單層磚柱廠房的抗震設(shè)計(jì)

　 【提 要】 本文根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》編制的原則，通過對單層磚柱廠房震害分析，提出相應(yīng)的抗震設(shè)計(jì)方法。
【關(guān)鍵詞】 磚柱廠房，地震震害，抗震設(shè)計(jì)

單層磚柱廠房具有選價(jià)低廉、構(gòu)造簡單、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，在中小型工業(yè)廠肩中得到廣泛應(yīng)用。磚柱廠房是以磚柱（墻）做為承重和抗側(cè)力構(gòu)件，由于材料的脆性性質(zhì)，其抗震性能比鋼筋混凝土柱廠房差；由于磚往廠房內(nèi)部空曠、橫墻問距大，地震時(shí)的抗倒塌能力不如砌體結(jié)構(gòu)的民用建筑。因此根據(jù)磚柱廠房的震害特點(diǎn)，找出杭震的薄弱環(huán)節(jié)，提出相應(yīng)的抗震措施，提高其抗震能力是必要的。

1．地震震害及其特點(diǎn)：

·地震震害表明：6、7度區(qū)單層磚柱廠房破壞較輕，少數(shù)磚柱出現(xiàn)彎曲水平裂縫：8度區(qū)出現(xiàn)倒塌或局部倒塌，主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞；9度區(qū)廠房出現(xiàn)較為嚴(yán)重的破壞，倒塌率較大。

從震害特點(diǎn)看，磚柱是廠房的薄弱環(huán)節(jié)，外縱墻的磚柱在窗臺高度或廠房底部產(chǎn)主水平裂縫，內(nèi)縱墻的磚柱在底部產(chǎn)生水平裂縫，磚柱的破壞是廠肩倒塌的主要原因。山墻在地震時(shí)產(chǎn)生以水平裂縫為代表的平面外彎曲破壞，山墻外傾、檁條拔出，嚴(yán)重時(shí)山墻倒塌，端開間屋蓋塌落。屋蓋形式對廠房抗震性能有一定的影響，重屋蓋廠房的震害普遍重子輕屋蓋廠房，楞攤瓦和稀鋪望板的瓦木屋蓋，其縱向水平剛度和空間作用較差，地震時(shí)屋蓋易產(chǎn)生傾斜。

2．適用范圍及結(jié)構(gòu)布置

2．1單跨和等高多跨的單層磚柱廠房，當(dāng)無吊車且跨度和柱頂標(biāo)高均不大時(shí)，地震破壞較輕。不等高廠房由于高振型的影響，變截面柱的上柱震害嚴(yán)重又不易修復(fù)，容易造成屋架塌落。因此規(guī)定磚柱廠房的適用范圍為單跨或等高多跨且無橋式吊車的中小型廠房，6－8度時(shí)廠房的跨度不大子15m且柱頂標(biāo)高下大于6．6m，9度時(shí)跨度不大于12m且柱頂標(biāo)高不大于 4．5m。

2．2廠房的平立面應(yīng)簡單規(guī)則。平面宜為矩形，當(dāng)平面為L、T形時(shí)，廠房陰角部位易產(chǎn)生震害，特別是平面剛度不對稱，將產(chǎn)生應(yīng)力集中。對于立面復(fù)雜的廠房，當(dāng)屋面高低錯(cuò)落時(shí)，由于振動(dòng)的不協(xié)調(diào)而發(fā)主碰撞，震害更為嚴(yán)重。

2．3當(dāng)廠房體型復(fù)雜或有貼建的房屋（或構(gòu)筑物）時(shí)，應(yīng)設(shè)置防震縫將廠房與附屬建筑分割成各自獨(dú)立、體型簡單的抗震單元，以避免地震時(shí)產(chǎn)主破壞。針對中小型廠房的特點(diǎn)，鋼筋混凝上無檀屋蓋的磚柱廠房應(yīng)設(shè)置防震縫，而輕型屋蓋的磚柱廠房可不設(shè)防震縫。防震縫處宜設(shè)置雙柱或雙墻，以保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和剛度，防震縫的寬度應(yīng)根據(jù)地震時(shí)最大彈塑性變形計(jì)算確定。一般可采用50～70mm。

