第7章單層廠房抗震設(shè)計(jì)

單層廠房的內(nèi)容：單層磚結(jié)構(gòu)廠房、單層鋼筋砼柱廠房、單層鋼結(jié)構(gòu)廠房本章主要講解單層鋼筋砼柱廠房一、單層鋼筋砼柱廠房

6、7度區(qū)，主體結(jié)構(gòu)完好，少數(shù)圍護(hù)磚墻開裂外閃，突出屋面的π形天窗局部破壞。8度區(qū)，主體結(jié)構(gòu)不同程度破壞，上柱裂縫，柱與屋蓋的連接破壞π形天窗傾倒，個(gè)別屋蓋塌落。9度區(qū)：磚圍護(hù)墻大量倒塌，π形天窗架大量傾倒，不少屋蓋塌落。10、11度區(qū)，大多數(shù)廠房倒塌破壞。震害表明：通過設(shè)防的廠房，對7度地震作用有足夠的抗震能力，也存在一些薄弱環(huán)節(jié)?！?震害分析

對7度以上地震作用抵抗力不足。弱點(diǎn)：縱向抗震能力差、構(gòu)件連接單薄、支撐體系弱等。1、屋蓋體系7度區(qū)，柱間支撐處屋面板支座酥裂。8度區(qū)，屋面板錯(cuò)動(dòng)、震落、倒塌。9度區(qū)，屋面大面積倒塌。2、天窗架

突出屋面的π形天窗架在8度以上會(huì)造成大面積的傾倒，是廠房的薄弱部分。下沉式天窗震后基本完好。3、柱1）上柱柱身變截面處酥裂或折斷2）柱頂與屋面梁的連接處由于受力復(fù)雜易發(fā)生剪裂壓酥、拉裂或錨筋拔出、鋼筋折斷等震害。3）高低跨處，中柱柱肩產(chǎn)生豎向拉裂。4）下柱下部出現(xiàn)橫向裂縫或折斷。

4、連接

廠房是裝配式結(jié)構(gòu)，連接很重要，屋面板與屋架，天窗架與屋架、屋架與柱、吊車梁與柱、支撐連接等。5、支撐系統(tǒng)

廠房的重要構(gòu)件，天窗架支撐——屋蓋垂直支撐——柱間支撐破壞形式：壓曲，節(jié)點(diǎn)扭折、焊縫撕開、錨件拉脫等。6、圍護(hù)墻

開裂、外閃、脫落、倒塌。二、單層磚廠房7度區(qū)：未經(jīng)設(shè)防的單層磚結(jié)構(gòu)廠房，多數(shù)只有輕微破壞或基本完好，少數(shù)為中等破壞。8度區(qū)：多數(shù)有破壞，部分受到中等破壞，個(gè)別倒塌。9度區(qū)：大多數(shù)有嚴(yán)重破壞或倒塌，只有個(gè)別在震后保留下來。震害：縱墻水平裂縫、磚垛折斷、山墻斜裂縫。屋架支座聯(lián)結(jié)處的局部破壞?！?抗震設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)原則1.結(jié)構(gòu)布置與選型（1）平面布置和抗側(cè)力結(jié)構(gòu)形式廠房的結(jié)構(gòu)布置應(yīng)合理。平面宜規(guī)則、對稱；平面復(fù)雜時(shí)，應(yīng)設(shè)防震縫將平面分隔成簡單對稱的形狀。單層磚柱廠房：屋蓋較輕時(shí)（輕型鋼屋架等）可不設(shè)防震縫，屋蓋較重時(shí)（鋼筋砼）與貼建的建筑之間，設(shè)50~70mm的防震縫。單層砼柱廠房：多跨宜為等高，體型復(fù)雜時(shí)，宜設(shè)縫?？v橫跨交接處的100~150mm，其它為50~90mm。廠房橫向抗側(cè)力體系：屋蓋橫梁與柱鉸接的排架形式。廠房縱向抗側(cè)力體系：縱向柱列形成的排架、柱間支撐和縱墻共同組成。

