浅谈如何对单层工业厂房进行抗震设计

浅谈如何对单层工业厂房进行抗震设计
摘要：
中国是地震多发的国家,建筑物要充分考虑抗震的需要,由于地震的复杂性、不确定性，人们很难把握地震的规律性，因此在进行建筑物的抗震设计时，理论数据的局限性限制了设计的可靠性，如果着眼于结构的总体反应，按照结构的破坏机制和破坏过程，灵活的运用抗震设计准则，从大量的地震灾害机理和设计实践中得到的启示是：既要注意总体布置，又要顾及到关键部位的细节，从而使建筑物具有良好的抗震性能和足够的抗震能力。

在单层工业厂房的抗震设计时，合理的结构布置、保证结构的稳定性，是单层工业厂房抗震概念性能和足够的抗震能力。

在单层工业厂房的抗震设计时，合理的结构布置、保证结构的延性、减轻结构上部的重量、考虑到支撑系统的布置、柱及连接点的言行以及围护结构的稳定性，是单层工业厂房抗震概念设计的重要内容。

良好的概念设计可以从根本上消除结构设计的薄弱环节，是整个厂房具有较高的总体抗震能力。

【关键词】合理结构；延性；支撑
1 前言
1975年、1976年中国海城。

唐山大地震不仅造成了大量的人员伤亡，还使大量的建筑遭到破坏，从而使人们重视对建筑物的抗震设计。

所谓的抗震概念设计就是进行结构抗震设计时，着眼与结构的总体地震反应，按照结构的破坏机制和破坏过程，灵活的运用抗震设计准则，全面地、合理地解决结构时机的基本问题。

既注意总体布置上的原则，又顾及到关键部位的细节，从根本上提高结构的抗震能力。

从大量的建筑物震害机理与设计实践中，人们体会到合理的抗震设防往往是减轻震害的重要原因；要使一个工程具有良好的抗震性能和足够的抗震能力，概念设计比结构设计更为重要。

2.合理的结构布局
单层厂房平面布置要体型简单、规则，各部分结构刚度、质量均匀对称。

当平、立面布置复杂或结构高差大，刚度相关很大，以及在厂房侧边贴建生活等房屋时，应用抗震缝将相邻部分分开。

抗震缝两侧应布置墙或柱，抗震缝的宽度按房屋高度和设计烈度不同，而取不小于5~9cm和10~15 cm。

在排架的结构设计上，由于构建的抗推强度和屈服强度比，及构件实际截面地震剪力的比值，沿竖向突变，突变部位会因此出现较大的塑性变形集中，发生严重破坏。

因此，等高厂房与不等高厂房相比较，后者伸壁小柱抗推强度和屈服强度比的突然减小，将引起地震时塑性变形集中，从而使小柱因过大变形而破坏。

为保证强度和刚度的连续变化，避免高阶振形地震反应对结构带来的不利影响，在单厂设计中，应首先选用等高的的排架结构。

3 保证结构的延性
构件的抗推刚度大，势必要吸收较大的地震作用和较多的输入能量，而构件的强度低，则表明构件的屈服强度比值低，容易发生早期破坏。

构件的延性小，就意味着构件所能消耗的地震能量较少。

一多一少，其结果是是构件发生严重的
破坏。

除柱根部外，其他部位不出现塑性较。

钢筋混土柱是单层厂房的主要承重构件，在强烈地震作用下有不少厂房因柱破坏而引起整个厂房倒塌。

一般来说钢筋混土柱具有良好的抗震性能，这与钢筋混淋土柱所用材料具有较好的延性有关，我们知道钢筋混土结构在一般按配筋率的情况下，截面破坏是钢筋首先达到屈服，这时构件还能有很大的塑形变形。

这种结构能耐受的变形能力就是结构的延性。

地震作用是对结构能量的输入，当地震荷载引起的构件截面内力超过结构的相应强度指标而使结构开裂或钢筋屈服时，对延性结构来说，并不意味着已经破坏，而还能继续吸收和消耗地震能量，因此延性结构具有良好的抗震性能。