3．結(jié)構(gòu)體系

3.1地震時(shí)廠房破壞程度與屋蓋類型有關(guān)，一般來說重型屋蓋廠房震害重，輕型屋蓋廠房震害輕，在高烈度區(qū)影響更為明顯。因此要求6－8度時(shí)宜采用輕型屋蓋，9度時(shí)應(yīng)采用輕型屋蓋。人之地震震害調(diào)查表明：6、7度時(shí)的單跨和等高多跨磚柱廠房基本完好或輕微破壞，8、9度時(shí)排架柱有一定的震害甚至倒塌。因此《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（G8Jll一89）規(guī)定：6、7度時(shí)可采用十字形截面的無筋磚柱，8度1、2類場地應(yīng)采用組合磚柱，8度3、4類場地及9度時(shí)邊柱宣采用組合磚柱，中柱直采用鋼筋混凝土柱。經(jīng)過地震震害分析發(fā)現(xiàn)：非抗震設(shè)計(jì)的單層磚柱廠房經(jīng)過8度地震也有相當(dāng)數(shù)量的廠房基本完好，所倒塌的廠肩大部份在設(shè)計(jì)和施工上也存在先天不足，因此正常設(shè)計(jì)正常施工和正常使用的無筋磚柱單層廠后，在8度區(qū)仍然具有一定的抗震能力。可見對8度區(qū)的單層磚柱廠房都配筋的要求是偏嚴(yán)的，在抗震規(guī)范的修訂稿中將8度1、2類場地“應(yīng)”采用組合磚往改為“宜”采用組合磚柱，允許設(shè)計(jì)人員根據(jù)不同情況對是否配筋有所選擇。一般來說，當(dāng)單層磚柱廠房符合砌體結(jié)構(gòu)剛性方案條件，經(jīng)抗震驗(yàn)算承載力滿足要求時(shí)，可以采用無筋磚柱。

3. 3對于單層磚柱廠房的縱向仍然要求具有足夠的強(qiáng)度和剛度，單靠磚柱做為抗側(cè)力構(gòu)件是不夠的，如果象鋼筋混凝土柱廠房那樣設(shè)置柱間支撐，會(huì)吸引相當(dāng)大的地震剪力。使磚拄剪壞。為了增強(qiáng)廠房的縱向抗震承載力，在柱間砌筑與柱整體連接的縱向磚墻，以代替柱間支撐的作用，這是經(jīng)濟(jì)有效的方法。

3.4 當(dāng)廠房兩端為非承重山墻時(shí)，山墻頂部與檁條或屋面板恨難連接，只能依靠屋架上弦與防風(fēng)柱上端連接做為山墻頂部的支點(diǎn)，這不僅降低了房屋整體空間作用，對防止山墻的出平面破壞也不利，因此廠房兩端均應(yīng)設(shè)置承重山墻。

3．5 廠房的縱橫向內(nèi)隔墻宣做成抗震墻，其目的充分利用培體的功能，避免主體結(jié)構(gòu)的破壞。當(dāng)內(nèi)隔墻不能做成抗震墻時(shí)，最好采用輕質(zhì)隔墻，以避免墻體對柱及柱與屋架連接節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生不利影響，如果采用非輕質(zhì)隔墻，則應(yīng)考慮隔墻對柱及其與屋架節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的附加剪力。

3.6 無窗架不應(yīng)通至廠房單元的端開間，以免過份削弱屋蓋的剛度。天窗架采用磚壁承重時(shí)，將產(chǎn)生嚴(yán)重的震害甚至倒塌，地震區(qū)應(yīng)避免使用。

