建筑结构抗震设计讲义16

第5章

单层钢筋混凝土柱厂房

一、课程内容：§5-1震害及其分析§5-2抗震设计一般规定§5-3单层单跨厂房抗震计算§5-4抗震构造措施§5-5单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计二、重点和难点：1、§5-1震害及其分析(破坏机理)2、§5-3单层单跨厂房抗震计算三、基本要求：§5-5单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计结构抗震设计§5-1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)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；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§5-2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Ⅲ、Ⅳ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、厂房房围护墙墙和女儿儿墙的布布置(1)、、厂房的围围护墙宜宜采用轻轻质墙板板，或钢钢筋混凝凝土大型型墙板；；(2)、、厂房的砌砌体隔墙墙和围护护墙应符符合规范范要求：：1)砌体体隔墙宜宜与柱脱脱开或柔柔性连接接，并采采取措施施使墙体体稳定，，隔墙顶顶部应设设现浇钢钢筋混凝凝土压顶顶梁。2)厂房房的砌体体围护墙墙宜采用用外贴式式并与柱柱可靠拉拉接。3)砌体体围护墙墙在一些些部位应应设置现现浇钢筋筋混凝土土圈梁。。4)圈梁梁的构造造应符合合规范要要求。5)8度度Ⅲ、ⅣⅣ类场地地和9度度时，砖砖围护墙墙的预制制基础梁梁应采用用现浇接接头；当当另设条条形基础础时，在在基础顶顶面标高高处应设设置连续续的现浇浇钢筋混混凝土圈圈梁。6)墙梁宜采采用现浇浇。(3)、、砌体女女儿墙在在人流出出入口应应与主体体结构锚锚固，防防震缝处处应留有有足够的的宽度，，缝两侧侧的自由由端应予予加强结构抗震震设计§5-3单单层单跨跨厂房抗抗震计算算单层钢筋筋混凝土土柱厂房房，应进进行纵、、横向抗抗震计算算。计算算范围：：建造在7度I、Ⅱ类场地、、柱高不不超过l0m且结构单单元两端端有山墙墙的单跨跨厂房，，可不进进行横向向及纵向向计算，，但应符符合抗震震构造措措施规定定。计算方法法：规范规定定，一般般情况下下，应按按多质点点空间结结构进行行分析；；当符合合一定条条件时，，也可采采用简化化方法计计算。纵、横向向抗震计计算简化化方法：：一、横向向计算二、纵向向计算----柱柱列法、、修正刚刚度法和和拟能量量法结构抗震震设计一、横向向计算1、基本假定定2、结构计算算简图3、等效效重力荷荷载代表表值4、横向向基本周周期的计计算5、横向向自振周周期的修修正6、排架地震震作用的的计算7、排架内力力分析及及调整8、内力组合合9、构件抗震震承载力力验算结构抗震震设计1、基本假定定2、结构计算算简图1、基本假定定（1）、、厂房按平平面排架架计算，，但须考考虑山墙墙对厂房房空间工工作、屋屋盖弹性性变形与与扭转，，以及吊吊车桥架架的影响响。这些些影响分分别通过过不同调调整系数数对地震震作用、、地震内内力加以以调整。。（2）、、厂房按平平面排架架进行动动力计算算时，将将重力荷荷载集中中于柱顶顶和吊车车梁标高高处(如有必要要时)。（3）、、地震作用用沿厂房房高度按按倒三角角形分布布。