抗震结构设计（第5版）课件：钢筋混凝土柱单层厂房的抗震设计

钢筋混凝土柱单层厂房的抗震设计

钢筋混凝土柱单层厂房抗震设计学习目标：

了解单层钢筋混凝土柱厂房的震害特点；

掌握单层钢筋混凝土柱厂房抗震的概念设计；

熟悉单层钢筋混凝土柱厂房抗震计算；

熟悉单层钢筋混凝土柱厂房抗震构造措施。学习重点：概念设计学习难点：

抗震计算单击显示菜单厂房立体图单击显示厂房立体图屋架端头顶面预埋板松动和板下混凝土开裂屋架上弦第一节间剪断8.1概述厂房立体图梯形屋架端竖杆剪断屋架向一边严重倾斜8.1概述厂房立体图钢天窗架严重倾斜天窗架立柱在侧板连接处酥裂8.1概述厂房立体图吊车梁顶面标高处混凝土压碎、纵筋弯曲上柱根部与吊车梁顶面处开裂8.1概述厂房立体图下柱根部破坏下柱根部开裂8.1概述厂房立体图平腹杆两端剪断不等高厂房高低跨交接处中柱高跨部分上柱水平剪裂8.1概述厂房立体图大柱网厂房中柱根部对角破坏预制腹板上下开孔间交叉剪切开裂8.1概述厂房立体图柱头混凝土酥落、主筋弯曲破坏柱头斜向开裂8.1概述厂房立体图厂房端部紧贴山墙的角柱柱头破坏有嵌砌内隔墙的柱子柱头破坏8.1概述厂房立体图支撑低跨屋盖柱牛腿斜向拉裂钢筋侧向压曲、柱头混凝土破坏8.1概述厂房立体图交叉形天窗支撑压曲变形支撑低跨屋盖的柱肩竖向劈裂破坏8.1概述厂房立体图M形天窗支撑压曲变形柱间支撑斜压杆压曲破坏8.1概述厂房立体图山墙连同圈梁倒塌纵墙柱顶以上部分倒塌8.1概述厂房立体图不等高厂房高跨封墙砸坏低跨屋盖不等高厂房中柱牛腿顶面预埋件位移破坏8.1概述厂房立体图上柱支撑连接节点板拉脱下柱支撑下节点拔出破坏8.1概述厂房立体图构件7度8度9度10度11柱基本完好破坏轻微，有的上部柱根开裂破坏较重，有的上部柱根酥裂或折断破坏严重或倒塌厂房普遍倒塌矩形天窗架局部地方混凝土开裂裂缝较多，部分立柱根部折断大面积倒塌几乎全部倒塌重屋盖体系基本完好，个别柱间支撑处屋面板支座酥裂屋面板错位、移位、震落，造成局部倒塌屋架倾斜，屋面板大量错动、移位，屋盖部分脱落大部分倒塌维护墙破坏轻微，有不同程度的裂缝、外闪，个别封檐墙、山墙顶部倒塌破坏普遍，封檐墙、山墙顶部、高侧悬墙部分倒塌破坏严重，倒塌现象普遍大面积倒塌支撑系统基本完好，天窗架支撑易压弯天窗架支撑破坏较重;柱间支撑、屋盖垂直支撑常被压弯;中列柱柱间支撑破坏率比边列柱高大量柱间支撑压弯,上柱支撑更严重；柱间支撑节点板扭折,锚筋拉脱使支撑失效；屋盖垂直支撑普遍失效；中柱柱间支撑破坏更严重未设防单层混凝土厂房主要构件震害情况表厂房立体图8.1概述总体震害纵向的震害一般较横向严重；横向排架上部柱根和高低跨厂房中柱的支撑低端跨屋架处，为抗震薄弱部位；天窗结构突出屋面的天窗结构地震作用较大，抗震能力较弱，纵向比横向更弱；支撑系统抗震能力很弱，按一般构造要求设置，破坏严重。屋盖系统较重，产生的地震作用较大，整体性不够，局部区域往往破坏或塌落构件连接预制构件的连接，构造单薄，在地震作用下往往强度和延性不足；维护墙与柱、屋盖拉结不牢，圈梁设置不足，圈梁与柱连接不强，布置不尽合理。厂房立体图抗震概念设计结构布置概念设计结构选型结构整体性节点连接平面布置竖向布置总体布置防震缝设置天窗架选型屋架选型柱子选型柱间支撑维护结构屋盖整体性圈梁的设置友情提示：单击各红色边框显示详细内容厂房立体图8.3单层厂房的横向抗震计算计算原则双向计算，双向受力计算范围

