建筑结构抗震设计

第7章单层厂房抗震设计

单层厂房的内容：单层砖结构厂房、单层钢筋砼柱厂房、单层钢结构厂房本章主要讲解单层钢筋砼柱厂房一、单层钢筋砼柱厂房

6、7度区，主体结构完好，少数围护砖墙开裂外闪，突出屋面的π形天窗局部破坏。8度区，主体结构不同程度破坏，上柱裂缝，柱与屋盖的连接破坏π形天窗倾倒，个别屋盖塌落。9度区：砖围护墙大量倒塌，π形天窗架大量倾倒，不少屋盖塌落。10、11度区，大多数厂房倒塌破坏。震害表明：通过设防的厂房，对7度地震作用有足够的抗震能力，也存在一些薄弱环节。§1震害分析

对7度以上地震作用抵抗力不足。弱点：纵向抗震能力差、构件连接单薄、支撑体系弱等。1、屋盖体系7度区，柱间支撑处屋面板支座酥裂。8度区，屋面板错动、震落、倒塌。9度区，屋面大面积倒塌。2、天窗架

突出屋面的π形天窗架在8度以上会造成大面积的倾倒，是厂房的薄弱部分。下沉式天窗震后基本完好。3、柱1）上柱柱身变截面处酥裂或折断2）柱顶与屋面梁的连接处由于受力复杂易发生剪裂压酥、拉裂或锚筋拔出、钢筋折断等震害。3）高低跨处，中柱柱肩产生竖向拉裂。4）下柱下部出现横向裂缝或折断。

4、连接

厂房是装配式结构，连接很重要，屋面板与屋架，天窗架与屋架、屋架与柱、吊车梁与柱、支撑连接等。5、支撑系统

厂房的重要构件，天窗架支撑——屋盖垂直支撑——柱间支撑破坏形式：压曲，节点扭折、焊缝撕开、锚件拉脱等。6、围护墙

开裂、外闪、脱落、倒塌。二、单层砖厂房7度区：未经设防的单层砖结构厂房，多数只有轻微破坏或基本完好，少数为中等破坏。8度区：多数有破坏，部分受到中等破坏，个别倒塌。9度区：大多数有严重破坏或倒塌，只有个别在震后保留下来。震害：纵墙水平裂缝、砖垛折断、山墙斜裂缝。屋架支座联结处的局部破坏。§2抗震设计一、设计原则1.结构布置与选型（1）平面布置和抗侧力结构形式厂房的结构布置应合理。平面宜规则、对称；平面复杂时，应设防震缝将平面分隔成简单对称的形状。单层砖柱厂房：屋盖较轻时（轻型钢屋架等）可不设防震缝，屋盖较重时（钢筋砼）与贴建的建筑之间，设50~70mm的防震缝。单层砼柱厂房：多跨宜为等高，体型复杂时，宜设缝。纵横跨交接处的100~150mm，其它为50~90mm。厂房横向抗侧力体系：屋盖横梁与柱铰接的排架形式。厂房纵向抗侧力体系：纵向柱列形成的排架、柱间支撑和纵墙共同组成。

