單層鋼筋混凝土排架柱廠房震害分析和破壞機理概述目錄TOC\o"1-3"\h\u7637單層鋼筋混凝土排架柱廠房震害分析和破壞機理概述 1158021.1引言 1146581.2結(jié)構(gòu)特點 2314721.3各構(gòu)件類的震害分析和破壞機理研究 418601.3.2屋面及屋蓋支撐系統(tǒng) 10255001.3.3墻體、連系梁、圈梁和構(gòu)造柱 15108241.3.4非結(jié)構(gòu)構(gòu)件、附屬建筑和小品 161.1引言 隨著新中國的成立和改革開發(fā)的推進，國家經(jīng)濟得到了迅猛的發(fā)展。制造業(yè)、冶金等工業(yè)產(chǎn)業(yè)需要快速壯大起來，生產(chǎn)車間的數(shù)量和規(guī)模也需要更上一個層次，以滿足生產(chǎn)所需。單層鋼筋混凝土排架柱廠房作為比較常見的一種結(jié)構(gòu)形式，能夠建造成大空間、大跨度、布置靈活、承載較大等，較好地滿足了工業(yè)生產(chǎn)的需求，在我國工業(yè)建筑中得到了大量的應(yīng)用。同時，單層鋼筋混凝土排架柱廠房相對其他大跨度廠房造價低，建造數(shù)量相對較多。因此，對該類廠房進行研究是非常有必要的。單層鋼筋混凝土排架柱廠房一般采用預(yù)制構(gòu)件，施工、造價等方面相對其他類型廠房有較大優(yōu)勢。在地震區(qū)，單層鋼筋混凝土排架柱廠房雖然沒有像多層砌體、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞數(shù)量那么多，但是破壞也是不少的，而且破壞造成的損失往往也是巨大的。表2-1是我國歷史強震中單層鋼筋混凝土柱廠房的震害資料統(tǒng)計結(jié)果。由表可以看出，隨著地震烈度的增加，單層混凝土柱工業(yè)廠房震害程度重的比例越來越高。表2-1單層混凝土柱工業(yè)廠房震害統(tǒng)計（249棟）[22]地震烈度震調(diào)害查程情度況7度8度9度10度棟數(shù)百分比棟數(shù)百分比棟數(shù)百分比棟數(shù)百分比基本完好315.82413.7輕微破壞1157.94626.311036.7中等破壞315.85933.72201533.3嚴(yán)重破壞210.53821.77701124.4倒毀--84.6--1635.6總計1910017510010100451001.2結(jié)構(gòu)特點排架是由基礎(chǔ)、柱、屋架組成，柱與屋架鉸接，與基礎(chǔ)剛接[5]，如圖2-1所示。是單層廠房結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)組成。排架結(jié)構(gòu)—將多排排架通過屋面板、吊車梁、支撐等縱向構(gòu)件聯(lián)結(jié)起來，構(gòu)成整體的空間結(jié)構(gòu)，如圖2-2所示。排架的特點是：在自身平面內(nèi)承載力和剛度都較大，而排架間的承載能力相對較弱。圖2-1排架示意圖圖2-2排架結(jié)構(gòu)示意圖這里，我們說的鋼筋混凝土排架柱廠房一般可以分為兩種：1）鋼筋混凝土排架：由鋼筋混凝土的屋架、柱及基礎(chǔ)組成。由于其具有較高的承載能力和較好的抗震性能，可用于跨度不大于36m、檐高不大于20m、吊車起重量不超過200t的大型工業(yè)廠房。2）鋼—鋼筋混凝土：排架由鋼屋架、鋼筋混凝土柱和基礎(chǔ)組成。其承載能力和抗震性能較鋼筋混凝土排架好，可用于跨度大于36m、吊車起重量超過250t的重型工業(yè)廠房。根據(jù)廠房的跨數(shù)的不同，我們可以將單層鋼筋混凝土柱排架廠房分為單跨和多跨。其中多跨又可以分為：多跨等高和多跨不等高（高低跨）。單跨和多跨廠房的示意圖如圖2-3所示。一般情況下，對于跨度較大以及對相鄰廠房有較大干擾的車間，應(yīng)采用單跨廠房；多跨適用于跨度較小且生產(chǎn)工藝和使用要求相同或相近的車間。多跨廠房有利于提高廠房結(jié)構(gòu)的橫向剛度，減少柱的截面尺寸，節(jié)省材料。但多跨廠房需設(shè)置天窗等解決通風(fēng)和采光問題。