2、结构计算算简图根据以上上假定，，进行单单层厂房房横向计计算时，，取一榀榀排架作作为计算算单元。。它的动动力分析析计算简简图，可可根据厂厂房类型型的不同同，取为为质量集集中在不不同标高高处的下下端固定定的弹性性直杆。。结构抗震震设计单跨及多多跨等高高厂房计计算简图图确定单层层厂房自自振周期期和无吊吊车单层层厂房地地震作用用时，厂厂房质量量均集中中于屋盖盖标高处处。这样样，对于于单跨及及多跨等等高厂房房，可简简化成单单质点体体系。在计算厂厂房横向向自振周周期时，，一般不不考虑吊吊车桥架架重力荷荷载，因因为它对对排架自自振周期期影响很很小。这这样处理理，对厂厂房抗震震计算是是偏于安安全的。。确定厂房房地震作作用时，，对于设设有吊车车的厂房房、除将将厂房重重力荷载载按照动动能等效效原则集集中于屋屋盖标高高处以外外，还要要考虑吊吊车桥架架重力荷荷载，一一般是把把某跨吊吊车桥架架重力荷荷载集中中于该跨跨的任一一柱吊车车梁的顶顶面标高高处。结构抗震震设计两跨不等等高厂房房计算简简图两跨不等等高厂房房可简化化成两个个质点体体系结构抗震震设计3、等效效重力荷荷载代表表值计算单跨跨及等高高多跨厂厂房自振振周期和和地震作作用时，，集中于于屋盖标标高处质质点等效效重力荷荷载代表表值，可可按下式式计算：：结构抗震震设计4、横向向基本周周期的计计算单跨和等等高多跨跨厂房可可简化成成单质点点体系，，横向基基本周期期可按下下式计算算：其中结构抗震震设计5、横向向自振周周期的修修正由于各类类厂房横横向基本本周期均均按铰接接排架计计算简图图计算的的，实际际中，屋屋架与柱柱之间的的连接，，或多或或少有某某些固结结作用，，此外，，在计算算中也未未考虑围围护墙对对排架侧侧向变形形的约束束影响，，因而按按上述公公式所算算得的基基本周期期偏长。。规范规定定，由钢钢筋混凝凝土屋架架或钢屋屋架与钢钢筋混凝凝土柱组组成的排排架有纵纵墙时取取周期计计算值的的80％，无纵纵墙时取取90％。结构抗震震设计6、排架地震震作用的的计算（1）、、厂房总水水平地震震作用标标准值（2）、、质点i的水平地地震作用用标准值值沿厂房排排架高度度的质点点i的水平地地震作用用标准值值为：若是单层层单跨则则无或或结构抗震震设计7、排架内力力分析及及调整求出地震震作用标标准值Fi（若是单层层单跨则则是FEK）后，便可可把它当当作静载载施加在在排架屋屋盖和吊吊车轨顶顶标高处处，按一一般方法法进行排排架内力力分析，，然后再再求出各各柱的控控制截面面的地震震内力。。在确定吊吊车轨顶顶标高处处的地震震作用所所引起的的柱的内内力时，，可利用用静力计计算中吊吊车横向向刹车力力所产生生的柱的的内力乘乘以相应应比值求求得。规范规定定：在进进行排架架内力分分析中，，除了按按上述一一般规定定计算外外，还要要对构件件的一些些特殊部部位的地地震效应应进行补补充计算算和调整整：1、突出屋面的的天窗架地地震作用标标准值的调调整2、高低跨交接接处的钢筋筋混凝土柱柱内力的调调整3、吊车桥架对对排架柱局局部地震作作用效应的的修正结构抗震设设计8、内力组合内力组合原原则：在抗震设计计中，内力力组合是指指地震内力力(由于地震作作用是往复复作用的，，故地震内内力符号可可正可负)和与其相对对应的正常常荷载引起起的内力根根据可能出出现的最不不利情况所所进行的组组合。规范规定，，进行地震震内力组合合时，不考考虑吊车横横向水平制制动力引起起的内力。。当考虑地震震后的内力力组合(包括荷载分分项系数、、承载力抗抗震调整系系数影响)小于正常荷荷载下的内内力组合时时，应取正正常荷载下下的内力组组合。