厂房的同一结构单元内不应采用不同的结构形式，也不应采用横墙与排架混合承重。（2)支撑的布置①屋盖支撑布置置上弦横向、下下弦横向、跨跨中竖向、端端部竖向有檩屋盖的支支撑布置见表表7-1；有檩屋盖的支支撑布置表7-2；木屋盖的支撑撑布置表7-3。②柱间支撑：设置位置，最最大长细比，，节点连接。。（3）围护墙的布布置围护墙的布置置应尽量均匀匀、对称。多跨厂房的砌砌体围护墙宜宜采用外贴式式，不宜采用用嵌贴式。厂房端部宜设设屋架，不宜宜采用山墙承承重。墙板优于砖墙墙，砖围护墙墙应设置圈梁梁，设拉筋于于柱连接。钢结构厂房的的围护墙：单层钢筋混凝凝土柱厂房的的围护墙：厂房围护墙女女儿墙的布置置和构造，应应符合有关对对非结构构件件抗震要求的的规定。（4）天窗架和屋屋架的选型天窗架：①突出屋面的天天窗架宜采用用钢天窗架②9度时，可采用用下沉式天窗窗③突出屋面的钢钢筋砼天窗，，侧板与天窗窗架柱宜采用用螺栓连接屋架选型：①单层砖柱厂房房6~8度宜用轻型屋屋盖9度应为轻型屋屋盖②单层砼柱厂房房，屋架L>24m8度III，IV类场地9度③屋面板与屋架架焊接（三点点焊接）④规范对屋架截截面和配筋的的构造作出要要求（5）柱的选型单层砖柱房屋屋6、7度时可采用十十字形无筋砖砖柱，8度ⅠⅡ类场地采用竖竖向配筋组合合砖柱，9度时和8度（III，IV类场地）中柱柱采用钢筋砼砼柱。单层钢筋砼柱柱厂房，截面面选取，箍筋筋加密，加密区区最小间距和和直径要求柱顶与屋架连连接：8度时宜用螺栓栓连接，9度时宜用钢板板铰连接钢板铰宜于耗耗能，在地震中经受受了考验。2.抗震设计的一一般原则（1）哪些厂房可可不进行横向向及纵向截面面抗震算；（2）厂房的横向向抗侧力构件件厂房的纵向抗抗侧力构件；；（3）哪些厂房需需考虑竖向地地震作用；（4）哪些厂房应应进行弹塑性性变形验算。。3单层厂房的质质量集中系数数集中质量一般般位于屋架下下玹（柱顶））处。质量集中的原原则：计算动力特性性时,根据“周期等等效”的原则则；计算地震作用用时，对于排排架根据柱底底“弯矩相等等”的原则，，对于剪力墙墙根据墙底““剪力相等””的原则。二、横向向抗震计算计算要点：单层厂房的抗抗震计算包括括横向和纵向两个方方向的计算。。当满足有关抗抗震构造措施施时，规范规规定：7度时，ⅠⅡ类场地，柱高高不超过4.5m且两端均有山山墙的单跨及及等高多跨砖砖柱厂房，和和柱高不超过过10m且两端均有山山墙的单跨及及等高多跨钢钢筋砼柱厂房房可不进行抗抗震计算。主要内容：计算简图的取取法，自振周周期的计算，，内力计算，，强度计算等等。1、计算简图（（平面排架））基本假设：1、设厂房的屋屋盖为有限刚刚性的物体。。2、设厂房每一一榀排架为一一各独立隔离离的计算单元，按单单榀平面排架架进行地震作作用分析。3、将质量集中中于柱顶，按按单质点及多多质点体系计算。4、排架在地震震作用下的变变形以剪切变变形为主，地震作作用沿高度为为倒三角形分分布。（1）计算自振周周期的质量集集中1）等高厂房2）不等高厂房房系数1.0、0.5、0.25是按动能等效效折算质量的折减系系数。吊车桥架的影影响：吊车桥桥梁的刚度将将使结构的刚度度增大即周期期减小，而吊吊车桥架的重量又使使结构的周期期增大，为了了简化计算，在计算算周期时，不不考虑桥架的的影响。（2）计算地震作作用的质量集集中屋盖处的重量量（无吊车））1）等高厂房2）不等高厂房房无吊车厂房计计算简图对于柱、墙的的折算系数0.5，是用柱底部弯矩等效原原则得到的。。将柱或墙分成成五个质点，，各个为0.2，按振型分解解反应谱法求求出柱底部的的弯矩。由底底部弯矩相等等，求出在柱柱顶的折算质质量，由算例例，最后建议议取为0.5。桥式吊车厂房房，还应考虑虑吊车桥架的的重力荷载（（将吊车考虑虑成一个质点点，集中于该该跨任一柱吊吊车梁顶面标标高处）吊车：单跨时为一台台，多跨时，，不超过两台台，软钩时，，不计吊重，，硬钩时取吊吊重的30%。2、自振周期期的计算⑴单跨和等高多多跨厂房，按按单质点体系系。考虑不同结构构引入调整系系数——调整系数由钢筋混凝土土屋架或钢屋屋架与钢筋混混凝土柱组成成的排架，有有纵墙时取周周期计算值的的80%，无纵墙时取取90%。——排架的侧向柔柔度=F=(1-X1)⑵两跨不等高厂厂房能量法考虑⑶三跨不对称带带升高中跨厂厂房3、排架地震作用用的计算⑴底部剪力法（（考虑空间及及扭转作用修修正）——修正系数，表表7-6、7-7：单质点多多质点（2）各质点地震震作用分配4、考虑空间作作用和扭转影影响的内力调调整单厂横向地震震作用简化计计算=平面排架计算算+空间作用影响响空间工作效应应取决于：1.有无山墙（或或横墙）及屋屋盖的横向刚刚度2.屋盖增加了厂厂房的刚度。。3.山墙的间距越越小厂房的刚刚度越大。扭转效应：1.仅一端有山墙墙的厂房，会会产生扭转振振动。2.靠近伸缩缝处处的排架柱比比其他位置的的排架柱震害害重。当符合下列条条件时，可考考虑空间工作作和扭转影响响：1）7度和8度；2）厂房单元屋屋盖长度与总总跨度之比小小于8或厂房总跨度度大于12；3）山墙厚度不不小于240mm，开洞所占水水平截面面积积不超过总面面积的50%；4)柱顶高度不大大于15m。