單層多跨廠房一般應(yīng)設(shè)計成等高廠房，以使結(jié)構(gòu)受力明確，設(shè)計和計算簡單；構(gòu)件種類規(guī)格少，施工方便。但當(dāng)生產(chǎn)工藝要求的相鄰跨高差較大時，則應(yīng)設(shè)計成不等高廠房。（a）單跨（b）多跨等高（c）多跨不等高（高低跨）圖2-3不同跨數(shù)的單層鋼筋混凝土排架柱廠房示意圖目前，單層鋼筋混凝土排架柱廠房主要是裝配式結(jié)構(gòu)[64]。對應(yīng)基礎(chǔ)為杯口基礎(chǔ)，是獨立基礎(chǔ)的一種。在地震中，基礎(chǔ)由于地基不均勻沉降等失效引起的破壞極少，所以本文暫不分析基礎(chǔ)震害。排架柱根據(jù)斷面形式可分為矩形、工字形、雙肢柱三種，雙肢柱又可根據(jù)腹桿分為平腹桿雙肢柱和斜腹桿雙肢柱，見圖2-4。矩形柱一般為400mm×600mm；工字形柱一般b×h為400mm×600mm、400mm×800mm、500mm×1500mm等；當(dāng)柱的高度和荷載較大，吊車起重大于30t，柱的截面尺寸b×h>600mm×1500mm時，宜選用雙肢柱；8度和9度時，宜采用矩形、工字形截面柱或斜腹桿雙肢柱，不宜采用薄壁工字形柱、腹板開孔工字形柱、預(yù)制腹板的工字形柱、平腹桿雙肢柱[81]。原因是后者的抗側(cè)力剛度差，在地震中產(chǎn)生較大的側(cè)向變位，導(dǎo)致柱子的剪切破壞。屋蓋一般分為有檁和無檁屋蓋兩種形式。有檁屋蓋一般是采用鋼屋架和鋼檁條，然后在鋼檁條上鋪波形石棉瓦、瓦楞鐵等；無檁屋蓋一般是采用鋼筋混凝土屋架，然后在屋架上直接鋪設(shè)大型屋面板。屋蓋的作用是承受屋面活荷載、雪荷載、自重等荷載和維護廠房，與支撐體系將縱橫向平面排架連接成整體并傳遞荷載。屋架一般為三角形、梯形、拱形三種形式。橫向平面排架包括屋架（或屋面梁）、柱子和基礎(chǔ)。是廠房的基本承重結(jié)構(gòu)。廠房承受的豎向荷載(自重、屋面活荷載、雪荷載和吊車豎向荷載等)及橫向水平荷載(風(fēng)、地震、水平制動)主要通過橫向平面排架傳至基礎(chǔ)及地基?？v向平面排架由連系梁、吊車梁、縱向柱列、柱間支撐和基礎(chǔ)等構(gòu)件組成的，作用是保證廠房結(jié)構(gòu)的縱向穩(wěn)定性和剛度，承受吊車縱向水平荷載、縱向水平地震作用、以及作用在山墻傳來的縱向風(fēng)荷載等。一般可不進行縱向平面排架計算。廠房的維護結(jié)構(gòu)主要包括縱墻、山墻、橫墻、抗風(fēng)柱、連系梁、基礎(chǔ)梁等。主要作用是圍護和承重，主要承受墻體和構(gòu)件的自重以及作用在墻面的風(fēng)荷載。（a）矩形（b）工字形（c）平腹桿雙肢柱（d）斜腹桿雙肢柱圖2-4排架柱示意圖1.3各構(gòu)件類的震害分析和破壞機理研究單層鋼筋混凝土排架柱廠房是由鋼筋混凝土柱與預(yù)制鋼筋混凝土屋架（或鋼屋架）組裝而成的預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)。在全國的工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛。這種結(jié)構(gòu)在我國經(jīng)受了多次地震的考驗，積累了豐富的抗震經(jīng)驗和大量的震害資料。例如，在1976年的唐山地震[47]中，就有許多該類結(jié)構(gòu)震害的出現(xiàn)。單層鋼筋混凝土排架柱廠房在多次的地震中的一般震害現(xiàn)象[6、20、34、59、64、78]為：在7度區(qū)，廠房的主體結(jié)構(gòu)和支撐系統(tǒng)基本完好，沒有破壞，發(fā)生震害的是磚圍護墻體的局部開裂或外閃；在8度區(qū)，主體結(jié)構(gòu)（排架柱、屋架）開始出現(xiàn)開裂破壞，甚至是嚴(yán)重開裂。天窗架的立柱也發(fā)生開裂。屋蓋系統(tǒng)和柱間支撐中的桿件有很多出現(xiàn)了壓曲或拉脫現(xiàn)象。磚圍護墻體比7度區(qū)的開裂嚴(yán)重，部分甚至發(fā)生倒塌，山墻頂部多數(shù)外閃倒塌；在9度區(qū)，震害就更加嚴(yán)重，主體結(jié)構(gòu)的開裂更為嚴(yán)重，屋蓋系統(tǒng)破壞，甚至倒塌。