第七章 单层厂房建筑结构抗震

一、自振周期
1、 柱列法
⑴ 计算简图 适用于轻型柔性 屋盖。
Ka KbKKc a KbKKc a KbKc
柱顶质量为
GaGGbaGGGcbGaGc bGc Ka KKbaKKKcbKa Kc bKc
Gs Gr 0.25(Gc Gwt ) 0.35Gwl 0.5(Gb Gcr )
Gr ——屋盖荷载 Gc ——柱自重
6、 围护墙 开裂、外闪、脱落、倒塌。
§2 厂房结构的抗震措施
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）与贴建的建筑之间，设50~70mm的 防震缝。 单层砼柱厂房：多跨宜为等高，体型 复杂时，宜设缝。纵横跨交接处的100~150mm， 其它为50~90mm。
二、屋盖体系
1、 单层砖柱厂房
6~8度宜用轻型屋盖
9度应为轻型屋盖
2、 单层砼柱厂房，屋架 L>24m
8度 III，IV类场地 9度 3、屋面板与屋架焊接（三点焊接）
钢屋架
4、规范对屋架截面和配筋的构造作出要求
三、天窗架
1、 突出屋面的天窗架宜采用钢天窗架
2、 9度时，可采用下沉式天窗 3、 突出屋面的钢筋砼天窗，侧板与天窗架柱宜采用
下沉式天窗震后基本完好。
3、 柱
上柱根部，吊车 梁顶易破面坏区 ，高低跨中 柱牛腿劈裂，下柱 根部。
4、连接
厂房是装配式结构，连接很重要，屋 面板与屋架，天窗架与屋架、屋架与柱、 吊车梁与柱、支撑连接等。
5、 支撑系统
厂房的重要构件，天窗架支撑——屋 盖垂直支撑——柱间支撑
破坏形式：压曲，节点扭折、焊缝撕 开、锚件拉脱等。
由于这种天窗架的刚度大，可将其视
为一个质点计算地震作用，不乘放大系数。
当天窗架跨度大于9m时（或9度时），
可将求得的天窗架地震作用乘以1.5放大系
数。
（4） 桥式吊车处的地震作用，求出的
动力放大系数 e 1.5 ~ 3.0
Fi
乘以
e见P162表5 7
3、 不等高厂房高低跨交接处中柱的地震
内力修正
单层厂房建筑结构抗震
单层厂房的内容： 单层砖结构厂房、单层钢筋砼柱厂房、
单层钢结构厂房 影剧院、礼堂、食堂的抗震设计也参
考本章。 本章主要讲解单层钢筋砼柱厂房
§1 震害及分析
一、单层砖厂房 7度区：未经设防的单层砖结构厂房，
多数只有轻微破坏或基本完好，少数为中 等破坏。
8度区：多数有破坏，部分受到中等 破 坏，个别倒塌。
KG
为集中质量，所有排架 柱刚度合并为一个刚度。
Ka KbKcKa KbKcKa KbKc
K
⑵ 计算公式 T1 2T K
Gs Ks
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
Gs
Gr 0.25(Gc 0.5(Gb Gcr
空间工作效应取决于： 1.有无山墙（或横墙）及屋盖的横向刚度 2.屋盖增加了厂房的刚度。 3.山墙的间距越小厂房的刚度越大。 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。
二、按多质点空间结构计算地震作用
1.计算简图 横向由排架和山墙构件组成。 纵向由排架和纵墙及柱间支撑组成。 将厂房的质量集中于屋盖处。 结构的质点数，只考虑横向振动时为N=n*h，考
KT 考虑
u1.u2 将G1.G2视为荷载在G1G2点产生的位移
u1 11G1 12G2 u2 21G1 22G2
12
22
22
11
11
21
13 11
12
21
23
22
31
33
32
⑶ 三跨不对称带升高中跨厂房
T1 2KT
G1u12 G2u22 G3u32 G1u1 G2u2 G3u3
积G灰r荷载——屋盖部分重量，自重，雪荷载，
Gc
Gb
Gwl
——柱自重 ——吊车梁自重 ——纵墙重
Gw —— 高低跨封墙重
系数1.0、0.5、0.25时按动能等效折算 质量的折减系数。