可不验算7度区I、Ⅱ类场地，

H≤10m且两端山墙单跨及等高多跨非锯齿形厂房应该验算除上述之外计算方法按空间结构分析(一般情况的混凝土屋盖)按平面排架分析(符合条件的混凝土屋盖)

(柱距相等轻型屋盖)抗构措施厂房立体图8.3单层厂房的横向抗震计算计算简图简图

计算单元一个柱距的单榀平面排架.计算简图计算单元质量集中在排架柱顶标高处的多质点平面竖杆体系。荷载集中原则计算基本周期——基本周期等效原则。计算地震作用——地震作用等效原则(柱底)。结果质量等效集中系数表。天窗处理

计算地震作用——增加一个质点。计算自振周期——不增加该质点。厂房立体图8.3单层厂房的横向抗震计算计算简图吊车处理

台数：单跨厂房——一台。

多跨厂房——两台每跨一台，任选两台，按对柱截面受力最不利进行内力组合。

吊重：软钩吊车——不考虑。

硬钩吊车——30%吊重。

水平制动力——

不考虑。

地震作用——桥架产生的水平地震作用左右两柱均分。

重力荷载——桥架重力荷载代表值计算基本周期时不考虑，当吨位较大或台数较多时才考虑，可将吊车重力荷载平均分配给每榀排架后再进行集中。

厂房立体图8.3单层厂房的横向抗震计算基本周期计算：Gi——第i质点的重力荷载代表值(kN)；xi——第i质点在相当于重力荷载代表值的水平力作用下产生的水平侧翼(m)。折减：原因——屋架与柱非完全铰接；纵墙对排架刚度影响。取值——下表。条件折减系数混凝土柱钢屋架或钢筋混凝土屋架有纵墙0.8无纵墙0.9砖柱钢屋架或钢筋混凝土屋架0.8由木屋架、钢木屋架或轻钢屋架1.0厂房立体图地震作用(底部剪力法，第三章已讲述)总值：分配：8.3单层厂房的横向抗震计算友情提示:单击播放动画厂房立体图吊车重产生的横向水平地震作用Gcri——第i跨吊车重作用于一根柱上的重力荷载，取一台吊车自重轮压在一根柱上的牛腿反力；Hcri——第i

跨吊车梁顶面标高处的高度；Hi

——吊车所在跨柱顶高度；α1

——按厂房平面排架横向地震作用计算所取的α1值。注：多跨厂房，各跨吊车地震作用应分别计算8.3单层厂房的横向抗震计算Hcr2H2Fcr2Fcr1H1Hcr1厂房立体图天窗架的横向水平地震作用Gsl——突出屋面部分天窗架的等效集中重力荷载代表值。

