第八章 單層廠房建筑結(jié)構(gòu)抗震

1、 單層廠房建筑結(jié)構(gòu)抗震單層廠房的內(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 影劇院、禮堂、食堂的抗震設(shè)計(jì)也參考本章。 本章主要講解單層鋼筋砼柱廠房1 震害及分析一、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(lái)。 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。二、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

2、 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， 形天窗架大量?jī)A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(guò)設(shè)防的廠房，對(duì)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)。 對(duì)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。易 破 壞 區(qū)2、 天窗架 突出屋面的 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 上柱根部，吊車梁頂面，高低跨中柱牛腿劈裂，下柱根部。易破壞區(qū) 4、連接

3、 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。2 廠房結(jié)構(gòu)的抗震措施一、體型與防震縫 平面宜規(guī)則。 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)5070mm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100150mm，其它為5090mm。二、屋蓋體系1、 單層磚柱廠房 68度宜用輕型屋蓋 9度應(yīng)為輕型屋蓋2、 單層砼柱

4、廠房，屋架 L24m 8度 III，IV類場(chǎng)地 9度3、屋面板與屋架焊接（三點(diǎn)焊接）4、規(guī)范對(duì)屋架截面和配筋的構(gòu)造作出要求鋼屋架三、天窗架1、 突出屋面的天窗架宜采用鋼天窗架2、 9度時(shí)，可采用下沉式天窗3、 突出屋面的鋼筋砼天窗，側(cè)板與天窗架柱宜采用螺栓連接四、柱 單層磚柱房屋 6、7度時(shí)可采用十字形無(wú)筋磚柱，8度類場(chǎng)地采用豎向配筋組合磚柱，9度時(shí)和8度 （III，IV類場(chǎng)地）中柱采用鋼筋砼柱。 單層鋼筋砼柱廠房，截面選取，箍筋加密，加密區(qū)最小間距和直徑要求柱頂與屋架連接 8度時(shí)宜用螺栓連接， 9度時(shí)宜用鋼板鉸連接 鋼板鉸宜于耗能，在蘇聯(lián)近期地震中經(jīng)受了考驗(yàn)。100101008易破壞區(qū)易 破

5、 壞 區(qū)五、支撐系統(tǒng) 屋蓋支撐見表5-2、5-3、5-4 上弦橫向 端部豎向 下弦橫向 跨中豎向 柱間支撐： 設(shè)置位置，最大長(zhǎng)細(xì)比，節(jié)點(diǎn)連接。六、圍護(hù)墻與隔墻 墻板優(yōu)于磚墻，磚圍護(hù)墻應(yīng)設(shè)置圈梁，設(shè)拉筋于柱連接。3 橫向抗震計(jì)算計(jì)算要點(diǎn)： 單層廠房的抗震計(jì)算包括橫向 和縱向兩個(gè)方向的計(jì)算。 當(dāng)滿足有關(guān)抗震構(gòu)造措施時(shí)，規(guī)范規(guī)定： 7度時(shí)，類場(chǎng)地，柱高不超過(guò)4.5m且兩端均有山墻的單跨及等高多跨磚柱廠房，和柱高不超過(guò)10m且兩端均有山墻的單跨及等高多跨鋼筋砼柱廠房可不進(jìn)行抗震計(jì)算。 計(jì)算簡(jiǎn)圖的取法，自振周期的計(jì)算，內(nèi)力計(jì)算，強(qiáng)度計(jì)算等。一、自振周期一、自振周期 1、計(jì)算簡(jiǎn)圖、計(jì)算簡(jiǎn)圖基本假設(shè)：1、設(shè)

6、廠房的屋蓋為有限剛性的物體。2、設(shè)廠房每一榀排架為一各獨(dú)立隔離的計(jì)算單元，按單榀平面排架進(jìn)行地震作用分析。3、將質(zhì)量集中于柱頂，按單質(zhì)點(diǎn)及多質(zhì)點(diǎn)體系計(jì)算。4、排架在地震作用下的變形以剪切變形為主，地震作用沿高度為倒三角形分布。自振周期計(jì)算簡(jiǎn)圖計(jì)算單元計(jì) 算 單 元計(jì)算單元 集中于屋蓋處的質(zhì)點(diǎn)等效重力荷載代表值 的計(jì)算： 屋蓋部分重量，自重，雪荷載，積灰荷載 柱自重 吊車梁自重 縱墻重檐墻縱墻柱吊車梁積灰雪屋蓋）GGGGGGGGi0 . 125. 025. 05 . 05 . 05 . 0(0 . 1iG321 0 . 125. 05 . 025. 00 . 1、iGGGGGGwwlbcRirG