屋蓋系統(tǒng)和柱間支撐的支撐大部分發(fā)生屈曲，節(jié)點拉脫更為普遍。磚圍護墻體大面積倒塌。根據(jù)單層鋼筋混凝土排架柱廠房的結(jié)構(gòu)特點及震害現(xiàn)象，我們將該類結(jié)構(gòu)劃分為四大構(gòu)件類：1）廠房柱；2）屋面及屋蓋支撐系統(tǒng)；3）墻體、連系梁、圈梁和構(gòu)造柱；4）非結(jié)構(gòu)構(gòu)件、附屬建筑和小品。下面分別介紹各構(gòu)件類的主要震害及破壞機理。在本章及第三章，我們首次提出將這兩種廠房結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的震害分為輕微破壞、中等破壞、嚴(yán)重破壞三種，并分析破壞原因。1.3.1廠房柱柱子是整個廠房的主要抗側(cè)力構(gòu)件，因而在強度和剛度設(shè)計時讓其具有一定的抗側(cè)力能力。完全因為柱子的破壞而導(dǎo)致廠房倒塌的震害基本沒有，往往是柱子的抗震薄弱部位導(dǎo)致柱子產(chǎn)生各種開裂到破壞的震害。1.3.1.1柱身1.上柱根部和吊車梁頂面標(biāo)高處出現(xiàn)水平開裂輕微破壞：上柱根部和吊車梁頂面標(biāo)高處基本是完好的，或出現(xiàn)一些沒有貫穿的肉眼可見的細(xì)微裂縫，見圖2-5（a）；中等破壞:裂縫出現(xiàn)貫穿現(xiàn)象，裂縫寬度稍有發(fā)展，但未出現(xiàn)鋼筋外露、柱子混凝土保護層脫落等現(xiàn)象，見圖2-5（b）；嚴(yán)重破壞：裂縫寬度進一步加大，混凝土保護層脫落，柱子內(nèi)層有明顯裂縫，鋼筋出現(xiàn)外露、扭曲等現(xiàn)象，見圖2-5（c）。此類震害產(chǎn)生的原因是，上柱根部在剛度和應(yīng)力轉(zhuǎn)換的突變處，上柱的截面面積和配筋相對下柱都比較小，作用在柱頂?shù)臋M向水平地震力使上柱成為大偏壓受力，而上柱的抗彎抗壓此時難以滿足要求，所以就會在上柱根部出現(xiàn)水平開裂。吊車梁頂面出現(xiàn)的水平開裂，則是因為吊車梁與上柱之間的縫隙處在灌注混凝土或塞滿磚頭、石塊后，上柱根部的剛度突變位置上移到吊車梁頂所致。《建筑抗震設(shè)計規(guī)范（2016版）》[81]（以下簡稱為《抗規(guī)》）第9.1.20條有規(guī)定：上柱根部箍筋加密范圍為，取階形柱自牛腿面至起重機梁頂面以上300mm高度內(nèi)。1—上柱根部水平裂縫2—吊車梁頂面水平裂縫1—上柱根部水平裂縫2—吊車梁頂面水平裂縫(a)輕微破壞(b)中等破壞(c)嚴(yán)重破壞圖2-5上柱根部和吊車梁頂面水平開裂1.下柱根部在靠近地面處開裂；嚴(yán)重者受壓區(qū)混凝土破碎剝落，縱筋壓曲變形這種震害一般發(fā)生于單跨的邊柱、多跨的邊柱和中柱，且發(fā)生在8度及以上的地震區(qū)。破壞形式有兩種：=1\*GB3①橫向破壞，這是因為柱子的橫向抗震強度不足。當(dāng)?shù)卣鹱饔眉訌娗曳磸?fù)作用時，就會出現(xiàn)壓區(qū)混凝土破碎剝落，縱筋壓曲破壞；=2\*GB3②縱向破壞。這種破壞一般會發(fā)生在離地面50cm的地方，通常出現(xiàn)的都是水平裂縫，且主要發(fā)生在未設(shè)柱間支撐的廠房。輕微破壞：下柱根部出現(xiàn)貫穿的肉眼可見的細(xì)微裂縫，裂縫基本發(fā)生在柱子表面，內(nèi)部基本沒有出現(xiàn)，見圖2-6（a）；中等破壞:細(xì)微的貫穿裂縫寬度稍有發(fā)展，但未出現(xiàn)鋼筋外露、柱子混凝土保護層脫落等現(xiàn)象，見圖2-6（b）；嚴(yán)重破壞：裂縫寬度進一步加大，混凝土保護層脫落，柱子內(nèi)層有明顯裂縫，鋼筋出現(xiàn)外露、扭曲等現(xiàn)象，見圖2-6（c）。原因是，沒有柱間支撐，全部的縱向地震作用轉(zhuǎn)由柱子承受，導(dǎo)致柱子在靠近地面處受力最大，而柱子在抗縱向壓彎的承載能力較弱，就會出現(xiàn)水平開裂。