廠房的同一結(jié)構(gòu)單元內(nèi)不應(yīng)采用不同的結(jié)構(gòu)形式，也不應(yīng)采用橫墻與排架混合承重。（2)支撐的布置①屋蓋支撐布置置上弦橫向、下下弦橫向、跨跨中豎向、端端部豎向有檁屋蓋的支支撐布置見表表7-1；有檁屋蓋的支支撐布置表7-2；木屋蓋的支撐撐布置表7-3。②柱間支撐：設(shè)置位置，最最大長細(xì)比，，節(jié)點(diǎn)連接。。（3）圍護(hù)墻的布布置圍護(hù)墻的布置置應(yīng)盡量均勻勻、對稱。多跨廠房的砌砌體圍護(hù)墻宜宜采用外貼式式，不宜采用用嵌貼式。廠房端部宜設(shè)設(shè)屋架，不宜宜采用山墻承承重。墻板優(yōu)于磚墻墻，磚圍護(hù)墻墻應(yīng)設(shè)置圈梁梁，設(shè)拉筋于于柱連接。鋼結(jié)構(gòu)廠房的的圍護(hù)墻：單層鋼筋混凝凝土柱廠房的的圍護(hù)墻：廠房圍護(hù)墻女女兒墻的布置置和構(gòu)造，應(yīng)應(yīng)符合有關(guān)對對非結(jié)構(gòu)構(gòu)件件抗震要求的的規(guī)定。（4）天窗架和屋屋架的選型天窗架：①突出屋面的天天窗架宜采用用鋼天窗架②9度時(shí)，可采用用下沉式天窗窗③突出屋面的鋼鋼筋砼天窗，，側(cè)板與天窗窗架柱宜采用用螺栓連接屋架選型：①單層磚柱廠房房6~8度宜用輕型屋屋蓋9度應(yīng)為輕型屋屋蓋②單層砼柱廠房房，屋架L>24m8度III，IV類場地9度③屋面板與屋架架焊接（三點(diǎn)點(diǎn)焊接）④規(guī)范對屋架截截面和配筋的的構(gòu)造作出要要求（5）柱的選型單層磚柱房屋屋6、7度時(shí)可采用十十字形無筋磚磚柱，8度ⅠⅡ類場地采用豎豎向配筋組合合磚柱，9度時(shí)和8度（III，IV類場地）中柱柱采用鋼筋砼砼柱。單層鋼筋砼柱柱廠房，截面面選取，箍筋筋加密，加密區(qū)區(qū)最小間距和和直徑要求柱頂與屋架連連接：8度時(shí)宜用螺栓栓連接，9度時(shí)宜用鋼板板鉸連接鋼板鉸宜于耗耗能，在地震中經(jīng)受受了考驗(yàn)。2.抗震設(shè)計(jì)的一一般原則（1）哪些廠房可可不進(jìn)行橫向向及縱向截面面抗震算；（2）廠房的橫向向抗側(cè)力構(gòu)件件廠房的縱向抗抗側(cè)力構(gòu)件；；（3）哪些廠房需需考慮豎向地地震作用；（4）哪些廠房應(yīng)應(yīng)進(jìn)行彈塑性性變形驗(yàn)算。。3單層廠房的質(zhì)質(zhì)量集中系數(shù)數(shù)集中質(zhì)量一般般位于屋架下下玹（柱頂））處。質(zhì)量集中的原原則：計(jì)算動(dòng)力特性性時(shí),根據(jù)“周期等等效”的原則則；計(jì)算地震作用用時(shí)，對于排排架根據(jù)柱底底“彎矩相等等”的原則，，對于剪力墻墻根據(jù)墻底““剪力相等””的原則。二、橫向向抗震計(jì)算計(jì)算要點(diǎn)：單層廠房的抗抗震計(jì)算包括括橫向和縱向兩個(gè)方方向的計(jì)算。。當(dāng)滿足有關(guān)抗抗震構(gòu)造措施施時(shí)，規(guī)范規(guī)規(guī)定：7度時(shí)，ⅠⅡ類場地，柱高高不超過4.5m且兩端均有山山墻的單跨及及等高多跨磚磚柱廠房，和和柱高不超過過10m且兩端均有山山墻的單跨及及等高多跨鋼鋼筋砼柱廠房房可不進(jìn)行抗抗震計(jì)算。主要內(nèi)容：計(jì)算簡圖的取取法，自振周周期的計(jì)算，，內(nèi)力計(jì)算，，強(qiáng)度計(jì)算等等。1、計(jì)算簡圖（（平面排架））基本假設(shè)：1、設(shè)廠房的屋屋蓋為有限剛剛性的物體。。