7、cGbGwlGwG 高低跨封墻重 系數(shù)1.0、0.5、0.25時(shí)按動(dòng)能等效折算質(zhì)量的折減系數(shù)。 吊車橋架的影響：吊車橋梁的剛度將使結(jié)構(gòu)的剛度增大即周期減小，而吊車橋架的重量又使結(jié)構(gòu)的周期增大，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，在計(jì)算周期時(shí)，不考慮橋架的影響。2、 計(jì)算公式 單跨和等高多跨廠房，按單質(zhì)點(diǎn)體系。 考慮不同結(jié)構(gòu)引入調(diào)整系數(shù) 調(diào)整系數(shù)P157表5-6 排架的側(cè)向柔度 =F = (1-X1)TTKGKTgGT 2211111111a11111111a11a11111g 兩跨不等高廠房能量法 考慮 2212iiiiTuGuGkTTK點(diǎn)產(chǎn)生的位移視為荷載在將212121. .GGGGuu222121221211

8、11GGuGGu111112222221111213222123333123 三跨不對(duì)稱帶升高中跨廠房二、地震作用計(jì)算1、 計(jì)算簡(jiǎn)圖：質(zhì)量分布的位置及大小 無(wú)吊車 同周期計(jì)算簡(jiǎn)圖33221123322221112uGuGuGuGuGuGKTT333232131332322212123132121111GGGuGGGuGGGu無(wú)吊車廠房計(jì)算簡(jiǎn)圖計(jì) 算 單 元計(jì) 算 單 元 有吊車（將吊車考慮成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)） 吊車：?jiǎn)慰鐣r(shí)為一臺(tái)，多跨時(shí)，不超過(guò)兩臺(tái)，軟鉤時(shí)，不計(jì)吊重，硬鉤時(shí)取吊重的30%。 在吊車梁頂面將吊車重量分布于兩柱上。 屋蓋處的重量（無(wú)吊車） 對(duì)于柱、墻的折算系數(shù)0.5，是用柱底部彎矩等效原則

9、得到的。 將柱或墻分成五個(gè)質(zhì)點(diǎn)，各個(gè)為0.2，按振型分解反應(yīng)譜法求出柱底部的彎矩。由底部彎矩相等，求出在柱頂?shù)恼鬯阗|(zhì)量，由算例，最后建議取為0.5。wwlbcriGGGGGG9 . 15 . 05 . 05 . 00 . 12、 廠房橫向地震作用 底部剪力法（考慮空間及扭轉(zhuǎn)作用修正） 修正系數(shù)，表5-9，5-10 P170 ：?jiǎn)钨|(zhì)點(diǎn) 多質(zhì)點(diǎn)（2）各質(zhì)點(diǎn)地震作用分配eqEkGF111eqG1GGeqieqGG85. 0)0(nekkkiiiFHGHGF 有斜腹桿的桁架式天窗架的地震作用 由于這種天窗架的剛度大，可將其視為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)計(jì)算地震作用，不乘放大系數(shù)。 當(dāng)天窗架跨度大于9m時(shí)（或9度時(shí)），可

10、將求得的天窗架地震作用乘以1.5放大系數(shù)。（4） 橋式吊車處的地震作用，求出的 乘以動(dòng)力放大系數(shù)iF0 . 35 . 1e75162表見Pe3、 不等高廠房高低跨交接處中柱的地震 內(nèi)力修正 由于高振型的影響，將使這部分截面的內(nèi)力大于用底部剪力法求出的內(nèi)力。這些截面的內(nèi)力乘以系數(shù)修正。 高跨一側(cè)有低跨時(shí) 高跨兩側(cè)有低跨時(shí))7 .11(2hllhhGGnnn)27 . 11(2hcllhhGGnnn 空間影響系數(shù) 高低跨跨數(shù) 高低跨屋蓋的重力荷載代表值 高跨兩側(cè)低跨屋蓋總的重力荷載代表值。三、罕遇地震作用下抗震變形驗(yàn)算規(guī)范要求：8度III ，IV 類場(chǎng)地9度 2lhnn .lhGG .clG高大單