有部分設(shè)置柱間支撐的廠房也會出現(xiàn)此類震害，那是因為柱子本身的抗震強度能力弱，嚴(yán)重時柱根部混凝土剝落，縱筋外露甚至壓曲。《抗規(guī)》[81]第9.1.20條有規(guī)定：柱根的箍筋加密區(qū)取下柱柱底至室內(nèi)地坪以上500mm。(a)輕微破壞(b)中等破壞(c)嚴(yán)重破壞圖2-6下柱根部貫穿裂縫3.不等高廠房中柱支撐低跨屋蓋牛腿以上柱截面水平開裂不等高廠房高低跨交界處中柱支撐低跨屋蓋的牛腿以上的柱截面開裂或嚴(yán)重剪斷[82]。輕微破壞：不等高廠房中柱支撐低跨屋蓋牛腿以上柱截面出現(xiàn)肉眼可見的細(xì)微裂縫，裂縫基本發(fā)生在柱子表面，或柱子基本完好，見圖2-7（a）；中等破壞:細(xì)微裂縫寬度稍有發(fā)展且出現(xiàn)貫穿現(xiàn)象，但未出現(xiàn)鋼筋外露、柱子混凝土保護層脫落等現(xiàn)象，見圖2-7（b）；嚴(yán)重破壞：裂縫寬度進一步加大，貫穿裂縫數(shù)量較中等破壞時增多?；炷帘Ｗo層脫落，柱子內(nèi)層有明顯裂縫，鋼筋出現(xiàn)外露、扭曲等現(xiàn)象，見圖2-7（c）。發(fā)生此類震害的原因是：此類廠房的屋蓋不在一個標(biāo)高，地震時容易出現(xiàn)高階震型，使高跨的上柱地震作用加大，進而導(dǎo)致高跨上柱根部的水平開裂。《抗規(guī)》[81]第9.1.20條有規(guī)定：柱變位受平臺等約束的部位的箍筋加密范圍，取節(jié)點上、下各300mm。1-高跨屋蓋2-低跨屋蓋3-1-高跨屋蓋2-低跨屋蓋3-交接處中柱(a)輕微破壞(b)中等破壞(c)嚴(yán)重破壞圖2-7不等高廠房高低跨交接處中柱高跨上柱水平開裂4.平腹桿雙肢柱和薄壁開孔預(yù)制腹板工字形柱嚴(yán)重開裂破壞這類震害一般在高烈度區(qū)比較普遍，像8度、9度。產(chǎn)生的裂縫特征是：平腹桿是各個平腹桿與兩側(cè)柱肢相交的兩端出現(xiàn)豎向剪切裂縫；薄壁開孔預(yù)制腹板工字形柱是上下孔腹板間出現(xiàn)交叉剪切裂縫。輕微破壞：平腹桿雙肢柱和薄壁開孔預(yù)制腹板工字形柱基本完好，或平腹桿雙肢柱的平腹桿與兩側(cè)柱肢相交的兩端出現(xiàn)肉眼可見的豎向細(xì)微裂縫，薄壁開孔預(yù)制腹板工字形柱的上下孔腹板間出現(xiàn)交叉剪切裂縫，裂縫基本發(fā)生在柱子表面，且裂縫基本沒有貫通現(xiàn)象，見圖2-8（a）；中等破壞:豎向和交叉剪切裂縫寬度有所發(fā)展，裂縫進一步出現(xiàn)貫通現(xiàn)象，裂縫寬度較輕微破壞變化明顯，但未出現(xiàn)鋼筋外露、柱子混凝土保護層脫落等現(xiàn)象，見圖2-8（b）；嚴(yán)重破壞：豎向和交叉剪切裂縫寬度進一步加大，貫穿裂縫數(shù)量較中等破壞時增多。混凝土保護層脫落，柱子內(nèi)層有明顯裂縫，鋼筋出現(xiàn)外露、扭曲等現(xiàn)象，見圖2-8（c）。出現(xiàn)這兩種震害的原因是：這兩種柱子的抗側(cè)力剛度和強度相對其他柱子差，不利于抗震。《抗規(guī)》[81]第9.1.4條有規(guī)定：8度和9度時，宜采用矩形、工字形截面柱或斜腹桿雙肢柱，不宜采用薄壁工字形柱、腹板開孔工字形柱、預(yù)制腹板的工字形柱、平腹桿雙肢柱。(a)輕微破壞(b)中等破壞(c)嚴(yán)重破壞圖2-8平腹桿兩端剪裂破壞1.3.1.2柱頭和柱牛腿1.上柱柱頭的開裂和破壞在高烈度區(qū)，部分上柱柱頭出現(xiàn)斜向開裂破壞，嚴(yán)重時混凝土酥落，主筋壓曲。輕微破壞：上柱柱頭基本完好，或出現(xiàn)肉眼可見的細(xì)微裂縫，裂縫基本發(fā)生在柱子表面，且柱頭處裂縫長度較短，未出現(xiàn)貫穿現(xiàn)象，見圖2-9（a）；中等破壞:細(xì)微裂縫寬度稍有發(fā)展且出現(xiàn)貫穿現(xiàn)象，裂縫不但沿長度方向有所拓展，且向柱子內(nèi)部也有發(fā)展，但未出現(xiàn)鋼筋外露、柱子混凝土保護層脫落等現(xiàn)象，見圖2-9（b）；嚴(yán)重破壞：裂縫寬度進一步加大，貫穿裂縫數(shù)量較中等破壞時增多?