2、設(shè)廠房每一一榀排架為一一各獨(dú)立隔離離的計(jì)算單元，按單單榀平面排架架進(jìn)行地震作作用分析。3、將質(zhì)量集中中于柱頂，按按單質(zhì)點(diǎn)及多多質(zhì)點(diǎn)體系計(jì)算。4、排架在地震震作用下的變變形以剪切變變形為主，地震作作用沿高度為為倒三角形分分布。（1）計(jì)算自振周周期的質(zhì)量集集中1）等高廠房2）不等高廠房房系數(shù)1.0、0.5、0.25是按動(dòng)能等效效折算質(zhì)量的折減系系數(shù)。吊車橋架的影影響：吊車橋橋梁的剛度將將使結(jié)構(gòu)的剛度度增大即周期期減小，而吊吊車橋架的重量又使使結(jié)構(gòu)的周期期增大，為了了簡化計(jì)算，在計(jì)算算周期時(shí)，不不考慮橋架的的影響。（2）計(jì)算地震作作用的質(zhì)量集集中屋蓋處的重量量（無吊車））1）等高廠房2）不等高廠房房無吊車廠房計(jì)計(jì)算簡圖對于柱、墻的的折算系數(shù)0.5，是用柱底部彎矩等效原原則得到的。。將柱或墻分成成五個(gè)質(zhì)點(diǎn)，，各個(gè)為0.2，按振型分解解反應(yīng)譜法求求出柱底部的的彎矩。由底底部彎矩相等等，求出在柱柱頂?shù)恼鬯阗|(zhì)質(zhì)量，由算例例，最后建議議取為0.5。橋式吊車廠房房，還應(yīng)考慮慮吊車橋架的的重力荷載（（將吊車考慮慮成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)，集中于該該跨任一柱吊吊車梁頂面標(biāo)標(biāo)高處）吊車：單跨時(shí)為一臺(tái)臺(tái)，多跨時(shí)，，不超過兩臺(tái)臺(tái)，軟鉤時(shí)，，不計(jì)吊重，，硬鉤時(shí)取吊吊重的30%。2、自振周期期的計(jì)算⑴單跨和等高多多跨廠房，按按單質(zhì)點(diǎn)體系系?？紤]不同結(jié)構(gòu)構(gòu)引入調(diào)整系系數(shù)——調(diào)整系數(shù)由鋼筋混凝土土屋架或鋼屋屋架與鋼筋混混凝土柱組成成的排架，有有縱墻時(shí)取周周期計(jì)算值的的80%，無縱墻時(shí)取取90%。——排架的側(cè)向柔柔度=F=(1-X1)⑵兩跨不等高廠廠房能量法考慮⑶三跨不對稱帶帶升高中跨廠廠房3、排架地震作用用的計(jì)算⑴底部剪力法（（考慮空間及及扭轉(zhuǎn)作用修修正）——修正系數(shù)，表表7-6、7-7：單質(zhì)點(diǎn)多多質(zhì)點(diǎn)（2）各質(zhì)點(diǎn)地震震作用分配4、考慮空間作作用和扭轉(zhuǎn)影影響的內(nèi)力調(diào)調(diào)整單廠橫向地震震作用簡化計(jì)計(jì)算=平面排架計(jì)算算+空間作用影響響空間工作效應(yīng)應(yīng)取決于：1.有無山墻（或或橫墻）及屋屋蓋的橫向剛剛度2.屋蓋增加了廠廠房的剛度。。3.山墻的間距越越小廠房的剛剛度越大。扭轉(zhuǎn)效應(yīng)：1.僅一端有山墻墻的廠房，會(huì)會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振振動(dòng)。2.靠近伸縮縫處處的排架柱比比其他位置的的排架柱震害害重。