11、層鋼筋砼柱廠房上柱驗(yàn)算罕遇地震下的彈塑性變形 放大系數(shù)（1.32.6） P163表5-8 h 上柱高eppp hpp 4 單層廠房考慮空間工作與扭轉(zhuǎn)影響振動(dòng)分析單層廠房考慮空間工作與扭轉(zhuǎn)影響振動(dòng)分析 一、廠房的空間工作和扭轉(zhuǎn)效應(yīng) 空間工作效應(yīng)取決于： 1.有無(wú)山墻（或橫墻）及屋蓋的橫向剛度 2.屋蓋增加了廠房的剛度。 3.山墻的間距越小廠房的剛度越大。 扭轉(zhuǎn)效應(yīng)： 1.僅一端有山墻的廠房，會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。 2.靠近伸縮縫處的排架柱比其他位置的排架柱震害重。二、按多質(zhì)點(diǎn)空間結(jié)構(gòu)計(jì)算地震作用 1.計(jì)算簡(jiǎn)圖 橫向由排架和山墻構(gòu)件組成。 縱向由排架和縱墻及柱間支撐組成。 將廠房的質(zhì)量集中于屋蓋處。 結(jié)

12、構(gòu)的質(zhì)點(diǎn)數(shù)，只考慮橫向振動(dòng)時(shí)為N=n*h，考慮平動(dòng)與扭轉(zhuǎn)同時(shí)作用時(shí)，N=（n+1)*h. 2.運(yùn)動(dòng)方程及地震作用計(jì)算 用振型分解法計(jì)算多自由度振動(dòng)方程. 用振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算地震作用.三、考慮空間作用和扭轉(zhuǎn)影響的調(diào)整系數(shù) 單廠橫向地震作用簡(jiǎn)化計(jì)算=平面排架計(jì)算+空間作用影響 對(duì)不同的排架結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行空間的平動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)分析，將其結(jié)果與平面排架振動(dòng)分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得出空間工作與扭轉(zhuǎn)影響效應(yīng)的調(diào)整系數(shù)12 簡(jiǎn)單的結(jié)論：山墻的間距越大，廠房的空間作用越小，排架上的地震剪力越大；有檁屋蓋廠房的地震剪力大于無(wú)檁屋蓋廠房；當(dāng)山墻的間距超過(guò)一定距離時(shí)，有檁屋蓋廠房及高低跨出的上柱的地震作用甚至超過(guò)單排柱

13、的地震作用。廠房橫向抗震計(jì)算小結(jié)廠房橫向抗震計(jì)算小結(jié) 1.規(guī)范規(guī)定：在某些情況下可不進(jìn)行廠房橫向和縱向的抗震計(jì)算。（7度，4.5米 ，10米） 2.橫向自振周期的計(jì)算：用能量法， 質(zhì)量的計(jì)算采用折算質(zhì)量法，將分散質(zhì)量集中到屋蓋處。 3.地震作用的計(jì)算：底部剪力法 考慮空間作用影響。各質(zhì)點(diǎn)的地震作用： 對(duì)不同的位置的計(jì)算值進(jìn)行放 大修正：天窗架，吊車梁，高 低跨處等。 各質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量：將柱（墻）的質(zhì)量折算到柱頂時(shí)用底部彎矩等效的原則。2212iiiiTuGuGkTeqEkGF11) 0( nekkkiiiFHGHGF5 縱向抗震計(jì)算 廠房的縱向抗震計(jì)算較為復(fù)雜，針對(duì)不同情況提出了不同的簡(jiǎn)化計(jì)算方法