；炷帘Ｗo層脫落，柱子內(nèi)層有明顯裂縫，鋼筋出現(xiàn)外露、扭曲等現(xiàn)象，見圖2-9（c）。出現(xiàn)此類震害的原因是：柱頭部位的受力一般比較復(fù)雜，壓、彎、剪同時作用的情況比較常見，而柱頭在設(shè)計時一般只考慮了軸向受力，配置的箍筋較少。另外，柱頭處混凝土本身的抗剪強度較低，也難以承受這種復(fù)合受力。屋架端頭支座的鋼板與柱頭預(yù)埋件焊接比較接近剛性，變形能力較差，也是發(fā)生該類震害的一個重要原因?！犊挂?guī)》[81]第9.1.20條有規(guī)定：柱頭的箍筋加密區(qū)為，柱頂以下500mm并不小于柱截面長邊尺寸；《抗規(guī)》[81]第9.1.25條有規(guī)定：屋架與柱頂?shù)倪B接，8度時宜采用螺栓，9度時宜采用鋼板鉸，亦可采用螺栓。屋架端部支撐墊板的厚度不宜小于16mm。柱頂預(yù)埋件的錨筋，8度時不宜少于4φ14，9度時不宜少于4φ16。有柱間支撐的柱子，柱頂預(yù)埋件尚應(yīng)增設(shè)抗剪鋼板。(a)輕微破壞(b)中等破壞(c)嚴(yán)重破壞圖2-9上柱柱頭發(fā)生破壞1.不等高廠房支撐低跨屋蓋的中柱牛腿開裂這也是不等高廠房的典型震害，在8度、9度區(qū)比較常見。輕微破壞：不等高廠房支撐低跨屋蓋的中柱牛腿基本完好，或出現(xiàn)肉眼可見的斜向細(xì)微裂縫，見圖2-10（a）；中等破壞:細(xì)微裂縫寬度有發(fā)展且出現(xiàn)向牛腿深處貫穿現(xiàn)象，但未出現(xiàn)鋼筋外露、柱子混凝土保護層脫落等現(xiàn)象，見圖2-10（b）；嚴(yán)重破壞：裂縫寬度進一步加大，貫穿裂縫增多?；炷帘Ｗo層脫落，鋼筋出現(xiàn)外露、扭曲等現(xiàn)象，見圖2-10（c）。出現(xiàn)這類震害的原因：高低跨的廠房屋蓋不在同一個標(biāo)高上，強震時會出現(xiàn)相反方向的振動，使牛腿遭受水平拉力作用。這種拉力在89版之前的《抗規(guī)》（78版）[8]是不考慮的，因而基于89版之前的《抗規(guī)》設(shè)計的牛腿會出現(xiàn)開裂或更嚴(yán)重的破壞。89版及以后的《抗規(guī)》[79-81]對不等高廠房支撐低跨屋蓋的牛腿中縱向受拉鋼筋截面面積的計算就有了明確的規(guī)定。因此，基于89版及以后的《抗規(guī)》設(shè)計的牛腿，這方面的破壞情況就比較少了。1-高跨屋蓋2-低跨屋蓋3-1-高跨屋蓋2-低跨屋蓋3-交接處中柱(a)輕微破壞(b)中等破壞(c)嚴(yán)重破壞圖2-10不等高廠房支撐低跨屋蓋的中柱牛腿開裂破壞1.3.1.3柱間支撐柱間支撐是廠房抗縱向地震作用的主要抗側(cè)力構(gòu)件。支撐屈曲耗散了地震能量,保護了主體結(jié)構(gòu)[30]。柱間支撐破壞一般發(fā)生在8度及以上烈度區(qū)，7度及以下較少。破壞的現(xiàn)象為，支撐桿在平面內(nèi)或平外面壓曲、支撐與柱子連接節(jié)點拉脫。輕微破壞：支撐完好或出現(xiàn)輕微的拉伸變形，但不影響支撐的承載能力；中等破壞：支撐發(fā)生一定的變形，主要為桿件的屈曲，但支撐仍然可以承受地震力；嚴(yán)重破壞：支撐發(fā)生斷裂或節(jié)點發(fā)生破壞，此時支撐基本喪失繼續(xù)抵抗地震的能力。壓曲破壞主要是由于桿件截面的長細(xì)比過大導(dǎo)致的。壓桿的極限強度很低，長細(xì)比越大，壓曲出現(xiàn)得越早，變形也越大。連接節(jié)點的破壞，主要是因為節(jié)點的承載能力過低，埋件的錨固和節(jié)點板的焊縫強度滿足不了支撐桿地震時的受力需求，而導(dǎo)致節(jié)點埋板變形、焊縫拉脫?！犊挂?guī)》[81]第9.1.23條有規(guī)定：柱間支撐應(yīng)采用型鋼，支撐形式宜采用交叉式，其斜桿與水平面的交角不宜大于55度。交叉支撐在交叉點應(yīng)設(shè)置節(jié)點板，其厚度不應(yīng)小于10mm，斜桿與交叉節(jié)點板應(yīng)焊接，與端節(jié)點板宜焊接。1.3.1.4柱間支撐與柱連接處柱子的開裂這一類的震害現(xiàn)象一般為，混凝土剪裂、壓酥、拉裂、錨筋拔出等；更有甚者，柱子被剪斷。