对不同的排架架结构形式进进行空间的平平动与扭转振振动分析，将将其结果与平平面排架振动动分析结果进进行对比，得得出空间工作作与扭转影响响效应的调整整系数ζ1ζ2见表7-6。简单的结论：：山墙的间距越越大，厂房的的空间作用越越小，排架上上的地震剪力力越大；有檩檩屋盖厂房的的地震剪力大大于无檩屋盖盖厂房；当山山墙的间距超超过一定距离离时，有檩屋屋盖厂房及高高低跨出的上上柱的地震作作用甚至超过过单排柱的地地震作用。5、不等高厂房高高低跨交接处处中柱的地震震内力修正由于高振型的的影响，将使使这部分截面面的内力大于用用底部剪力法法求出的内力力。这些截面的内力力乘以系数修修正。⑴高跨一侧有低低跨时⑵高跨两侧有低低跨时——空间影响系数数——高低跨跨数——高低跨屋盖的的重力荷载代代表值——高跨两侧低跨跨屋盖总的重重力荷载代表表值。6.吊车桥式引引起的地震震作用效应应增大系数数求出的乘乘以动力力放大系数数7.有斜腹杆的的桁架式天天窗架的地地震作用由于这种天天窗架的刚刚度大，可可将其视为一个质点点计算地震震作用，不不乘放大系系数。当天窗架跨跨度大于9m时（或9度时），可将求得的的天窗架地地震作用乘乘以1.5放大系数。8.排架内力组组合和构件件强度验算算（1)内力组合单层厂房地地震作用效效应组合表表达式：（不考虑风风荷载效应应、吊车横横向水平制制动力和竖竖向地震作作用）地震荷载效效应组合与与其它荷载载效应组合合一起进行行验算，取取其中最不不利的组合合控制设计计。（2）柱的截面面抗震验算算按偏心受压压构件验算算：S—截面作用效效应；R—相应的承载载力设计值值；—承载力抗震震调整系数数，见表3-16。（3）支承低跨跨屋盖牛腿腿的水平受受拉钢筋抗抗震验算牛腿水平受受拉钢筋截截面面积As:9.罕遇地震作作用下抗震震变形验算算规范要求：：8度III，IV类场地9度上柱验算罕罕遇地震下下的弹塑性性变形——放大系数（（1.3~2.6）h——上柱高10.单层砖柱厂厂房的横向向抗震计算算（自学））砖柱厂房自自振周期的的调整：1）2）砖柱考虑空间作用用效应调整整系数：按多质点空空间结构计计算地震作作用1.计算简图横向由排架架和山墙构构件组成。。纵向由排架架和纵墙及及柱间支撑撑组成。将厂房的质质量集中于于屋盖处。。结构的质点点数，只考考虑横向振振动时为N=n*h，考虑平动与与扭转同时时作用时，，N=（n+1)*h.2.运动方程及及地震作用用计算用振型分解解法计算多多自由度振振动方程.用振型分解解反应谱法法计算地震震作用.厂房横向抗抗震计算小小结1.规范规定：：在某些情情况下可不不进行厂房房横向和纵纵向的抗震震计算。（（7度，ⅠⅡ，4.5米，10米）2.横向自振周周期的计算算：用能量量法，质量的计算算采用折算算质量法，，将分散质质量集中到到屋盖处。。3.地震作用的的计算：底底部剪力法法考虑空间作作用影响。。各质点的的地震作用用：对不同的位位置的计算算值进行放放大修正：天天窗架，吊吊车梁，高高低跨处等。。各质点的质质量：将柱柱（墙）的的质量折算算到柱顶时时用底部弯弯矩等效的的原则。三、纵纵向抗震验验算厂房的纵向向抗震计算算较为复杂杂，针对不同情况提提出了不同同的简化计计算方法。。对于轻型柔性性屋盖，采采用“柱列法”即各个柱列分片进进行计算，，对刚度较较大的钢筋筋砼屋盖结构，，厂房的纵纵向自振周周期和地震震作用可采用“修正刚度法法”。对于两跨跨不等高厂房，采采用“拟能量法”的原则确定定厂房的基本周周期及相应应的纵向地地震作用。。一、自振周周期1、柱列法法⑴计算简图适用于轻型型柔性屋盖。柱顶质量为为——屋盖荷载——柱自重——纵墙——横墙或山墙墙——吊车梁——吊车重量⑵计算公式第s柱列的周期期---周期折减系系数，无围围护墙0.9有围护墙0.8——s柱列的总刚刚度（KN/m）包括排架柱柱，柱间支支撑，围护护墙等。2、修正刚度法法（适用于于刚度较大大的屋盖））⑴计算简图将所有的屋屋盖质量合合并为集中质量量，所有排排架柱刚度合并并为一个刚刚度。⑵计算公式K——修正系数，表5-12P1743、拟能量法（（适用于两两跨不等高高厂房）⑴计算简图：：将柱列半半跨范围内内的重力荷荷载代表值按动动能等效原原则等效到到柱与屋盖盖连接处⑵计算公式两跨不等高高厂房、屋屋盖的空间间作用及扭转效应使使中柱列和和边柱列地地震力不同同。计算的方法法是将中柱柱列和边柱柱列的重重力荷载值进行行调整，再再按能量法法求自振周周期。对中柱列对边柱列查表P174表5-13位移的求法法见图按单柱列求求解4、抗震规规范建议经经验公式按修正刚度度法计算单单跨或等高高多跨的钢筋砼柱厂厂房纵向地地震作用时时，当柱顶顶高不大于15m，平均跨度不不大于30m。纵向基本周周期经验公公式：——围护墙影响响系数，砖砖围护墙=1.0敞开，半敞敞开围护墙墙板——屋盖类型系系数，大型型屋面板，，钢筋砼屋架1.0。钢屋屋架0.85——长房跨度（（m），平均值——基础顶面至至柱顶高度度（m）对于四周有有外墙的单单层单跨砖砖柱厂房，，由于刚度度大，可不不必计算周周期，采取取