Gsl=1.0G天窗架+0.5G天窗积雪+0.5G天窗积灰Hsl——天窗屋盖标高的高度，从厂房柱基础顶面算起。内力分析

化动为静，静力分析

8.3单层厂房单的横向抗震计算FEkF1FslH1HslG1Gsl厂房立体图内力调整——排架

原因：考虑空间作用和扭转作用。条件：取值：非高低跨交接处柱按附表。

高低跨交接处柱按下式：8.3单层厂房横向抗震计算⑴设防烈度不高于8度；⑵Lt/B≤8或B＞12m；Lt-厂房单元屋盖长度；B-总跨度⑶山墙厚度不小于240mm，开洞所占的水平截面积不超过总面积的50%，且与屋盖系统有良好的连接；⑷柱顶高度不大于15mηh——高跨跨数；n0——计算跨数：一侧有低跨时取总跨数，二侧均有低跨时取总跨数与高跨跨数之和；GEl——低跨屋盖标高处总重力荷载代表值；GEh——集中于高跨柱顶标高处总重力荷载代表值；ξ2——高低跨交接处（中柱牛腿以上截面）钢筋混凝土上柱的空间工作影响系数，表厂房立体图内力调整——桥架

原因：较大的移动质量，强烈的局部振动取值：（M、V）内力组合

S=γGSGE+γEhSEhk

（第三章已讲述）截面验算S≤R/γRE（第三章已讲述）8.3单层厂房的横向抗震算屋盖类型山墙边柱高低跨柱其它中柱钢筋混凝土无檩屋盖两端山墙2.02.53.0一端山墙1.52.02.5钢筋混凝土有檩屋盖两端山墙1.52.02.5一端山墙1.52.02.0厂房立体图设计方法：修正刚度法设计原理：柱列分析，适当调整适用范围：

⑴刚性、弹性、柔性等各类型屋盖的单跨厂房

⑵采用瓦楞铁皮等轻质屋面材料的多跨等高厂房计算模型：计算简图：基本周期：单跨，多跨等高H≤15m且l≤30m

敞开、半敞开或墙板与柱柔性连接的厂房，折减。

8.4单层厂房的纵向抗震计算ψ1——屋盖类型系数，大型屋面板钢筋混凝土屋架取1.0，钢屋架取0.85L——厂房跨度（m），多跨厂房可取各跨平均值；H——基础顶面到柱顶的高度（m）。ψ2——维护墙影响系数，小于1.0取1.0。厂房立体图地震作用：等高多跨钢筋混凝土屋盖厂房柱顶

吊车梁顶

8.4单层厂房的纵向抗震计算α1——相应于厂房纵向基本自振周期的水平地震影响系数；Ki

——i柱柱列顶的总侧移刚度；ψ3——柱列侧移刚度的维护墙影响系数；P192表8-5ψ4——柱列侧移刚度的柱间支撑影响系数；P192表8-6Hci——i列柱吊车梁顶高度Hi——i列柱柱顶高度；Kc、Kb、Kw——一根柱、一片支撑、一片贴砌砖维护墙侧刚。厂房立体图8.5单层钢筋混凝土柱厂房构造措施屋盖系统抗构措施柱与柱列维护系统整体连接支撑布置构件连接局部加强柱身构造支撑布置柱架连接抗风柱与柱连接抗剪强度圈梁设置厂房立体图8.5单层钢筋混凝土柱厂房抗震构造措施有檩屋盖系统：连接:⑴屋架与檩条；⑵双脊檩间；⑶瓦与檩条。支撑:按表。厂房立体图8.5单层钢筋混凝土柱厂房抗震构造措施无檩屋盖系统：

连接：⑴屋面板与屋架；⑵屋面板相互间；⑶屋面板预埋件。支撑：按表。

厂房立体图无檩屋盖支撑布置图（有天窗）文本无檩屋盖支撑布置图（无天窗）文本井式天窗屋盖支撑布置图文本厂房立体图8.5单层钢筋混凝土柱厂房构造措施屋盖支撑：⑴天窗开洞范围内设支撑；⑵屋架跨中竖向支撑间距；⑶水平系杆与竖向支撑配合；⑷托架区段及相邻开间；⑸支撑杆件宜型钢；⑹天窗架立柱与侧墙板。局部加强：