輕微破壞：連接處柱子基本完好，或出現(xiàn)肉眼可見的細(xì)微裂縫，裂縫未出現(xiàn)貫穿現(xiàn)象，見圖2-11（a）；中等破壞:裂縫寬度有發(fā)展且出現(xiàn)貫穿現(xiàn)象，裂縫向柱子深部有所擴展，但未出現(xiàn)鋼筋外露、柱子混凝土保護層脫落等現(xiàn)象，見圖2-11（b）；嚴(yán)重破壞：裂縫進一步變寬，貫穿裂縫數(shù)量較中等破壞時增多?；炷帘Ｗo層脫落，柱子內(nèi)層有明顯裂縫，鋼筋出現(xiàn)外露、扭曲等現(xiàn)象，見圖2-11（c）。產(chǎn)生的原因是：強震時柱間支撐產(chǎn)生的拉力作用和應(yīng)力集中的影響，柱身混凝土的抗剪強度不足。《抗規(guī)》[81]第9.1.20條有規(guī)定：柱間支撐與柱連接節(jié)點部位的箍筋加密范圍為，節(jié)點上、下各300mm。9.1.25條規(guī)定：柱間支撐與柱連接節(jié)點預(yù)埋件的錨件，8度Ⅲ、Ⅳ類場地和9度時，宜采用角鋼加端板，其他情況可采用不低于HRB335級的熱軋鋼筋，但錨固長度不應(yīng)小于30倍錨筋直徑或增設(shè)端板。(a)輕微破壞(b)中等破壞(c)嚴(yán)重破壞圖2-11柱間支撐與柱連接處柱子的開裂1.3.2屋面及屋蓋支撐系統(tǒng)屋蓋是廠房最上部的圍護結(jié)構(gòu)，應(yīng)滿足相應(yīng)的使用功能要求。同時，屋蓋也是房屋頂部的承重結(jié)構(gòu)。屋蓋支撐系統(tǒng)是屋蓋結(jié)構(gòu)的一個組成部分，它的作用是將廠房的某些局部水平荷載傳遞給主要承重結(jié)構(gòu)，并保證屋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)件在安裝和使用過程中的整體剛度和穩(wěn)定性。屋蓋體系一般分為有檁和無檁兩種。單層鋼筋混凝土排架柱廠房大部分采用無檁屋蓋，也就是通常所說的大型屋面板屋蓋，少量使用的是有檁屋蓋。在歷次地震災(zāi)害中，大型混凝土屋面板屋蓋的震害相對比較重[14、46、54、57]。無檁體系由大型屋面板、屋架和屋蓋支撐組成，如圖2-12所示。有檁體系包括小型屋面板、檁體、屋架、屋蓋支撐，如圖2-13所示。除了屋架、屋面板等，屋蓋體系一般還包括天窗架、托架。天窗架起采光、通風(fēng)的作用。托架的作用是為了廠房內(nèi)部生產(chǎn)工藝需求而設(shè)置的。圖2-12無檁屋蓋圖2-13有檁屋蓋1.3.1.1無檁屋蓋屋面板1.支座部位發(fā)生沿屋面板長向的縱向錯動移位這種移位在7度區(qū)就有，更高烈度區(qū)時則更多。此處的支座部位指的是與屋架上弦連接的部位。地震破壞嚴(yán)重時，不僅有移位現(xiàn)象，可能還會出現(xiàn)屋面板從屋架上弦塌落。輕微破壞：支座部位未出現(xiàn)移位，焊縫基本完好或出現(xiàn)細(xì)微裂縫；中等破壞:支座發(fā)生輕微移位，焊縫開裂寬度進一步加大；嚴(yán)重破壞：支座發(fā)生較大移位，焊縫完全拉脫，喪失繼續(xù)承載外荷載的能力。產(chǎn)生此類震害的原因是：屋面板與屋架上弦的連接及焊縫質(zhì)量不符合設(shè)計要求，屋面板的支撐長度不足。《抗規(guī)》[81]第9.1.16條有規(guī)定：大型屋面板應(yīng)與屋架焊牢，靠柱列的屋面板與屋架的連接焊縫長度不宜小于80mm。1.屋面板主肋端頭支撐處出現(xiàn)開裂這一震害現(xiàn)象主要發(fā)生在屋架端頭第一塊屋面板的外側(cè)主肋，尤其是有柱間支撐的開間更為嚴(yán)重，而無柱間支撐的開間破壞相對較輕。輕微破壞：屋面板主肋端頭支撐處基本完好或出現(xiàn)細(xì)微裂縫；中等破壞:支撐處裂縫寬度進一步加大，個別裂縫出現(xiàn)貫穿現(xiàn)象；嚴(yán)重破壞：支撐處混凝土酥碎，貫穿裂縫增多，鋼筋出現(xiàn)外露、扭曲等現(xiàn)象。產(chǎn)生此類震害的原因是：地震時，屋蓋上的地震作用主要是通過屋面板的主肋傳遞的，屋蓋產(chǎn)生的縱向地震作用最后都集中到柱間支撐開間的屋面板上，再通過屋面板的主肋傳遞給柱間支撐。