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单层砖柱工业厂房的抗震设计

单层砖柱厂房具有选价低廉、构造简单、施工方便等优点,在中小型工业厂肩中得到广泛应用。砖柱厂房是以砖柱(墙)做为承重和抗侧力构件,由于材料的脆性性质,其抗震性能比钢筋混凝土柱厂房差;由于砖往厂房内部空旷、横墙问距大,地震时的抗倒塌能力不如砌体结构的民用建筑。因此根据砖柱厂房的震害特点,找出杭震的薄弱环节,提出相应的抗震措施,提高其抗震能力是必要的。 关键词:结构设计 砖柱 厂房  1.地震震害及其特点:地震震害表明:6、7度区单层砖柱厂房破坏较轻,少数砖柱出现弯曲水平裂缝:8度区出现倒塌或局部倒塌,主体结构产生破坏;9度区厂房出现较为严重的破坏,倒塌率较大。从震害特点看,砖柱是厂房的薄弱环节,外纵墙的砖柱在窗台高度或厂房底部产主水平裂缝,内纵墙的砖柱在底部产生水平裂缝,砖柱的破坏是厂肩倒塌的主要原因。山墙在地震时产生以水平裂缝为代表的平面外弯曲破坏,山墙外倾、檩条拔出,严重时山墙倒塌,端开间屋盖塌落。屋盖形式对厂房抗震性能有一定的影响,重屋盖厂房的震害普遍重子轻屋盖厂房,楞摊瓦和稀铺望板的瓦木屋盖,其纵向水平刚度和空间作用较差,地震时屋盖易产生倾斜。2.适用范围及结构布置2.1单跨和等高多跨的单层砖柱厂房,当无吊车且跨度和柱顶标高均不大时,地震破坏较轻。不等高厂房由于高振型的影响,变截面柱的上柱震害严重又不易修复,容易造成屋架塌落。因此规定砖柱厂房的适用范围为单跨或等高多跨且无桥式吊车的中小型厂房,6-8度时厂房的跨度不大子15m且柱顶标高下大于6.6m,9度时跨度不大于12m且柱顶标高不大于 4.5m。2.2厂房的平立面应简单规则。平面宜为矩形,当平面为L、T形时,厂房阴角部位易产生震害,特别是平面刚度不对称,将产生应力集中。对于立面复杂的厂房,当屋面高低错落时,由于振动的不协调而发主碰撞,震害更为严重。2.3当厂房体型复杂或有贴建的房屋(或构筑物)时,应设置防震缝将厂房与附属建筑分割成各自独立、体型简单的抗震单元,以避免地震时产主破坏。针对中小型厂房的特点,钢筋混凝上无檀屋盖的砖柱厂房应设置防震缝,而轻型屋盖的砖柱厂房可不设防震缝。防震缝处宜设置双柱或双墙,以保证结构的整体稳定性和刚度,防震缝的宽度应根据地震时最大弹塑性变形计算确定。一般可采用50~70mm。3.结构体系3.1地震时厂房破坏程度与屋盖类型有关,一般来说重型屋盖厂房震害重,轻型屋盖厂房震害轻,在高烈度区影响更为明显。因此要求6-8度时宜采用轻型屋盖,9度时应采用轻型屋盖。人之地震震害调查表明:6、7度时的单跨和等高多跨砖柱厂房基本完好或轻微破坏,8、9度时排架柱有一定的震害甚至倒塌。因此《建筑抗震设计规范》(G8Jll一89)规定:6、7度时可采用十字形截面的无筋砖柱,8度1、2类场地应采用组合砖柱,8度3、4类场地及9度时边柱宣采用组合砖柱,中柱直采用钢筋混凝土柱。经过地震震害分析发现:非抗震设计的单层砖柱厂房经过8度地震也有相当数量的厂房基本完好,所倒塌的厂肩大部份在设计和施工上也存在先天不足,因此正常设计正常施工和正常使用的无筋砖柱单层厂后,在8度区仍然具有一定的抗震能力。可见对8度区的单层砖柱厂房都配筋的要求是偏严的,在抗震规范的修订稿中将8度1、2类场地“应”采用组合砖往改为“宜”采用组合砖柱,允许设计人员根据不同情况对是否配筋有所选择。一般来说,当单层砖柱厂房符合砌体结构刚性方案条件,经抗震验算承载力满足要求时,可以采用无筋砖柱。3.2对于单层砖柱厂房的纵向仍然要求具有足够的强度和刚度,单靠砖柱做为抗侧力构件是不够的,如果象钢筋混凝土柱厂房那样设置柱间支撑,会吸引相当大的地震剪力。使砖拄剪坏。为了增强厂房的纵向抗震承载力,在柱间砌筑与柱整体连接的纵向砖墙,以代替柱间支撑的作用,这是经济有效的方法。3.3当厂房两端为非承重山墙时,山墙顶部与檩条或屋面板恨难连接,只能依靠屋架上弦与防风柱上端连接做为山墙顶部的支点,这不仅降低了房屋整体空间作用,对防止山墙的出平面破坏也不利,因此厂房两端均应设置承重山墙。3.4 厂房的纵横向内隔墙宣做成抗震墙,其目的充分利用培体的功能,避免主体结构的破坏。当内隔墙不能做成抗震墙时,最好采用轻质隔墙,以避免墙体对柱及柱与屋架连接节点产生不利影响,如果采用非轻质隔墙,则应考虑隔墙对柱及其与屋架节点产生的附加剪力。(参考《建筑中文网》)3.5 无窗架不应通至厂房单元的端开间,以免过份削弱屋盖的刚度。天窗架采用砖壁承重时,将产生严重的震害甚至倒塌,地震区应避免使用。