吊车桥架的影响：吊车桥梁的刚度将 使结构的刚度增大即周期减小，而吊车桥 架的重量又使结构的周期增大，为了简化 计算，在计算周期时，不考虑桥架的影响。
螺栓连接 四、柱
单层砖柱房屋 6、7度时可采用十字形无筋砖柱，8度ⅠⅡ 类场地采用竖向配筋组合砖柱，9度时和8度
（III，IV类场地）中柱采用钢筋砼柱。
单层钢筋砼柱厂房，截面选取，箍筋8@100
加密，加密区最小间距和直径要求
10 @100
柱顶与屋架连接
8度时宜用螺栓连接， 易破坏区
易破坏区
9度时宜用钢板铰连接
§5 纵向抗震计算
厂房的纵向抗震计算较为复杂，针对 不同情况提出了不同的简化计算方法。对 于轻型柔性屋盖，采用“柱列法”即各个 柱列分片进行计算，对刚度较大的钢筋砼 屋盖结构，厂房的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”的原则确定厂 房的基本周期及相应的纵向地震作用。
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。
计算简图的取法，自振周期的计算，内力计算，
பைடு நூலகம்
强度计算等。
一、自振周期 1、计算简图
基本假设： 1、设厂房的屋盖为有限刚性的物体。 2、设厂房每一榀排架为一各独立隔离的计 算单元，按单榀平面排架进行地震作用分 析。 3、将质量集中于柱顶，按单质点及多质点 体系计算。 4、排架在地震作用下的变形以剪切变形
2、 计算公式
⑴ 单跨和等高多跨厂房，按单质点体系。
T 2 G111
g
T 2KT
1
g
G111
11
11
11
考虑不同结构引入调整系数
KT ——调整系数P157表5-6 ——排架的侧向柔度
=F11a
11 =(1-X1)11a
11
a 11
⑵ 两跨不等高厂房
能量法
T1 2kT
Giui2 Giui2
简单的结论：山墙的间距越大，厂房的空间作用 越小，排架上的地震剪力越大；有檩屋盖厂房的 地震剪力大于无檩屋盖厂房；当山墙的间距超过 一定距离时，有檩屋盖厂房及高低跨出的上柱的
地震作用甚至超过单排柱的地震作用。
厂房横向抗震计算小结
1.规范规定：在某些情况下可不进行厂房横向和纵向的抗
震计算。（7度，ⅠⅡ，4.5米 ，10米） 2.横向自振周期的计算：用能量法， T1 2kT
Gwl ——纵墙
Gwt ——横墙或山墙
Gb ——吊车梁 Gcr ——吊车重量
⑵ 计算公式
第s柱列的周期
Ts 2T
Gs Ks
T ---周期折减系数，无围护墙0.9有围护墙0.8
Ks
——s柱列的总刚度（KN/m） 包括排架柱，柱间支撑，围护墙等。
2、 修正刚度法（适用于刚度较大的屋盖） ⑴ 计算简图 将所有的屋盖质量合并
Gwt ) ) 1.0Gw
0.35GGwal Gb1Gb 2Gc
GaGb1Gb2GGacGGb1aGGbb21GGbc2Gc
吊车桥架
吊车梁
⑵ 计算公式
两跨不等高厂房、屋盖的空间作用及 扭转效应使中柱列和边柱列地震力不同。 计算的方法是将中柱列和边柱列 的重力 荷载值进行调整，再按能量法求自振周期。
Gi ui2 Gi ui2
质量的计算采用折算质量法，将分散质量集中到屋盖处。
3.地震作用的计算：底部剪力法 FEk 11Geq
考虑空间作用影响。各质点的地震作用：
Fi
Gi Hi Gk Hk
Fek
对不同的位置的计算值进行放
(大n 修0正) ：天窗架，吊车梁，高
低跨处等。
各质点的质量：将柱（墙）的质量折算到柱顶时用底部弯 矩等效的原则。
通过设防的厂房，对7度地震作用有足够的 抗震能力，也存在一些薄弱环节。
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
突出屋面的π 形天窗架在8度以上会造成大面积 的倾倒，是厂房的薄弱部分。
9度区：大多数有严重破坏或倒塌， 只
震害：纵墙水平裂缝、砖垛折断、山 墙斜裂缝。屋架支座联结处的局部破坏。