⑴屋架上弦第一节间；⑵梯形屋架的端竖杆；⑶屋架上弦的小立柱；⑷屋架构件截面形式。厂房柱：⑴箍筋加密范围；⑵加密箍筋间距；⑶大柱网厂房柱。厂房立体图8.5单层钢筋混凝土柱厂房构造措施抗风柱：

⑴箍筋加密；⑵加设纵筋。柱间支撑：⑴布置；⑵选型；⑶长细比；⑷节点板。连接节点：⑴屋架与柱节点；⑵柱顶的预埋件；⑶柱肩的预埋件；⑷支撑与柱节点。厂房立体图托架区段设置下弦纵向水平支撑侧板与天窗架立柱柔性连接示意图屋架第一节间上弦配筋加强梯形屋架端竖杆配筋加强厂房立体图屋架上弦端头立柱配筋加强柱头箍筋加强柱顶预埋件厂房立体图上部柱根截面配筋加强柱牛腿配筋构造厂房立体图上部柱根截面配筋加强屋架与柱牛腿连接构造厂房立体图柱撑与柱连接节点加强柱变位约束部位箍筋加强厂房立体图钢板铰连接节点构造螺栓连接节点构造厂房立体图柱间支撑的布置厂房立体图抗风柱上部截面加强抗风柱顶与屋架上弦连接构造厂房立体图墙体与厂房柱拉结1不等高厂房高跨封墙与柱的拉结墙体与厂房柱拉结2混凝土墙板与柱的拉结圈梁与柱、圈梁与圈梁连接本章小结⑴单厂震害柱头、柱肩，上柱柱身，下柱柱根，维护墙天窗架立柱，屋架、屋面板，各连接节点。⑵概念设计结构布置、结构选型、节点连接、结构整体性。⑶地震作用横向空间分析方法、平面分析方法、底部剪力法、自振周期、内力调整。纵向修正刚度法。⑷构造措施有檩、无檩的连接与支撑布置，屋架和柱截面及配筋，柱间支撑设置及构造、连接，维护墙构造。G1G1F1FEkH1G1G3G1F2FEkH1G2F1F3H2H3G1G2G3FEkG2F1G1F2H1H2G1G2单层厂房抗震计算简图屋盖山墙屋盖长度（m）<303642485460667278849096钢筋混凝土无檩屋盖两端山墙等高厂房0.750.750.750.80.80.80.850.850.850.9不等高厂房0.850.850.850.90.90.90.950.950.951.0一端山墙1.051.151.21.251.31.31.31.31.351.351.351.35钢筋混凝土有檩屋盖两端山墙等高厂房0.80.850.90.950.951.01.01.051.051.1不等高厂房0.850.90.951.01.01.051.051.11.11.15一端山墙1.01.051.11.11.151.151.151.21.21.21.251.25屋盖山墙屋盖长度（m）3642485460667278849096钢筋混凝土无檩屋盖两端山墙0.70.760.820.880.941.01.061.061.061.06一端山墙1.25钢筋混凝土有檩屋盖两端山墙0.91.01.051.11.11.151.151.151.21.2一端山墙1.05钢筋混凝土柱考虑空间工作和扭转影响的效应调整系数高低跨交接处钢筋混凝土上柱空间工作影响系数

支撑名称6、7度8度9度上弦横向支撑下弦横向支撑厂房单元端开间各设一道厂房单元端开间及柱间支撑开间各设一道上弦通长水平系杆天窗范围内屋架跨中上弦节点处设置下弦通长水平系杆天窗两侧及天窗范围内屋架下弦节点处设置跨中竖向支撑有上弦横向支撑开间设置，设置与下弦通长系杆相对应两端竖向支撑Hd≤900mm同非抗震设计有上弦横向支撑开间且间距不大于48mHd>900mm厂房单元端开间各设一道有上弦横向支撑开间且间距不大于48m有上弦横向支撑开间且间距不大于30m中间井式天窗无檩屋盖支撑布置