當(dāng)符合下列條條件時(shí)，可考考慮空間工作作和扭轉(zhuǎn)影響響：1）7度和8度；2）廠房單元屋屋蓋長度與總總跨度之比小小于8或廠房總跨度度大于12；3）山墻厚度不不小于240mm，開洞所占水水平截面面積積不超過總面面積的50%；4)柱頂高度不大大于15m。對不同的排架架結(jié)構(gòu)形式進(jìn)進(jìn)行空間的平平動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振振動(dòng)分析，將將其結(jié)果與平平面排架振動(dòng)動(dòng)分析結(jié)果進(jìn)進(jìn)行對比，得得出空間工作作與扭轉(zhuǎn)影響響效應(yīng)的調(diào)整整系數(shù)ζ1ζ2見表7-6。簡單的結(jié)論：：山墻的間距越越大，廠房的的空間作用越越小，排架上上的地震剪力力越大；有檁檁屋蓋廠房的的地震剪力大大于無檁屋蓋蓋廠房；當(dāng)山山墻的間距超超過一定距離離時(shí)，有檁屋屋蓋廠房及高高低跨出的上上柱的地震作作用甚至超過過單排柱的地地震作用。5、不等高廠房高高低跨交接處處中柱的地震震內(nèi)力修正由于高振型的的影響，將使使這部分截面面的內(nèi)力大于用用底部剪力法法求出的內(nèi)力力。這些截面的內(nèi)力力乘以系數(shù)修修正。⑴高跨一側(cè)有低低跨時(shí)⑵高跨兩側(cè)有低低跨時(shí)——空間影響系數(shù)數(shù)——高低跨跨數(shù)——高低跨屋蓋的的重力荷載代代表值——高跨兩側(cè)低跨跨屋蓋總的重重力荷載代表表值。6.吊車橋式引引起的地震震作用效應(yīng)應(yīng)增大系數(shù)數(shù)求出的乘乘以動(dòng)力力放大系數(shù)數(shù)7.有斜腹桿的的桁架式天天窗架的地地震作用由于這種天天窗架的剛剛度大，可可將其視為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)計(jì)算地震震作用，不不乘放大系系數(shù)。當(dāng)天窗架跨跨度大于9m時(shí)（或9度時(shí)），可將求得的的天窗架地地震作用乘乘以1.5放大系數(shù)。8.排架內(nèi)力組組合和構(gòu)件件強(qiáng)度驗(yàn)算算（1)內(nèi)力組合單層廠房地地震作用效效應(yīng)組合表表達(dá)式：（不考慮風(fēng)風(fēng)荷載效應(yīng)應(yīng)、吊車橫橫向水平制制動(dòng)力和豎豎向地震作作用）地震荷載效效應(yīng)組合與與其它荷載載效應(yīng)組合合一起進(jìn)行行驗(yàn)算，取取其中最不不利的組合合控制設(shè)計(jì)計(jì)。（2）柱的截面面抗震驗(yàn)算算按偏心受壓壓構(gòu)件驗(yàn)算算：S—截面作用效效應(yīng)；R—相應(yīng)的承載載力設(shè)計(jì)值值；—承載力抗震震調(diào)整系數(shù)數(shù)，見表3-16。（3）支承低跨跨屋蓋牛腿腿的水平受受拉鋼筋抗抗震驗(yàn)算牛腿水平受受拉鋼筋截截面面積As:9.罕遇地震作作用下抗震震變形驗(yàn)算算規(guī)范要求：：8度III，IV類場地9度上柱驗(yàn)算罕罕遇地震下下的彈塑性性變形——放大系數(shù)（（1.3~2.6）h——上柱高10.單層磚柱廠廠房的橫向向抗震計(jì)算算（自學(xué)））磚柱廠房自自振周期的的調(diào)整：1）2）磚柱考慮空間作用用效應(yīng)調(diào)整整系數(shù)：按多質(zhì)點(diǎn)空空間結(jié)構(gòu)計(jì)計(jì)算地震作作用1.