4 抗震承載力計(jì)算

4.1 橫向抗震計(jì)算
單層磚往廠房橫向抗震計(jì)算的計(jì)算簡圖，可按下列規(guī)定選取：（1）當(dāng)廠房柱為無筋磚柱或邊柱為組合磚柱、中柱為鋼筋混凝土柱時(shí)，可采用下端為固接、上端為鉸接的徘架結(jié)構(gòu)模型； （2）當(dāng)廠肩邊柱為無筋磚柱、中柱為鋼筋混凝士柱，在確定廠房自振周期時(shí)，磚柱下端按固接考慮，在計(jì)算水平地震作用時(shí)，磚柱下端按鉸接考慮。這主要是考宅到在地震作用下，隨著變形的不斷增加，無筋磚柱下端開裂并退出工作，囚而全部橫向地震作用由中部的鋼筋混凝土柱承擔(dān)。輕型屋蓋單層磚柱廠房的橫向抗震計(jì)算，可以忽略空間工作影響·采用平面排架進(jìn)、廳計(jì)算。對于鋼筋混凝上屋蓋和密鋪望板的瓦木屋蓋廠肩，其空間作用不能忽略，應(yīng)按空間分析的方法進(jìn)行計(jì)算：但為了簡化，對于一定條件下的廠房可以按平面排架進(jìn)行計(jì)算，考慮到其空間工作影響，對計(jì)算的地震作用效應(yīng)要進(jìn)行調(diào)整。

4.2 縱向抗震計(jì)算
對于鋼筋混凝土屋蓋的等高多跨磚柱廠房，當(dāng)考慮屋蓋為剛性時(shí)，縱向地震作用在各柱列之間的分配與柱列的側(cè)移剛度成正比：當(dāng)考慮屋蓋的彈性進(jìn)行空間分析時(shí)，側(cè)移剛度較大柱列分配的地震作用比按剛性屋蓋分配的地震作用小，而側(cè)移剛度較小柱列分配的地震作用比按剛性屋蓋分配的地震作用大。設(shè)計(jì)中為了利用剛性屋蓋假定時(shí)縱向地震作用分配形式簡單的優(yōu)點(diǎn)，可以針對不同屋蓋形式對柱列的側(cè)移剛度乘以修正系數(shù)，做為縱向地震分配時(shí)的柱列剛度，并對所計(jì)算的廠房自振周期進(jìn)行修正，以考慮屋蓋的彈性影響。
對于縱墻對稱布置的單跨廠房，在廠房縱向沿跨中切開，取一個(gè)柱列單獨(dú)進(jìn)行縱向計(jì)算與對廠房進(jìn)行整體分析結(jié)果是相同的。對于輕型屋蓋的多跨廠房雖然屋蓋仍具有一定的水平剛度，考慮到屋蓋與磚墻的彈性極限變形值相差較大，為了計(jì)算簡便，仍可假定各縱向往列在地震時(shí)獨(dú)立振動(dòng)，按柱列法進(jìn)行計(jì)算。
5 抗震構(gòu)造措施

5．1 單層磚柱廠房采用鋼筋混凝上屋蓋時(shí)的抗震構(gòu)造措施可參照鋼筋混凝土柱廠房的有關(guān)規(guī)定。采用瓦木屋蓋時(shí)，設(shè)有滿鋪望板的抗震能力比無望板強(qiáng)得多，望板能起到阻止屋架傾斜的作用。地震震害表明，未設(shè)上弦及下弦水平支撐的楞攤瓦屋蓋，屋架產(chǎn)主傾斜甚至倒塌的震害較多，因此要有足夠的