然而，屋面板主肋和端部支座在設(shè)計時沒有考慮水平地震力的作用，這個位置的配筋和構(gòu)造是難以滿足地震作用需求的。因此，此處出現(xiàn)混凝土開裂是不可避免的。1.3.1.2鋼筋混凝土有檁屋蓋有檁屋蓋震害較無檁輕，主要是屋面板下滑和塌落。輕微破壞：屋面板、瓦基本完好，或個別瓦有輕微移位現(xiàn)象；中等破壞：屋面板出現(xiàn)輕微移位，瓦發(fā)生碎裂，個別瓦出現(xiàn)滑落現(xiàn)象；嚴(yán)重破壞：屋面板出現(xiàn)掉落，多數(shù)瓦發(fā)生破碎或滑落。產(chǎn)生此類震害的原因是：屋面板、瓦和檁條之間沒有很好連接，瓦、板之間也沒有有效拉結(jié)。1.3.1.3屋架屋架是廠房的主要承載構(gòu)件之一。它直接承受屋蓋荷載，與柱子組成排架，構(gòu)成整個廠房的承重體系。另外，它還與屋蓋支撐、檁條、屋面板一起，保證整個廠房縱向、橫向的水平剛度和整體穩(wěn)定性。屋架，根據(jù)材料分為：鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土、鋼、輕鋼屋架；其中，鋼筋混凝土屋架根據(jù)形狀一般可分為：三角形、梯形、拱形、折線形。鋼屋架根據(jù)形狀一般可分為：三角形、梯形、平行弦。如圖2-14所示。拱形梯形三角形拱形梯形三角形平行弦折線形平行弦折線形圖2-14屋架形狀分類示意圖屋架由梁演變而來，上、下弦桿主要承擔(dān)彎矩，相當(dāng)于工形梁翼緣；腹桿主要承擔(dān)剪力，相當(dāng)于梁的腹板。屋架在等節(jié)點荷載作用下，彎矩包絡(luò)圖接近于拋物線，中間大、兩端為零。由此可以得出：三角形屋架的高度是線性變化，弦桿軸力是中間小、兩端大；拱形屋架上弦軸線接近于拋物線，弦桿軸力比較均勻，腹桿內(nèi)力幾乎為零；平行桿屋架，因高度不變，其弦桿軸力是中間大、兩端小，腹桿內(nèi)力和梁剪力一樣，兩端大、中間??；折線形屋架受力狀態(tài)介于拱形和三角形之間；梯形屋架則介于平行弦屋架與三角形屋架之間。地震時，屋架的震害既有桿件的局部破壞，也有屋架的整榀倒塌。這些震害一般都是發(fā)生在8度及其以上地區(qū)。當(dāng)然，屋架的整榀倒塌主要是發(fā)生在8度以上（即9度及以上）地區(qū)的，且地震時廠房結(jié)構(gòu)受力比較集中和復(fù)雜的區(qū)段，屋架整榀倒塌通常破壞比較嚴(yán)重，不會有輕微和中等破壞，所以應(yīng)該歸屬于嚴(yán)重破壞。屋架的整榀倒塌主要是因為排架柱頂?shù)倪B接節(jié)點和柱頭發(fā)生了嚴(yán)重破壞，失去了承載能力。相關(guān)震害可見圖2-15所示。圖2-15屋架整體倒塌[57]屋架桿件的局部破壞主要表現(xiàn)為：1.屋架端頭埋板下混凝土開裂、剝落1-端頭頂面預(yù)埋板2-屋面板；3-屋架屋架端頭頂面的預(yù)埋板是要與屋面板支座焊連的，預(yù)埋板一旦松動就會導(dǎo)致埋板下的混凝土開裂，嚴(yán)重時剝落。輕微破壞：埋板下混凝土基本完好，或出現(xiàn)細(xì)微裂縫，見圖2-16（a）；中等破壞:細(xì)微裂縫寬度稍有發(fā)展且個別裂縫出現(xiàn)貫穿現(xiàn)象，但未出現(xiàn)鋼筋外露、混凝土保護層脫落等現(xiàn)象，見圖2-16（b）；嚴(yán)重破壞：貫穿裂縫增多，混凝土保護層脫落，混凝土出現(xiàn)酥碎，鋼筋出現(xiàn)外露、扭曲等現(xiàn)象，見圖2-16（c）。發(fā)生此類震害的原因是：該預(yù)埋板的錨固能力不足，屋架端頭截面的配筋不足。《抗規(guī)》[81]1-端頭頂面預(yù)埋板2-屋面板；3-屋架(a)輕微破壞(b)中等破壞(c)嚴(yán)重破壞圖2-16屋架端頭埋板下混凝土開裂1.屋架（拱形和梯形）上弦第一節(jié)間弦桿剪裂、斷裂；梯形屋架端豎桿水平剪裂拱形和梯形鋼筋混凝土屋架上弦第一節(jié)間弦桿剪裂，嚴(yán)重時混凝土斷裂。