計(jì)算簡圖橫向由排架架和山墻構(gòu)構(gòu)件組成。?？v向由排架架和縱墻及及柱間支撐撐組成。將廠房的質(zhì)質(zhì)量集中于于屋蓋處。。結(jié)構(gòu)的質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)數(shù)，只考考慮橫向振振動(dòng)時(shí)為N=n*h，考慮平動(dòng)與與扭轉(zhuǎn)同時(shí)時(shí)作用時(shí)，，N=（n+1)*h.2.運(yùn)動(dòng)方程及及地震作用用計(jì)算用振型分解解法計(jì)算多多自由度振振動(dòng)方程.用振型分解解反應(yīng)譜法法計(jì)算地震震作用.廠房橫向抗抗震計(jì)算小小結(jié)1.規(guī)范規(guī)定：：在某些情情況下可不不進(jìn)行廠房房橫向和縱縱向的抗震震計(jì)算。（（7度，ⅠⅡ，4.5米，10米）2.橫向自振周周期的計(jì)算算：用能量量法，質(zhì)量的計(jì)算算采用折算算質(zhì)量法，，將分散質(zhì)質(zhì)量集中到到屋蓋處。。3.地震作用的的計(jì)算：底底部剪力法法考慮空間作作用影響。。各質(zhì)點(diǎn)的的地震作用用：對不同的位位置的計(jì)算算值進(jìn)行放放大修正：天天窗架，吊吊車梁，高高低跨處等。。各質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)質(zhì)量：將柱柱（墻）的的質(zhì)量折算算到柱頂時(shí)時(shí)用底部彎彎矩等效的的原則。三、縱縱向抗震驗(yàn)驗(yàn)算廠房的縱向向抗震計(jì)算算較為復(fù)雜雜，針對不同情況提提出了不同同的簡化計(jì)計(jì)算方法。。對于輕型柔性性屋蓋，采采用“柱列法”即各個(gè)柱列分片進(jìn)進(jìn)行計(jì)算，，對剛度較較大的鋼筋筋砼屋蓋結(jié)構(gòu)，，廠房的縱縱向自振周周期和地震震作用可采用“修正剛度法法”。對于兩跨跨不等高廠房，采采用“擬能量法”的原則確定定廠房的基本周周期及相應(yīng)應(yīng)的縱向地地震作用。。一、自振周周期1、柱列法法⑴計(jì)算簡圖適用于輕型型柔性屋蓋。柱頂質(zhì)量為為——屋蓋荷載——柱自重——縱墻——橫墻或山墻墻——吊車梁——吊車重量⑵計(jì)算公式第s柱列的周期期---周期折減系系數(shù)，無圍圍護(hù)墻0.9有圍護(hù)墻0.8——s柱列的總剛剛度（KN/m）包括排架柱柱，柱間支支撐，圍護(hù)護(hù)墻等。2、修正剛度法法（適用于于剛度較大大的屋蓋））⑴計(jì)算簡圖將所有的屋屋蓋質(zhì)量合合并為集中質(zhì)量量，所有排排架柱剛度合并并為一個(gè)剛剛度。⑵計(jì)算公式K——修正系數(shù)，表5-12P1743、擬能量法（（適用于兩兩跨不等高高廠房）⑴計(jì)算簡圖：：將柱列半半跨范圍內(nèi)內(nèi)的重力荷荷載代表值按動(dòng)動(dòng)能等效原原則等效到到柱與屋蓋蓋連接處⑵計(jì)算公式兩跨不等高高廠房、屋屋蓋的空間間作用及扭轉(zhuǎn)效應(yīng)使使中柱列和和邊柱列地地震力不同同。計(jì)算的方法法是將中柱柱列和邊柱柱列的重重力荷載值進(jìn)行行調(diào)整，再再按能量法法求自振周周期。