结构抗震之单层钢筋混凝土柱厂房PPT

1、第6章 单层钢筋混凝土柱厂房 一、课程内容：6-1 震害及其分析6-2 抗震设计一般规定 6-3 单层单跨厂房抗震计算6-4 抗震构造措施 6-5单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计二、重点和难点：1、 6-1 震害及其分析(破坏机理) 2、6-3 单层单跨厂房抗震计算三、基本要求：6-5单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计结构抗震设计6-1震害及其分析 装配式单层钢筋混凝土柱厂房，是工业建筑中采用得比较普遍的一种建筑类型。从震害分析来看，存在着屋盖重、连接差、支撑弱、构件强度不足等薄弱环节。一、屋盖系统二、柱三、墙体四、支撑结构抗震设计一、屋盖系统主要震害表现为： 屋面板震落（主要原因是由于屋面板与屋架(梁

2、)的焊点数量不足或焊接不牢，板间没有灌缝或灌缝质量很差）、屋面板错动以及屋架(梁)与柱连接处破坏（因为构件支承长度不足，施焊不符合要求，或埋件锚固强度不足所致）。 天窗架刚度远小于下部主体结构，且处于厂房最高部位，由于“鞭端效应”的影响，地震作用较大，而其与屋架的连接构造又过于薄弱，支撑强度稳定性不足，尤其是当纵向焊接质量较差时，极易发生倾斜，严重的甚至倒塌。结构抗震设计二、柱钢筋混凝土柱常见的震害有 (1)上柱在牛腿附近因弯曲受拉出现水平裂缝、酥裂或折断； (2)上柱柱头由于与屋架连接不牢、连接件被拔出或松动引起劈裂或酥碎； (3)下柱由于内力过大，承载力不足，在柱根附近产生水平裂缝或环裂；

3、震害严重时可发生酥碎、错位，乃至折断； (4)设有柱间支撑的厂房，在柱间支撑与柱的连接部位，由于支撑应力集中，多有水平裂缝出现。 结构抗震设计三、墙体（和）四、支撑三、墙体 单层钢筋混凝土柱厂房外围护砖墙、高低跨处的高跨封墙和纵、横向厂房交接处的悬墙，过去都仅视作围护结构，大都未经设防，这些墙较高，与柱及屋盖连接较差，地震时最容易外闪，连同圈梁大面积倒塌；特别是高跨封墙倒塌，更易砸坏低跨屋盖，砸坏厂房设备，造成严重的次生灾害。四、支撑 在一般情况下，屋盖支撑和柱间支撑多系按构造设置，而且有的工程支撑数量不足，形式不够合理、刚度偏弱，强度偏低等，地震时极易失稳。当节点板构造单薄，在地震作用下容易

4、扭折，或焊缝被撕开，或拉脱锚件、拉断锚筋，致使支撑失效，造成主体结构错位或倾倒。 结构抗震设计6-2抗震设计一般规定 规范对钢筋混凝土柱厂房的抗震设计在以下几方面有具体规定：一、厂房结构布置 二、厂房天窗架的设置 三、厂房屋架的设置 四、厂房柱的设置 五、厂房围护墙和女儿墙的布置 结构抗震设计一、厂房结构布置(1)多跨厂房宜等高和等长。(2)厂房的贴建房屋和构筑物，不宜布置在厂房的角部和紧邻沉降缝处。(3)厂房体形复杂或有贴建房屋和构筑物时，宜设防震缝。(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)厂房内上吊车的铁梯不应靠近防震缝设置；多跨厂房上吊车的铁梯不宜设置在同一

5、横向轴线附近。 (6)厂房平台应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，厂房端部应设屋架，不应采用山墙承重；厂房单元内不应采用横墙和排架混合承重。 (8)厂房各柱列侧移刚度应均匀。 结构抗震设计二、厂房天窗架的设置(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。(2)突出屋面的天窗宜采用钢天窗架；6-8度时，可采用矩形截面杆件的钢筋混凝土天窗架。(3)8度和9度时，天窗架宜从厂房单元端部第三柱间开始设置 (4)天窗屋盖、端壁板和侧板，宜采用轻型板材。 结构抗震设计三、厂房屋架的设置(1)厂房宜采用钢屋架或重心较低的预应力混凝土、钢筋混凝

6、土屋架。(2)跨度不大于15m时可采用钢筋混凝土屋架。(3)跨度大于24m，或8度、类场地和9度时，宜优先采用钢屋架。(4)跨度为12m时，可采用预应力混凝土托架(梁)；当采用钢屋架时，也可采用钢托架(梁)。 (5)有突出屋面的天窗架的屋盖，不宜采用预应力混凝土或钢筋混凝土空腹屋架。 结构抗震设计四、厂房柱的设置(1)8度和9度时，宜采用矩形、工字形截面柱或斜腹杆双肢柱，不宜采用薄壁工字形柱、腹板开孔工字形柱，预制腹板的工字形柱和管柱。(2)柱底至室内地坪以上500mm范围内和阶形柱的上柱宜采用矩形截面。 结构抗震设计五、厂房围护墙和女儿墙的布置(1)、厂房的围护墙宜采用轻质墙板，或钢筋混凝土