4 抗震承载力计算4.1 横向抗震计算单层砖往厂房横向抗震计算的计算简图,可按下列规定选取:(1)当厂房柱为无筋砖柱或边柱为组合砖柱、中柱为钢筋混凝土柱时,可采用下端为固接、上端为铰接的徘架结构模型; (2)当厂肩边柱为无筋砖柱、中柱为钢筋混凝士柱,在确定厂房自振周期时,砖柱下端按固接考虑,在计算水平地震作用时,砖柱下端按铰接考虑。这主要是考宅到在地震作用下,随着变形的不断增加,无筋砖柱下端开裂并退出工作,囚而全部横向地震作用由中部的钢筋混凝土柱承担。轻型屋盖单层砖柱厂房的横向抗震计算,可以忽略空间工作影响·采用平面排架进、厅计算。对于钢筋混凝上屋盖和密铺望板的瓦木屋盖厂肩,其空间作用不能忽略,应按空间分析的方法进行计算:但为了简化,对于一定条件下的厂房可以按平面排架进行计算,考虑到其空间工作影响,对计算的地震作用效应要进行调整。4.2 纵向抗震计算对于钢筋混凝土屋盖的等高多跨砖柱厂房,当考虑屋盖为刚性时,纵向地震作用在各柱列之间的分配与柱列的侧移刚度成正比:当考虑屋盖的弹性进行空间分析时,侧移刚度较大柱列分配的地震作用比按刚性屋盖分配的地震作用小,而侧移刚度较小柱列分配的地震作用比按刚性屋盖分配的地震作用大。设计中为了利用刚性屋盖假定时纵向地震作用分配形式简单的优点,可以针对不同屋盖形式对柱列的侧移刚度乘以修正系数,做为纵向地震分配时的柱列刚度,并对所计算的厂房自振周期进行修正,以考虑屋盖的弹性影响。对于纵墙对称布置的单跨厂房,在厂房纵向沿跨中切开,取一个柱列单独进行纵向计算与对厂房进行整体分析结果是相同的。对于轻型屋盖的多跨厂房虽然屋盖仍具有一定的水平刚度,考虑到屋盖与砖墙的弹性极限变形值相差较大,为了计算简便,仍可假定各纵向往列在地震时独立振动,按柱列法进行计算。5 抗震构造措施5.1 单层砖柱厂房采用钢筋混凝上屋盖时的抗震构造措施可参照钢筋混凝土柱厂房的有关规定。采用瓦木屋盖时,设有满铺望板的抗震能力比无望板强得多,望板能起到阻止屋架倾斜的作用。地震震害表明,未设上弦及下弦水平支撑的楞摊瓦屋盖,屋架产主倾斜甚至倒塌的震害较多,因此要有足够的屋盖支撑系统,保证屋盖沿纵向有足够的刚度和稳定,以满足抗震的要求。5.2圈梁对增强厂房的整体性起到了重要作用,但预制圈梁抗震性能差,地震时在连接外容易拉断,因此要求圈梁应现浇且在厂房柱顶标高处沿房屋外墙及承重内墙闭合。对于8、分度区还应沿墙高每隔3-4m增设一道圈梁,可提高砖墙的抗震性能,并能够限制地震时墙体裂缝的开展,减轻墙体破坏。当地基为软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀土层时,地震易出现裂缝,如果裂缝穿过厂房将使房屋撕裂,基础顶面应设置基础圈梁,以减轻地震灾害。当圈梁兼做门窗过梁或抵抗不均匀沉降影响时,圈梁的截面和配筋除满足抗震构造要求外,还应根据实际受力计算确定。采用钢筋混凝土无檩屋盖的砖柱厂房,地震时在屋盖处圈梁下一至四皮砖的砖墙上易出现水平裂缝,因此8、9度时,在墙顶沿墙长每隔1m 左右埋设 1根8竖向钢筋,并插入顶部圈梁内,以避免上述震害的产生。5.3地震中屋架与砖柱连接不牢,柱头产主破坏甚至屋盖坍落的震例是较多的。为了加强屋架与砖柱的连接,柱顶垫块应与墙顶圈梁整体浇注,屋架与垫块的预埋件采用螺栓连接或焊接。当垫块厚度或配筋过小时。预埋件的锚固不能满足要求,垫块厚度丁应小于240mm,井配置两层直径不小于8间距不大于100mm的钢筋网。烈度较高时,屋盖承受的地震作用较大,与垫块整体浇注的圈粱受到较大的扭矩,垫块两侧各500mm范围内圈梁的箍筋应加密,其间距不应大子100mm。5. 4山墙是砖柱厂房抗震的薄弱部位,地震时产生外倾、局部倒塌甚至全部倒塌,震害的主要原因是山墙顶部与屋盖系统拉结不牢。为了使屋盖与山墙可靠连接,应在山培顶部设置钢筋混凝上卧梁,通过卧梁内的预埋件与屋盖构件锚拉。由于山墙比较高大,在横向地震作用下,墙体内的平面弯曲应力使墙体产主水平裂缝,墙体内的剪力使墙体产生交叉裂缝;在纵向地震作用下,墙体产生平面外倾倒。在山墙壁柱中配筋,可以防止或减轻上述震害的产生,壁柱的截面和配筋不应小于排架柱,并应通到墙顶与卧梁、屋面构件连接。为了防止山墙和横墙的剪切破坏,对其开侗应有所限制,开洞的水平截面面积不应超过总截面面积的50% 。8、9度时在山墙和横墙两端应设置构造柱,9度时在高大洞口两侧应设置构造柱。
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