對中柱列對邊柱列查表P174表5-13位移的求法法見圖按單柱列求求解4、抗震規(guī)規(guī)范建議經(jīng)經(jīng)驗(yàn)公式按修正剛度度法計(jì)算單單跨或等高高多跨的鋼筋砼柱廠廠房縱向地地震作用時(shí)時(shí)，當(dāng)柱頂頂高不大于15m，平均跨度不不大于30m?？v向基本周周期經(jīng)驗(yàn)公公式：——圍護(hù)墻影響響系數(shù)，磚磚圍護(hù)墻=1.0敞開，半敞敞開圍護(hù)墻墻板——屋蓋類型系系數(shù)，大型型屋面板，，鋼筋砼屋架1.0。鋼屋屋架0.85——長房跨度（（m），平均值——基礎(chǔ)頂面至至柱頂高度度（m）對于四周有有外墻的單單層單跨磚磚柱廠房，，由于剛度度大，可不不必計(jì)算周周期，采取取

計(jì)算地地震作用。。二、廠房縱縱向剛度柱列+柱間支撐+縱墻1、柱k=1/δδ2、柱間支撐按桁架計(jì)算算，僅考慮慮支撐的軸軸向變形，，不考慮柱和和梁的軸向向變形。⑴柔形柱間支撐撐在地震作用用下，壓桿桿將喪失穩(wěn)定定而退出工工作，僅有斜向拉拉桿參加工工作。⑵半剛性柱間間支撐拉壓桿的剛剛度都考慮慮，壓桿按臨界界狀態(tài)剛度度計(jì)算。2、縱向磚墻⑴無洞或單洞洞墻上下端轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)受約束的的情況下端固定，，上端自由由K———小洞口影響響系數(shù)——磚墻開裂等等剛度折減減系數(shù)⑵多洞墻3、柱列剛剛度⑴僅柱頂作用用水平力時(shí)時(shí)⑵當(dāng)柱列作用用兩個(gè)地震震力時(shí)剛度矩陣三、地震作作用的計(jì)算算1、計(jì)算簡圖圖，無吊車車時(shí)橫墻縱縱墻墻檐檐墻注意：與周期計(jì)算算時(shí)不同。。周期計(jì)算算時(shí)按動(dòng)能能等效。地地震作用計(jì)計(jì)算時(shí)，按按幾何位置置劃分。0.7是考慮縱墻墻上部重量量較大有吊車時(shí)：：吊車梁頂柱頂：2、柱列地地震作用⑴柱列法（輕輕型屋蓋））：作用于第s柱列柱頂標(biāo)標(biāo)高處的縱縱向水平地震作用作用于吊車車梁頂面標(biāo)標(biāo)高處的地地震作用⑵修正剛度法法（砼柱大大型屋面板板等高廠房房）某一柱列的的地震作用用⑶擬能量法（（不等高廠廠房）作用于邊柱柱列柱頂?shù)牡牡卣鹱饔糜米饔糜诟叩偷涂缃唤犹幪庍B接點(diǎn)處處的地震作用用：3、構(gòu)件的的地震作用用⑴僅柱列頂部部作用地震震作用時(shí)：柱列頂部位位移應(yīng)相等等，各構(gòu)件件的地震作用按剛度度分配。⑵當(dāng)柱列作用用兩個(gè)地震震力時(shí)柱列側(cè)移：：分配給柱的的力：分配給支撐撐的力：分配給墻的的力：四、天窗地地震作用規(guī)范建議：：對單跨、、等高多跨跨、高度不不超過15m的廠房，突突出屋面天天窗的縱縱向地震力在底部部剪力法基基礎(chǔ)上乘以以增大系數(shù)數(shù)。。（單跨、邊邊跨屋蓋，，有縱向內(nèi)隔墻的的中跨屋蓋蓋）（對于其它它中跨屋蓋蓋）n——廠房跨數(shù)，，超過跨按按4跨其它情況，，天窗架的的縱向抗震震計(jì)算，仍仍可按空間多多質(zhì)點(diǎn)體系系計(jì)算?！?構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的抗震設(shè)設(shè)計(jì)一、柱間交交叉支撐1、斜桿