7、大型墙板；(2)、厂房的砌体隔墙和围护墙应符合规范要求：1)砌体隔墙宜与柱脱开或柔性连接，并采取措施使墙体稳定，隔墙顶部应设现浇钢筋混凝土压顶梁。2)厂房的砌体围护墙宜采用外贴式并与柱可靠拉接。3)砌体围护墙在一些部位应设置现浇钢筋混凝土圈梁。4)圈梁的构造应符合规范要求。5)8度、类场地和9度时，砖围护墙的预制基础梁应采用现浇接头；当另设条形基础时，在基础顶面标高处应设置连续的现浇钢筋混凝土圈梁。6)墙梁宜采用现浇。 (3)、砌体女儿墙在人流出入口应与主体结构锚固，防震缝处应留有足够的宽度，缝两侧的自由端应予加强 结构抗震设计6-3 单层单跨厂房抗震计算单层钢筋混凝土柱厂房，应进行纵、横向抗

8、震计算。计算范围： 建造在7度I、类场地、柱高不超过l0m且结构单元两端有山墙的单跨厂房，可不进行横向及纵向计算，但应符合抗震构造措施规定。计算方法：规范规定，一般情况下，应按多质点空间结构进行分析；当符合一定条件时，也可采用简化方法计算。纵、横向抗震计算简化方法：一、横向计算二、纵向计算 - 柱列法、修正刚度法和拟能量法结构抗震设计一、横向计算1、基本假定 2、结构计算简图3、等效重力荷载代表值4、横向基本周期的计算5、横向自振周期的修正6、排架地震作用的计算7、排架内力分析及调整8、内力组合9、构件抗震承载力验算结构抗震设计1、基本假定 2、结构计算简图1、基本假定（1）、厂房按平面排架计

9、算，但须考虑山墙对厂房空间工作、屋盖弹性变形与扭转，以及吊车桥架的影响。这些影响分别通过不同调整系数对地震作用、地震内力加以调整。（2）、厂房按平面排架进行动力计算时，将重力荷载集中于柱顶和吊车梁标高处(如有必要时)。（3）、地震作用沿厂房高度按倒三角形分布。2、结构计算简图 根据以上假定，进行单层厂房横向计算时，取一榀排架作为计算单元。它的动力分析计算简图，可根据厂房类型的不同，取为质量集中在不同标高处的下端固定的弹性直杆。结构抗震设计单跨及多跨等高厂房计算简图 确定单层厂房自振周期和无吊车单层厂房地震作用时，厂房质量均集中于屋盖标高处。这样，对于单跨及多跨等高厂房，可简化成单质点体系。 在

10、计算厂房横向自振周期时，一般不考虑吊车桥架重力荷载，因为它对排架自振周期影响很小。这样处理，对厂房抗震计算是偏于安全的。 确定厂房地震作用时，对于设有吊车的厂房、除将厂房重力荷载按照动能等效原则集中于屋盖标高处以外，还要考虑吊车桥架重力荷载，一般是把某跨吊车桥架重力荷载集中于该跨的任一柱吊车梁的顶面标高处。 结构抗震设计两跨不等高厂房计算简图两跨不等高厂房可简化成两个质点体系结构抗震设计3、等效重力荷载代表值 计算单跨及等高多跨厂房自振周期和地震作用时，集中于屋盖标高处质点等效重力荷载代表值，可按下式计算： 结构抗震设计4、横向基本周期的计算单跨和等高多跨厂房可简化成单质点体系，横向基本周期可

11、按下式计算：其中结构抗震设计5、横向自振周期的修正 由于各类厂房横向基本周期均按铰接排架计算简图计算的，实际中，屋架与柱之间的连接，或多或少有某些固结作用，此外，在计算中也未考虑围护墙对排架侧向变形的约束影响，因而按上述公式所算得的基本周期偏长。 规范规定，由钢筋混凝土屋架或钢屋架与钢筋混凝土柱组成的排架有纵墙时取周期计算值的80，无纵墙时取90。 结构抗震设计6、排架地震作用的计算（1）、厂房总水平地震作用标准值 （2）、质点i的水平地震作用标准值沿厂房排架高度的质点i的水平地震作用标准值为：若是单层单跨则无 或结构抗震设计7、排架内力分析及调整 求出地震作用标准值Fi（若是单层单跨则是FE

12、K）后，便可把它当作静载施加在排架屋盖和吊车轨顶标高处，按一般方法进行排架内力分析，然后再求出各柱的控制截面的地震内力。 在确定吊车轨顶标高处的地震作用所引起的柱的内力时，可利用静力计算中吊车横向刹车力所产生的柱的内力乘以相应比值求得。 规范规定：在进行排架内力分析中，除了按上述一般规定计算外，还要对构件的一些特殊部位的地震效应进行补充计算和调整：1、突出屋面的天窗架地震作用标准值的调整 2、高低跨交接处的钢筋混凝土柱内力的调整 3、吊车桥架对排架柱局部地震作用效应的修正结构抗震设计8、内力组合内力组合原则： 在抗震设计中，内力组合是指地震内力(由于地震作用是往复作用的，故地震内力符号可正可负