二、单层钢筋砼柱厂房
6、7度区，主体结构完好，少数围护砖墙 开裂外闪，突出屋面的π形天窗局部破坏。8度 区，主体结构不同程度破坏，上柱裂缝，柱与屋 盖的连接破坏π 形天窗倾倒，个别屋盖塌落。 9度区：砖围护墙大量倒塌，π 形天窗架大量倾 倒，不少屋盖塌落。10、11度区，大多数厂房倒 塌破坏。 震害表明：
u1 11G1 12G2 13G3 u2 21G1 22G2 23G3 u3 31G1 32G2 33G3
二、地震作用计算 1、 计算简图：质量分布的位置及大小
⑴ 无吊车 同周期计算简图
无吊车厂计算房单计元 算简图
计算单元
⑵ 有吊车（将吊车考虑成一个质点）
吊车：单跨时为一台，多跨时，不超过两 台，软钩时，不计吊重，硬钩时取吊重的30%。
由于高振型的影响，将使这部分截面 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。 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
nh 2nh
nl
Glc Gh
)
2 ——空间影响系数
nh.nl ——高低跨跨数 载G代Gh表.Glc 值l 。— —— —高 高低跨跨两屋侧盖低的跨重屋力盖荷总载的代 重表 力荷值
2、 厂房横向地震作用
⑴ 底部剪力法（考虑空间及扭转作用修正）
FEk 11Geq
1 ——修正系数，表5-9，5-10 P170
Geq ：单质点Geq G1
多G质eq点 0.85 Gi
（2）各质点地震作用分配
Fi
Gi Hi Gk Hk
Fek
( n 0)
⑶ 有斜腹杆的桁架式天窗架的地震作用
调整后的 中柱列重力荷载的代表值
对中柱列
对边柱列 Gas 查表P174表G5-a1s3
bGsf
Gs (1
b
)Gsf
b
b 0.5 ~ 1.0
T1 2T
Gasus2 Gasus
位移的求法见图
uaub1ub2uucaub1uuba2uubc1ub2uc uaub1ub2uc
在吊车梁顶面将吊车重量分布于两柱上。
屋盖处的重量（无吊车）
Gi 1.0Gr 0.5Gc 0.5Gb 0.5Gwl 1.9Gw
对于柱、墙的折算系数0.5，是用柱底 部弯矩等效原则得到的。
将柱或墙分成五个质点，各个为0.2， 按振型分解反应谱法求出柱底部的弯矩。 由底部弯矩相等，求出在柱顶的折算质量， 由算例，最后建议取为0.5。
三、罕遇地震作用下抗震变形验算
规范要求：
8度III ，IV 类场地 9度
高大单层钢筋砼柱厂房 上柱验算罕遇地震下的弹塑 性变形
p pe p ——放大系数（1.3~2.6）
P163表5-8
p p h
h ——上柱高
§ 4 单层厂房考虑空间工作与扭转影响振动分析
一、厂房的空间工作和扭转效应
钢板铰宜于耗能，
在苏联近期地震
中经受了考验。
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
墙板优于砖墙，砖围护墙应设置圈梁， 设拉筋于柱连接。
计算要点：
§3 横向抗震计算
单层厂房的抗震计算包括横向 和纵向两个方向的计算。
虑平动与扭转同时作用时，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.
用振型分解反应谱法计算地震作用.
三、考虑空间作用和扭转影响的调整系数
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 ζ1ζ2
为主，地震作用沿高度为倒三角形分布。
自振周期计算简图 计算单元 计算单元
计算单元
Gi 1.0(G屋盖 0.5G雪 0.5G积灰） 0.5G吊车梁 0.25G柱 0.25G纵墙 1.0G檐墙
集中于屋盖处的质点等效重力荷载代
表值 Gi 的计算：
Gi 1.0GR 0.25Gc 0.5Gb 0.25Gwl 1.0Gw i 1、2、3