輕微破壞：屋架（拱形和梯形）上弦第一節(jié)間弦桿基本完好，或出現(xiàn)細(xì)微裂縫，見圖2-17（a）；中等破壞:細(xì)微裂縫增多，裂縫寬度變寬，個別細(xì)微裂縫出現(xiàn)貫穿，但未出現(xiàn)鋼筋外露、混凝土保護層脫落等現(xiàn)象，見圖2-17（b）；嚴(yán)重破壞：裂縫進一步變寬，混凝土保護層脫落，混凝土出現(xiàn)酥碎，鋼筋出現(xiàn)外露、扭曲等現(xiàn)象，見圖2-17（c）。發(fā)生此類震害的原因是：這兩類屋架的上弦以及梯形屋架的端豎桿配筋時只考慮了軸向壓力，沒有考慮側(cè)向水平力，而屋面板傳來的縱向水平地震作用會形成對上弦和端豎桿的水平地震剪力。出現(xiàn)在第一節(jié)間是因為第一節(jié)間的屋面板主肋支座受到的縱向地震作用最大。梯形屋架端豎桿剪裂也是因為第一節(jié)間的屋面板主肋傳來的縱向地震作用在豎桿所引起的剪切作用所致。《抗規(guī)》[81]第9.1.19條有規(guī)定：屋架上弦第一節(jié)間和梯形屋架端豎桿的配筋，6度和7度時不宜少于4φ12，8度和9度時不宜少于4φ14；梯形屋架的端豎桿截面寬度宜與上弦寬度相同。1-上弦剪斷2-屋架1-上弦剪斷2-屋架(a)輕微破壞(b)中等破壞(c)嚴(yán)重破壞圖2-17屋架上弦第一節(jié)間剪斷3.屋架沿廠房縱向傾斜變位這類震害主要發(fā)生在高烈度地區(qū)。輕微破壞：屋架基本完好，未發(fā)生傾斜變位；中等破壞:檁條等桿件與屋架相連的連接處發(fā)生開裂，但未出現(xiàn)拉脫現(xiàn)象；嚴(yán)重破壞：連接處焊縫完全拉脫，喪失繼續(xù)承載外荷載的能力。再嚴(yán)重者，屋架發(fā)生塌落。發(fā)生此類震害的原因是：屋蓋整體剛度過差，支撐布置嚴(yán)重不足。1.3.1.4鋼筋混凝土天窗架天窗架是在屋架上設(shè)置供采光和通風(fēng)用并承受與屋架有關(guān)作用的桁架或框架。天窗架是天窗的承重構(gòu)件，它支承在屋架的上弦，天窗架的寬度約占屋架的1/2-1/3。鋼筋混凝土天窗架與鋼筋混凝土屋架配合使用，它的形式一般為П形或W形，也可做成雙Y形，如圖2-18所示。（a）П形(b)W形(c)雙Y形圖2-18鋼筋混凝土天窗架形式分類鋼筋混凝土天窗架的震害主要是沿廠房縱向的破壞，嚴(yán)重程度是從開裂到倒塌。破壞現(xiàn)象主要為：1.立柱開裂天窗架側(cè)板一般是鋼筋混凝土預(yù)制的。當(dāng)立柱與側(cè)板剛性焊接時，焊接的地方就會出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，嚴(yán)重時混凝土酥落，鋼筋外露。輕微破壞：立柱基本完好，或出現(xiàn)細(xì)微裂縫；中等破壞:細(xì)微裂縫進一步發(fā)展，裂縫變寬變長，個別出現(xiàn)貫穿，混凝土未出現(xiàn)酥碎，鋼筋未出現(xiàn)外露；嚴(yán)重破壞：裂縫變寬，可見內(nèi)部鋼筋，混凝土保護層脫落，混凝土出現(xiàn)酥碎，鋼筋出現(xiàn)外露、扭曲等現(xiàn)象。發(fā)生此類震害的原因是：側(cè)板與立柱焊接處形成剛性節(jié)點，導(dǎo)致立柱在此處出現(xiàn)剛度突變；鋼筋混凝土側(cè)板剛度比較大，吸引了大量的縱向地震力，造成焊接截面應(yīng)力集中現(xiàn)象；立柱自身配筋過小，抗地震作用強度不足?！犊挂?guī)》[81]第9.1.18條有規(guī)定：突出屋面的混凝土天窗架，其兩側(cè)墻板與天窗架立柱宜采用螺栓連接；第9.1.2條有規(guī)定：天窗屋蓋、端壁板和側(cè)板，宜采用輕型板材。1.立柱折斷，天窗架倒塌立柱折斷一般發(fā)生在高烈度區(qū)，折斷的位置是在立柱的根部。震害一般為鋼筋拉斷，混凝土酥碎，天窗架倒塌。這類震害發(fā)生之后一般都會嚴(yán)重破壞，不會出現(xiàn)輕微、中等破壞現(xiàn)象，所以歸屬于嚴(yán)重破壞。發(fā)生此類震害的原因是：天窗的支撐布置不足，支撐在縱向地震作用下很快壓曲并失去承載能力，致使縱向地震力從支撐全部轉(zhuǎn)移到天窗架。另外，天窗架突出屋面，高階陣型增大了天窗架的縱向地震作用。這兩方面的作用最終導(dǎo)致立柱的折斷