烈度和场地类别6度和7度I、II场地7度III、IV类场地和8度I、II场地8度III、IV类场地和9度箍筋最大肢距(mm)300250200箍筋最小直径一般柱头和柱根A6A8A10角柱柱头A8A10A10上柱牛腿和有支撑的柱根A8A8A10有支撑的柱头和柱变位受约束部位A8A10A10柱加密区箍筋最大肢距和最小箍筋直径

支撑名称烈度6、789屋架支撑上弦横向支撑厂房单元端开间各没一道厂房单元端开间及厂房单元长度大于66m的柱间支撑开间各设一道；天窗开洞范围的两端各增设局部的支撑—道厂房单元端开间及厂房单元长度大于42m的柱间支撑开间各设一道；天窗开洞范围的两端各增设局部的上弦横向支撑—道下弦横向支撑同非抗震设计跨中竖向支撑端部竖向支撑屋架瑞部高度大于900mm时，厂房单元端开间及柱间支撑开间各设一道。天窗架支撑上弦横向支撑厂房单元天窗端开间各设一道厂房单元天窗端开间及每隔30m各设一道厂房单元天窗端开间及每隔18m各设一道两侧竖向支撑厂房单元天窗端开间及每隔36m各设一道有檩屋盖的支撑布置无檩屋盖的支撑布置支撑名称烈度6、789屋架支撑上弦横向支撑L＜18m同非抗震，L≥18m厂房单元端开间各设一道厂房单元端开间及柱间支撑开间各设一道，天窗开洞范围的两端各增设局部的支撑一道上弦通长水平系杆同非抗震设计沿屋架L≤15m设一道，沿屋架L≤12m设一道，但装配整体式屋面可不设；围护墙在屋架上弦高度有现浇圈梁时，其端部处可不另设下弦横向支撑同非抗震设计同上弦横向支撑跨中竖向支撑两端横向支撑Hd≤900mm厂房单元端开间各设一道厂房单元端开间及每隔48m各设一道Hd>900mm厂房单元端开间各设一道厂房单元端开间及柱间支撑开间各设一道厂房单元端开间、柱间支撑开间每隔30m各设一道天窗架支撑天窗两侧竖向支撑厂房单元天窗端开间及每隔30m各设一道厂房单元天窗端开间及每隔24m各设一道厂房单元天窗端开间及每隔18m各设一道上弦横向支撑同非抗震设计天窗跨度≥9m时，厂房单元天窗端开间和柱间支撑开间各设一道厂房单元端开间和柱间支撑开间各设一道主要构件7度8度9度10度11度柱基本完好破坏轻微，有的上部柱根开裂破坏较重，有的上部柱根酥裂或折断破坏严重或倒塌厂房普遍倒塌矩形天窗架局部地方混凝土开裂裂缝较多，部分立柱根部折断大面积倒塌几乎全部倒塌重屋盖体系基本完好，个别柱间支撑处屋面板支座酥裂屋面板错位、移位、震落，造成局部倒塌屋架倾斜，屋面板大量错动、移位，屋盖部分脱落大部分倒塌维护墙破坏轻微，有不同程度的裂缝、外闪，个别封檐墙、山墙顶部倒塌破坏普遍，封檐墙、山墙顶部、高侧悬墙部分倒塌破坏严重，倒塌现象普遍大面积倒塌支撑系统基本完好，天窗架支撑易压弯天窗架支撑破坏较重;柱间支撑、屋盖垂直支撑常被压弯;中列柱柱间支撑破坏率比边列柱高大量柱间支撑压弯,上柱支撑更严重；柱间支撑节点板扭折,锚筋拉脱使支撑失效；屋盖垂直支撑普遍失效；中柱柱间支撑破坏更严重未设防单层混凝土厂房主要构件震害情况表质量等效集中系数集中到柱顶的各部分结构重力荷载等效集中系数周期内力位于柱顶以上部位的结构及屋面重力荷载（屋盖、雪、檐墙等）1.01.0柱单跨及等高多跨厂房、不等高厂房的边柱0.250.5不等高厂房高低跨交接柱上柱分别集中到高跨和低跨0.50.5高低跨铰接柱下柱集中到低跨柱顶0.250.5墙与柱等高的纵墙0.250.5高低跨封墙分别集中到低跨柱顶和高跨柱顶0.50.5吊车梁一般吊车梁集中到柱顶0.50.75高低跨交接柱吊车梁靠近低跨屋盖时集中到低跨柱顶1.01.0高低跨吊车梁位置介于低跨与高跨柱顶之间时分别集中到低跨和高跨柱顶0.50.5⑴体型简单、对称均匀、