14、。對(duì)于輕型柔性屋蓋，采用“柱列法”即各個(gè)柱列分片進(jìn)行計(jì)算，對(duì)剛度較大的鋼筋砼屋蓋結(jié)構(gòu)，廠房的縱向自振周期和地震作用可采用“修正剛度法”。對(duì)于兩跨不等高廠房，采用“擬能量法”的原則確定廠房的基本周期及相應(yīng)的縱向地震作用。一、自振周期1、 柱列法 計(jì)算簡(jiǎn)圖適用于輕型柔性屋蓋。柱頂質(zhì)量為 屋蓋荷載 柱自重 縱墻 橫墻或山墻 吊車梁 吊車重量)( 5 . 035. 0)(25. 0crbwlwtcrsGGGGGGGrGwlGbGcGwtGcrGcbaKKKcbaKKKcbaKKKcbaGGGcbaGGGcbaGGGcbaKKKcbaKKKcbaKKK 計(jì)算公式 第s柱列的周期 -周期折減系數(shù)，無(wú)圍護(hù)墻

15、0.9有圍護(hù)墻0.8 s柱列的總剛度（KN/m） 包括排架柱，柱間支撐，圍護(hù)墻等。2、 修正剛度法（適用于剛度較大的屋蓋） 計(jì)算簡(jiǎn)圖 將所有的屋蓋質(zhì)量合并為集中質(zhì)量，所有排架柱剛度合并為一個(gè)剛度。ssTsKGT2TsKcbaKKKcbaKKKcbaKKKGKGK 計(jì)算公式 K 修正系數(shù)，表5-12 P1743、 擬能量法（適用于兩跨不等高廠房） 計(jì)算簡(jiǎn)圖：將柱列半跨范圍內(nèi)的重力荷載代表值按動(dòng)能等效原則等效到柱與屋蓋連接處ssTKGKT21wcrbwlwtcrsGGGGGGGG0 . 1)(5 . 035. 0)(25. 0吊車梁吊車橋架cbbaGGGG21cbbaGGGG21cbbaGGGG2

16、1cbbaGGGG21 計(jì)算公式 兩跨不等高廠房、屋蓋的空間作用及扭轉(zhuǎn)效應(yīng)使中柱列和邊柱列地震力不同。計(jì)算的方法是將中柱列和邊柱列 的重力荷載值進(jìn)行調(diào)整，再按能量法求自振周期。 對(duì)中柱列 對(duì)邊柱列 查表P174表5-13sfbsassfbasGGGGG)1 (調(diào)整后的值中柱列重力荷載的代表b0 . 15 . 0b位移的求法見圖按單柱列求解4、 抗震規(guī)范建議經(jīng)驗(yàn)公式 按修正剛度法計(jì)算單跨或等高多跨的鋼筋砼柱廠房縱向地震作用時(shí)，當(dāng)柱頂高不大于15m，平均跨度不大于30m。 縱向基本周期經(jīng)驗(yàn)公式：sassasTuGuGT212)00025. 023. 0(3121HlTcbbau u u u21cb

17、bau u u u21cbbau u u u21cbbauuu u21 圍護(hù)墻影響系數(shù)，磚圍護(hù)墻 =1.0 敞開，半敞開圍護(hù)墻板 屋蓋類型系數(shù)，大型屋面板，鋼 筋砼屋架1.0。 鋼屋架0.85 長(zhǎng)房跨度（m），平均值 基礎(chǔ)頂面至柱頂高度（m）2232002. 06 . 2Hl1Hl 對(duì)于四周有外墻的單層單跨磚柱廠房，由于剛度大，可不必計(jì)算周期，采取計(jì)算地震作用。二、廠房縱向剛度 柱列+柱間支撐+縱墻1、 柱 k=1/2、 柱間支撐 按桁架計(jì)算，僅考慮支撐的軸向變形，不考慮柱和梁的軸向變形。柔度剛度1max1 F1F 柔形柱間支撐 在地震作用下，壓桿將喪失穩(wěn)定而退出工作，僅有斜向拉桿參加工作。

