大面积旳 倾倒，是厂房旳单薄部分。
因为高振型旳影响，将使这部分截面 旳内力不小于用底部剪力法求出旳内力。这 些截面旳内力乘以系数修正。 ⑴ 高跨一侧有低跨时
2 (1 1.7
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⑵ 高跨两侧有低跨时
2 (1 1.7
n
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2 ——空间影响系数
nh .nl——高下跨跨数 载G代Gh表.Glc 值— —l 。— —高 高下 跨跨两屋侧盖低旳跨重屋力盖荷总载旳代重表 力值 荷
6、 围护墙 开裂、外闪、脱落、倒塌。
§2 厂房构造旳抗震措施
一、体型与防震缝
平面宜规则。 单层砖柱厂房：屋盖较轻时（轻型钢 屋架等）可不设防震缝， 屋盖较重时（钢 筋砼）与贴建旳建筑之间，设50~70mm旳 防震缝。 单层砼柱厂房：多跨宜为等高，体型 复杂时，宜设缝。纵横跨交接处旳100~150mm， 其他为50~90mm。
§5 纵向抗震计算
厂房旳纵向抗震计算较为复杂，针对 不同情况提出了不同旳简化计算措施。对 于轻型柔性屋盖，采用“柱列法”即各个 柱列分片进行计算，对刚度较大旳钢筋砼 屋盖构造，厂房旳纵向自振周期和地震作 用可采用“修正刚度法”。对于两跨不等 高厂房，采用“拟能量法”旳原则拟定厂 房旳基本周期及相应旳纵向地震作用。
虑平动与扭转同步作用时，N=（n+1)*h. • 2.运动方程及地震作用计算 • 用振型分解法计算多自由度振动方程.
抗震结构设计 单层工业厂房的抗震设计
2.厂房的结构体系
6～8度时，宜采用轻型屋盖；9度时，应采用轻型屋盖。 6度和7度时，可以采用十字形截面的无筋砖柱；8度和9 度时应采用组合砖柱，且中柱在8度Ⅲ、Ⅳ类场地和9度时 宜采用钢筋混凝土柱。 8度Ⅲ、Ⅳ类场地且采用钢筋混凝土屋盖时，由于纵向水 平地震作用较大，不能单靠屋盖中的一般纵向构件传递， 所以要求在无上述抗震墙的砖柱顶部处设置压杆。 隔墙和抗震砖墙应合并设置。当不能合并设置时，隔墙 要采用轻质材料。厂房两端均应设置承重山墙。为了避免 天窗架过多地削弱屋盖的整体性，天窗不应通至厂房单元 的端开间。天窗也不应采用端砖壁承重。
2.单层厂房空间结构分析 (1)基本假定
①以平面结构(排架、柱列、山墙、纵墙)为基本单元，只考虑平面内的刚度， 忽略出平面的刚度，也不考虑构件本身的抗扭刚度； ②在平面结构对称分布时，只考虑屋盖平面内的剪切变形而忽略其弯曲变形； ③在平面结构非对称分布时，考虑各平面结构绕厂房单元质心的扭转刚度， 进行扭转耦联振动分析。但屋盖一般也只考虑剪切变形，相当于附加了一定 的约束； ④砌体山墙和纵墙的侧移刚度，要考虑地震作用下墙体开裂引起的刚度退化。
➢ 原因：
支撑仅仅按照构造设置，间 距过大，数量不足，杆件刚度 偏弱以及承载力偏低，节点构 造单薄，
(6)围护墙
➢ 震害现象：
7度区基本完好或受到轻微破坏，少量开裂、外闪；8度 区破坏很普遍；9度区破坏严重，部分或大量倒塌。纵墙 和山墙的破坏，一般从檐口、山尖处脱离主体结构开始， 进一步使整个墙体或上下两层圈梁间的墙体外闪或产生水 平裂缝。严重时局部脱落，甚至大面积倒塌。高低跨厂房 中高跨的封墙更容易外闪和倒塌。
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。
第8章_单层厂房抗震设计分解
8.3.1 抗震验算方向 1、地面运动方向
实际很复杂，目前工程抗震设计实际一般考虑直角 坐标系3个主轴方向的地面运动平动分量。
2、抗震强度验算方向
我们一般考虑水平地震作用下验算厂房的横向、纵
向的强度验算。
8．3．2 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8-9)。 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。
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。 3、单层钢结构厂房的围护墙体应优先采用轻型板材。
8.3 钢筋混凝土单层厂房抗震计算
《抗震规范》规定，当按抗震规范的规定采取抗震构 造措施并符合下列条件之一时，可不进行横向及纵向的截 面抗震验算。 1、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)。
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（图8-6）。
图8-6 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。
8．1．1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：
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图8-7 屋架与柱顶连接处严重破坏
（4）支撑震害 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。 （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。
第 8章
单层厂房抗震设计
教学目标与要求
1.了解单层厂房的震害特征及原因。 2.深刻理解抗震设计的基本要求。 3.了解单层钢筋混凝土柱厂房的横、纵向 抗震计算方法。 4.熟悉和掌握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。
图8-1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8-2)。
图8-4 天窗立柱断裂
（3）围护墙开裂外闪、局部或大面积倒倒塌。 其中高悬墙、女儿墙受鞭端效应的影响，破坏最为严 重。
图8-5 砖墙大部分倒塌
8．1．2 纵向地震作用下厂房主体结构的震害 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横向地震作用时 的破坏程度。主要的破坏形式有： （1）屋面板错动坠落
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、刚性工作间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，当有抽柱时，应采取 抗震强措施。
8.1 震害特征及其原因
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。厂房纵向的震害一般比横向严重。 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。
8．1．1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8-1)。 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。
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（图8-6）。
图8-6 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。
图8-8
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： 屋面瓦下滑和掉落；楞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节点被 拉脱，或木杆件被拉断；重屋盖的天窗两侧竖向支撑或节 点被拉脱，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。
8.2.2 屋盖体系 无盖要有良好的空间整体性和有效的刚度。 1.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。
8.2 抗震设计的基本要求
8.2.1结构布置
①单层厂房的平面和竖向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，对于多跨厂房 宜等高等长，减轻扭转效应的影响。 ②厂房的贴建房屋应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～
图8-2 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8-3
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。