计算地地震作用。。二、厂房纵纵向刚度柱列+柱间支撑+纵墙1、柱k=1/δδ2、柱间支撑按桁架计算算，仅考虑虑支撑的轴轴向变形，，不考虑柱和和梁的轴向向变形。⑴柔形柱间支撑撑在地震作用用下，压杆杆将丧失稳定定而退出工工作，仅有斜向拉拉杆参加工工作。⑵半刚性柱间间支撑拉压杆的刚刚度都考虑虑，压杆按临界界状态刚度度计算。2、纵向砖墙⑴无洞或单洞洞墙上下端转动动受约束的的情况下端固定，，上端自由由K———小洞口影响响系数——砖墙开裂等等刚度折减减系数⑵多洞墙3、柱列刚刚度⑴仅柱顶作用用水平力时时⑵当柱列作用用两个地震震力时刚度矩阵三、地震作作用的计算算1、计算简图图，无吊车车时横墙纵纵墙墙檐檐墙注意：与周期计算算时不同。。周期计算算时按动能能等效。地地震作用计计算时，按按几何位置置划分。0.7是考虑纵墙墙上部重量量较大有吊车时：：吊车梁顶柱顶：2、柱列地地震作用⑴柱列法（轻轻型屋盖））：作用于第s柱列柱顶标标高处的纵纵向水平地震作用作用于吊车车梁顶面标标高处的地地震作用⑵修正刚度法法（砼柱大大型屋面板板等高厂房房）某一柱列的的地震作用用⑶拟能量法（（不等高厂厂房）作用于边柱柱列柱顶的的地震作用用作用于高低低跨交接处处连接点处处的地震作用用：3、构件的的地震作用用⑴仅柱列顶部部作用地震震作用时：柱列顶部位位移应相等等，各构件件的地震作用按刚度度分配。⑵当柱列作用用两个地震震力时柱列侧移：：分配给柱的的力：分配给支撑撑的力：分配给墙的的力：四、天窗地地震作用规范建议：：对单跨、、等高多跨跨、高度不不超过15m的厂房，突突出屋面天天窗的纵纵向地震力在底部部剪力法基基础上乘以以增大系数数。。（单跨、边边跨屋盖，，有纵向内隔墙的的中跨屋盖盖）（对于其它它中跨屋盖盖）n——厂房跨数，，超过跨按按4跨其它情况，，天窗架的的纵向抗震震计算，仍仍可按空间多多质点体系系计算。§6构件和节点点的抗震设设计一、柱间交交叉支撑1、斜杆