而在设计钢筋混凝土主要承重构件时，应使它具有足够的延性，也就是结构构件不发生脆性破坏。

但是钢筋混凝土构件的剪切破坏是接近脆性破坏的。

剪切破坏先发生就不能够是整个结构的延性性质得到充分发挥，因此应防止剪切破坏。

在单层厂房中，住承受地震引起的横向水平力，一些对横向水平剪力比较敏感的形式如平腹双肢柱、腹板开口的工字型柱、薄壁工字型柱等因剪切而破坏较为普遍和明显。

同时由于注重剪切力的存在，亦降低了柱的抗压强度，致使有些柱遭受破坏。

因此在柱的设计中，不能忽略剪力作用。

为了保证结构有足够的延性，不致因剪切而引起破坏，上述对抗剪切不利或反应敏感的形式采用是应当慎重。

4 结构重量的影响
地震对结构作用的大小，几乎与结构的重量成正比。

重量大的，地震作用就大，震害就重；反之，震害就轻。

厂房宜优先采用轻质屋面结构来提高抗震性能。

5 支撑系统的布置
震害表明，支撑布置不足或不合格是造成房屋大面积倒塌的重要原因。

柱间支撑是保证厂房纵向刚度和将屋盖地震荷载传到基础的重要构件。

单层厂房的纵向抗震能力是不高的，因此纵向震害比较明显，尤其是多跨厂房的中柱列，震害更为明显。

一般7°以上地震区必须在厂房中设置柱间支撑；当设计烈度为8°、9°时，除在厂房单元中段设柱间支撑外，在两端应增设上柱支撑；当厂房纵向较长，屋面较重，跨度较大且为多跨时，每一柱列亦可设两道以上柱间支撑，支撑位置可设在单元中段三分之一的范围内。

6 柱及联接点
在单层厂房设计中，排架是按铰接考虑的，而实际构造采用屋架与支柱之间焊接连接，可使节点具体较大的刚性，基本上无转动的可能，在强烈地震作用下，厂房排架产生较大的水平力，如果屋架与柱及屋架支座构造没有考虑此地震力，而且延性又差，那么在地震冲击下，轻则柱顶开裂压酥，重则混凝土剥落，预埋板拔开，锚筋拉脱，屋架端头破坏，有的甚至将上柱拉断。

螺栓连接有利于提高联接点的延性，在变形较大情况下，可以起铰作用，以避免屋架端和柱发生严重震害。

7 结构方案与构造
在结构方案与构造上，一定要使结构具有较好的延性。

如避免采用长细构件，使结构和构件不一致因失稳而破坏。

在应力集中区，如节点及梁、柱的端部采用较密的箍筋或连续的螺旋箍把混凝土箍紧；受拉钢筋留有足够的锚固长度；限制
构件过大的配筋率，避免构件发生脆性破坏等。

为了提高柱顶的抗震能力，增加柱顶的延性，应为柱顶50㎝范围内箍筋加密。

8 围护结构
当采用砖墙围护时，为了避免地震时砖围护墙的外闪和倒塌，增加墙体平面外的稳定性，必须使围护墙体与屋盖构件拉结，围护墙和山墙应沿全高与柱妥善拉结，防止使墙呈悬壁状态，在有条件时，围护墙宜优先采用大型钢筋混凝土墙板或其它轻质材料。

高低跨厂房的高跨封墙，以及纵横接处的悬墙，应尽量采用轻质材料，并与屋盖构件及柱有牢固锚拉；如采用砖墙，必须使墙体与屋盖构件和柱有可靠联结，保证其有足够的稳定性。

圈梁随同墙体一起倒塌的例子较多，这说明圈梁必须与柱或屋盖构件具有良好的拉结，否则在地震力作用下，起不到增强厂房整体性的作用。

这对顶部圈梁尤为重要，因厂房顶部在地震作用下产生位移最大，圈梁所受的冲击力亦大，为此顶部的圈梁应加强与屋盖构件或柱的拉结。

山墙承重对抗震来说是不利的，一旦山墙出现严重破坏或倒塌，将造成严重后果，因此不宜采用山墙承重方案，而必须设置端屋架。

9 结束语
从单层厂房设计中，我们理解到厂房的抗震分析，已由平面排架分析改为考虑房屋屋盖剪切变形等空间结构分析，构造措施上由局部的、定性的规定，上升为总体的定量的规定；从单一的构件抗震，上升为厂房的整体的抗震。

而由于地震的不确定性和复杂性以及结构力学模型与实际情况的差异，结构计算很难把握住建筑物的抗震薄弱环节。

因此，良好的概念设计，则可以从根本上消除薄弱环节，使整个建筑物具有较高的的总体抗震能力。

当设计各种建筑物时，必须考虑地震的作用能力，并采用适当的行之有效的抗震措施。

随着对地震经验的不断总结、抗震研究的不断深化，设计方法已进行广泛交流，工程抗震的设计，愈来愈受到世界范围内工程界的普遍重视。

10 参考文献
【l】中华人民共和国国家标准《建筑抗震设计规范》北京1998。

【2】刘大海等《单层与多层房屋抗震设计》，西安，陕西科学技术出版社，1987。