18、半剛性柱間支撐 拉壓桿的剛度都考慮，壓桿按臨界狀態(tài)剛度計(jì)算。)1 ()1 (1)1 (2132113122212131211211AlAlElAEll222111122221111222211112EAlNNki112、 縱向磚墻 無(wú)洞或單洞墻 上下端轉(zhuǎn)動(dòng)受約束的情況 下端固定，上端自由 K 小洞口影響系數(shù)KNmEtKk )3(311KNmEtKk )75. 0(4311bhhbaak 2 . 11hbhbF111h bhbF111h bh bF111h bh bF111h bh bF111h bh bF111 磚墻開裂等剛度折減系數(shù) 多洞墻k0.2 0.4 0.6 0.4 0.6 0.8 9

19、 8 7 砼柱廠房磚柱廠房度度度jnnjjK 1jnnjjK 11h2h3h4h5h1K21K22K23K3K41K42K43K5KjnnjjK 1jnnjjK 13、 柱列剛度 僅柱頂作用水平力時(shí)22222222221 1111swbcwwbbccKnnnnnn剛度柱根數(shù)、支撐、墻片數(shù)1111sF1111sF221sF2211sF1211sF 當(dāng)柱列作用兩個(gè)地震力時(shí) 剛度矩陣三、地震作用的計(jì)算1、計(jì)算簡(jiǎn)圖，無(wú)吊車時(shí) 橫墻 縱墻 檐墻 22222221212112121211111122211211wbcwbcwbcwbcwbcsKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKwwlwtcrsGGGG

20、GG0 . 17 . 05 . 05 . 0注意 ： 與周期計(jì)算時(shí)不同。周期計(jì)算時(shí)按動(dòng)能等效。地震作用計(jì)算時(shí)，按幾何位置劃分。 0.7 是考慮縱墻上部重量較大有吊車時(shí)：吊車梁頂柱頂：wlGcrbccsGGGG4 . 0wwlwtcrsGGGGGG0 . 17 . 05 . 01 . 0吊車橋吊車梁2、 柱列地震作用 柱列法（輕型屋蓋）： 作用于第s柱列柱頂標(biāo)高處的縱向水平地震作用時(shí)， 作用于吊車梁頂面標(biāo)高處的地震作用 修正剛度法（砼柱大型屋面板等高廠房） 某一柱列的地震作用 ssGF1scscscsHhGF1柱頂高度吊車梁高度 scsHh180 165 155 145 54354431PKKK

21、KKKKKKGFsassassasasasaseqs見表鋼筋砼廠房中柱列鋼筋砼廠房邊柱列磚柱廠房柱列修正剛度柱間支撐系數(shù)圍護(hù)墻系數(shù) 54 3 擬能量法（不等高廠房） 作用于邊柱列柱頂?shù)牡卣鹱饔?作用于高低跨交接處連接點(diǎn)處的地震作用：3、 構(gòu)件的地震作用 僅柱列頂部作用地震作用時(shí)：assGF1)2 , 1( )(2211211iHGHGHGGGFsassassiasiasassi) 2 , 1( )(2211211iHGHGHGGGFsassassiasiasassi) 2 , 1 ( )(2211211iHGHGHGGGFsassassiasiasassi 柱列頂部位移應(yīng)相等，各構(gòu)件的地震作用

22、按剛度分配。 當(dāng)柱列作用兩個(gè)地震力時(shí) 柱列側(cè)移：sswwssbbssccFKKFFKKFFKKF 212221121121ssssFFUUsswwssbbssccFKKFFKKFFKKF 分配給柱的力：分配給支撐的力：分配給墻的力：22212122121111scsccscsccUKUKFUKUKF22212122121111sbsbbsbsbbUKUKFUKUKF22212122121111swswwswswwUKUKFUKUKF四、天窗地震作用 規(guī)范建議：對(duì)單跨、等高多跨、高度不超過(guò)15m的廠房，突出屋面 天窗的縱向地震力在底部剪力法基礎(chǔ)上乘以增大系數(shù) 。 （單跨、邊跨屋蓋，有縱向內(nèi)隔墻的中跨屋蓋） （對(duì)于其它中跨屋蓋） n廠房跨數(shù)，超過(guò)跨按4跨 其它情況，天窗架的縱向抗震計(jì)算，仍可按空間多質(zhì)點(diǎn)體系計(jì)算。n5 . 01n5 . 06 構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的抗震設(shè)計(jì)一、柱間交叉支撐1、 斜桿內(nèi)力 對(duì)于半剛性柱間支撐： -壓桿