屋蓋支撐系統(tǒng)，保證屋蓋沿縱向有足夠的剛度和穩(wěn)定，以滿足抗震的要求。

5．2圈梁對增強(qiáng)廠房的整體性起到了重要作用，但預(yù)制圈梁抗震性能差，地震時(shí)在連接外容易拉斷，因此要求圈梁應(yīng)現(xiàn)澆且在廠房柱頂標(biāo)高處沿房屋外墻及承重內(nèi)墻閉合。對于8、分度區(qū)還應(yīng)沿墻高每隔3－4m增設(shè)一道圈梁，可提高磚墻的抗震性能，并能夠限制地震時(shí)墻體裂縫的開展，減輕墻體破壞。當(dāng)?shù)鼗鶠檐浫跽承酝�、液化土、新近填土或�?yán)重不均勻土層時(shí)，地震易出現(xiàn)裂縫，如果裂縫穿過廠房將使房屋撕裂，基礎(chǔ)頂面應(yīng)設(shè)置基礎(chǔ)圈梁，以減輕地震災(zāi)害。當(dāng)圈梁兼做門窗過梁或抵抗不均勻沉降影響時(shí)，圈梁的截面和配筋除滿足抗震構(gòu)造要求外，還應(yīng)根據(jù)實(shí)際受力計(jì)算確定。

采用鋼筋混凝土無檁屋蓋的磚柱廠房，地震時(shí)在屋蓋處圈梁下一至四皮磚的磚墻上易出現(xiàn)水平裂縫，因此8、9度時(shí)，在墻頂沿墻長每隔1m 左右埋設(shè) 1根8豎向鋼筋，并插入頂部圈梁內(nèi)，以避免上述震害的產(chǎn)生。
5．3地震中屋架與磚柱連接不牢，柱頭產(chǎn)主破壞甚至屋蓋坍落的震例是較多的。為了加強(qiáng)屋架與磚柱的連接，柱頂墊塊應(yīng)與墻頂圈梁整體澆注，屋架與墊塊的預(yù)埋件采用螺栓連接或焊接。當(dāng)墊塊厚度或配筋過小時(shí)。預(yù)埋件的錨固不能滿足要求，墊塊厚度丁應(yīng)小于240mm，井配置兩層直徑不小于8間距不大于100mm的鋼筋網(wǎng)。烈度較高時(shí)，屋蓋承受的地震作用較大，與墊塊整體澆注的圈粱受到較大的扭矩，墊塊兩側(cè)各500mm范圍內(nèi)圈梁的箍筋應(yīng)加密，其間距不應(yīng)大子100mm。

5. 4山墻是磚柱廠房抗震的薄弱部位，地震時(shí)產(chǎn)生外傾、局部倒塌甚至全部倒塌，震害的主要原因是山墻頂部與屋蓋系統(tǒng)拉結(jié)不牢。為了使屋蓋與山墻可靠連接，應(yīng)在山培頂部設(shè)置鋼筋混凝上臥梁，通過臥梁內(nèi)的預(yù)埋件與屋蓋構(gòu)件錨拉。

由于山墻比較高大，在橫向地震作用下，墻體內(nèi)的平面彎曲應(yīng)力使墻體產(chǎn)主水平裂縫，墻體內(nèi)的剪力使墻體產(chǎn)生交叉裂縫；在縱向地震作用下，墻體產(chǎn)生平面外傾倒。在山墻壁柱中配筋，可以防止或減輕上述震害的產(chǎn)生，壁柱的截面和配筋不應(yīng)小于排架柱，并應(yīng)通到墻頂與臥梁、屋面構(gòu)件連接。
為了防止山墻和橫墻的剪切破壞，對其開侗應(yīng)有所限制，開洞的水平截面面積不應(yīng)超過總截面面積的50％ 。8、9度時(shí)在山墻和橫墻兩端應(yīng)設(shè)置構(gòu)造柱，9度時(shí)在高大洞口兩側(cè)應(yīng)設(shè)置構(gòu)造柱。

參 考 文 獻(xiàn)
[l]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（征求意見稿），北京1998。
[2]劉大海等《單層與多層房屋抗震設(shè)計(jì)》，西安，陜西科學(xué)技術(shù)出版社， 1987。

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