结构抗震设设计9、构件抗震承承载力验算算单层钢筋混混凝土柱厂厂房柱的抗抗震承载力力验算，按按《混凝土土结构设计计规范》(GB50010)进行：单层钢筋混混凝土柱厂厂房，排架架柱截面的的抗震承载载力验算应应满足：R----构件承载力力设计值----承承载力抗震震调整系数数结构抗震设设计二、纵向计计算1、计算方方法2、修正刚刚度法3、天窗的纵向向抗震计算算结构抗震设设计1、计算方方法(1)、柱列法适用范围：：1)、纵墙对称布布置的单跨跨厂房。2)、轻型屋盖(由瓦楞铁、、石棉瓦等等材料建造造)多跨等高厂厂房。(2)、修正刚度法法适用范围：：柱顶标高高不大于15m且平均跨度度不大于30m的单跨或等等高多跨钢钢筋混凝土土柱厂房。。(3)、拟能量法适用范围：：仅适用于于钢筋混凝凝土无檩及及有檩屋盖盖的两跨不等高厂房房的纵向抗抗震计算。。结构抗震设设计2、修正刚刚度法（1）、计算原则钢筋混凝土土无檩和有有檩体系的的弹性屋盖盖的水平刚刚度很大，，厂房的空空间工作明明显，厂房房沿纵向的的振动特性性接近刚性性屋盖厂房房。因此，，可以按刚刚性屋盖厂厂房的计算算原则进行行计算，但但为了反映映屋盖变形形的影响，，须对厂房房的纵向自自振周期和和柱列侧移移刚度加以以修正。这这种方法就就称为修正正刚度法。。结构抗震设设计（2）、厂房纵向自自振周期1)、按单质点体体系确定这种方法假假定厂房整整个屋盖是是理想的刚刚性体，将将所有柱列列重力荷载载代表值按按动能等效效原则集中中到屋盖标标高处，并并与屋盖重重力代表值值加在一起起，将各柱柱列侧移刚刚度也加在在一起，形形成单质点点弹性体系系，其自振振周期按单单质点弹性性体系计算算：2)、按规范许可可的经验公公式确定①、砖围护墙厂厂房②、敞开、半敞敞开或墙板板与柱子柔柔性连接的的厂房结构抗震设设计（3）、柱柱列水平地地震作用标标准值----底部部剪力法对于无桥式式吊车的厂厂房，整个个柱列的各各项重力荷荷载集中到到柱顶标高高处；对于于有桥式吊吊车的厂房房，整个柱柱列的各项项重力荷载载应分别集集中到柱顶顶标高处和和吊车梁顶顶标高处。。1)、厂房结构底底部剪力无吊车厂房房有吊车厂房房结构抗震设设计2）、第i柱列地震作作用标准值值无吊车厂房房：有吊车厂房房：①第i柱列屋盖标标高处的地地震作用标标准值②第i柱列吊车梁梁顶标高处处的纵向地地震作用标标准值，根根据地震作作用沿厂房房高度呈倒倒三角分布布的假定，，可按下式式确定：为集中于第第i柱列吊车梁梁标高处的的等效重力力荷载。结构抗震设设计（4）、抗抗侧力构件件水平地震震作用的计计算1)、无吊车柱列列第i柱列一根柱柱在柱顶标标高处的水水平地震作作用标准值值第i柱列一片支支撑在柱顶顶标高处的的水平地震震作用标准准值第i柱列一片墙墙在柱顶标标高处的水水平地震作作用标准值值结构抗震设设计2）、有吊吊车柱列为了简化计计算，可粗粗略地假定定柱为剪切切杆，并取取整个柱列列所有柱的的总侧移刚刚度为该柱柱列全部柱柱间支撑总总侧移刚度度的10％％，即①第i柱列一根柱柱在柱顶标标高处所分分配的地震作用标标准值（同同无吊车柱柱列）②第i柱列一片支支撑在柱顶顶标高处所所分配的地震作用标标准值（同同无吊车柱柱列）③第i柱列一片墙墙在柱顶标标高处所分分配的地震作用标标准值（同同无吊车柱柱列）吊车所引起起的地震作作用标准值值，则由柱柱和支撑承承受：①一根柱所所分配的水水平地震作作用标准值值②一片支撑撑所分配的的水平地震震作用标准准值结构抗震设设计3、天窗的纵向向抗震计算算天窗架的纵纵向抗震计计算，可采采用空间结结构分析法法，并应考考