13、)和与其相对应的正常荷载引起的内力根据可能出现的最不利情况所进行的组合。 规范规定，进行地震内力组合时，不考虑吊车横向水平制动力引起的内力。 当考虑地震后的内力组合(包括荷载分项系数、承载力抗震调整系数影响)小于正常荷载下的内力组合时，应取正常荷载下的内力组合。 结构抗震设计9、构件抗震承载力验算 单层钢筋混凝土柱厂房柱的抗震承载力验算，按混凝土结构设计规范(GB50010)进行： 单层钢筋混凝土柱厂房，排架柱截面的抗震承载力验算应满足：R-构件承载力设计值 -承载力抗震调整系数结构抗震设计二、纵向计算1、计算方法2、修正刚度法3、天窗的纵向抗震计算结构抗震设计1、计算方法(1) 、柱列法适用

14、范围：1)、纵墙对称布置的单跨厂房。 2)、轻型屋盖(由瓦楞铁、石棉瓦等材料建造) 多跨等高厂房。(2) 、修正刚度法适用范围：柱顶标高不大于15m且平均跨度不大于 30m的单跨或等高多跨钢筋混凝土柱厂房。 (3)、拟能量法适用范围：仅适用于钢筋混凝土无檩及有檩屋盖的两跨 不等高厂房的纵向抗震计算。 结构抗震设计2、修正刚度法（1）、计算原则 钢筋混凝土无檩和有檩体系的弹性屋盖的水平刚度很大，厂房的空间工作明显，厂房沿纵向的振动特性接近刚性屋盖厂房。因此，可以按刚性屋盖厂房的计算原则进行计算，但为了反映屋盖变形的影响，须对厂房的纵向自振周期和柱列侧移刚度加以修正。这种方法就称为修正刚度法。 结

15、构抗震设计（2）、厂房纵向自振周期1)、按单质点体系确定 这种方法假定厂房整个屋盖是理想的刚性体，将所有柱列重力荷载代表值按动能等效原则集中到屋盖标高处，并与屋盖重力代表值加在一起，将各柱列侧移刚度也加在一起，形成单质点弹性体系，其自振周期按单质点弹性体系计算： 2)、按规范许可的经验公式确定、砖围护墙厂房 、敞开、半敞开或墙板与柱子柔性连接的厂房 结构抗震设计（3）、柱列水平地震作用标准值 -底部剪力法 对于无桥式吊车的厂房，整个柱列的各项重力荷载集中到柱顶标高处；对于有桥式吊车的厂房，整个柱列的各项重力荷载应分别集中到柱顶标高处和吊车梁顶标高处。1)、厂房结构底部剪力 无吊车厂房 有吊车厂

16、房 结构抗震设计2）、第i柱列地震作用标准值无吊车厂房： 有吊车厂房： 第i柱列屋盖标高处的地震作用标准值第i柱列吊车梁顶标高处的纵向地震作用标准值，根据地震作用沿厂房高度呈倒三角分布的假定，可按下式确定： 为集中于第i柱列吊车梁标高处的等效重力荷载。结构抗震设计（4）、抗侧力构件水平地震作用的计算 1)、无吊车柱列第i柱列一根柱在柱顶标高处的水平地震作用标准值第i柱列一片支撑在柱顶标高处的水平地震作用标准值第i柱列一片墙在柱顶标高处的水平地震作用标准值 结构抗震设计2）、有吊车柱列 为了简化计算，可粗略地假定柱为剪切杆，并取整个柱列所有柱的总侧移刚度为该柱列全部柱间支撑总侧移刚度的10，即

17、第i柱列一根柱在柱顶标高处所分配的地震作用标准值（同无吊车柱列）第i柱列一片支撑在柱顶标高处所分配的地震作用标准值（同无吊车柱列）第i柱列一片墙在柱顶标高处所分配的地震作用标准值（同无吊车柱列）吊车所引起的地震作用标准值，则由柱和支撑承受： 一根柱所分配的水平地震作用标准值 一片支撑所分配的水平地震作用标准值 结构抗震设计3、天窗的纵向抗震计算 天窗架的纵向抗震计算，可采用空间结构分析法，并应考虑屋盖平面弹性变形和纵墙的有效刚度； 柱高不超过15m的单跨和等高多跨钢筋混凝土无檩屋盖厂房的天窗架纵向地震作用，可采用底部剪刀法计算，但天窗架的地震作用效应应分别乘以下列增大系数：单跨、边跨屋盖或有纵向内隔墙的中跨屋盖 ： 其他中跨屋盖 结构抗震设计6-4抗震构造措施 一、有檩屋盖构件的连接及支撑布置二、无檩屋盖构件的连接 三、屋盖支撑 四、突出屋面的钢筋混凝土天窗架 五、混凝土屋架的截面和配筋 六、厂房柱子的箍筋 七、山墙抗风柱的配筋 八、大柱网厂房柱的截面和配筋构造 九、厂房柱间支撑的设置和构造 十、8度时跨度