规正平直、各跨等长。⑵贴建的建(构)筑物不宜布置在厂房角部。⑶贴建的建(构)筑物不宜布置在紧邻防震缝处。⑷上吊车铁梯不宜靠近防震缝布置。⑸多跨的铁梯不宜布置在同一横向轴线附近。平面布置

⑴力求质量和刚度分布均匀，尽量使质量中心与刚度中心重合；

⑵两端山墙宜对称设置；

⑶纵墙布置宜尽量使各柱列刚度均匀对称；

⑷厂房内结构布置应避免产生局部刚度较大区域；⑸同一结构单元内不应采用不同的结构形式

⑴避免质量和刚度沿高度突变；

⑵多跨厂房各跨宜等高；

⑶屋盖纵横向宜同一标高。总体布置竖向布置设置——下列情况应设防震缝

⑴厂房体型复杂时；

⑵厂房的角部或防震缝处有贴建建（构）筑物；

⑶两个主厂房之间的过度跨应至少有一侧采用防震缝与主厂房分开；⑷震缝两侧应设墙或柱，不宜做成开口式，宽度——地震时相邻结构单元相对变形而不发生碰撞：

50～90mm一般情况；

100－150mm

纵横跨交接处、大柱网厂房或不设柱间支撑的厂房。

防震缝设置材料——轻质端壁板、侧板——宜轻质材料，不宜大型屋面板；突出屋面天窗——宜用钢结构；

可钢筋混凝土天窗架(6-8，■)。形式——突出式：宜较小的避风型天窗，9°不宜II形天窗；下沉式：有条件或烈度为9。设置——宜从厂房单元端部第三柱间开始设置。天窗架选型因素——跨度、柱距、抗震设防烈度、场地情况。选择——宜用钢屋架或重心较低的预应力混凝土或钢筋混凝土屋架；跨度不大于15m时．可钢筋混凝土梁；跨度＞24m或8°ⅢⅣ类场地和9°，优先钢屋架。宜整榀混凝土屋架；有突出式天窗不宜采用预应力混凝土或钢筋混凝土空腹屋架。柱距12m，可用预应力混凝土托架（梁），当钢屋架时，亦可用钢托架。屋架选型托架选型抗震性能——钢柱＞混凝土柱＞砖柱。柱子选用——钢柱：条件所限，用量较少；混凝土柱：主要用材，性能较好；砖柱：性能较差，小型厂房。

备注：砖柱仅用在单跨和等高多跨且无桥式吊车的厂房6-8度跨度＜l5m且柱顶标高＜6.6m；9度时跨度＜12m且柱顶标高＜4.5m

。截面形式——良好抗侧力刚度。宜用：矩形或工字形，或带斜腹杆的双肢柱．不宜：薄壁开孔或预制开孔腹板的工字形柱，平腹杆式的双肢柱。抗侧刚度——不宜过大。钢筋配置——增强延性。柱子选型抗震作用——主要抗侧力构件，K≥0.9K中柱列。选型原则——较大回转半径；较少的用钢量；较小的长细比。截面形式——良好抗侧力刚度；一般：T形组合截面或槽钢。特殊：双槽钢的双片支撑四角钢格构式支撑立面布置——斜杆与水平面夹