單層廠房抗震設(shè)計

教學(xué)目標(biāo)與要求

1.了解單層廠房的震害特征及原因。2.深刻理解單層廠房的抗震概念設(shè)計的要求。3.熟悉單層鋼筋混凝土柱廠房的橫、縱向抗震計算方法。4.熟悉單層廠房的主要抗震構(gòu)造措施。第1頁/共103頁

導(dǎo)入案例

5.12在汶川地震中，東方汽輪機(jī)廠的單層工業(yè)廠房排架柱一般完好，牛腿到屋頂柱有破壞；鋼筋混凝土屋架與大型屋面板組成的屋蓋破壞較重；廠房維護(hù)墻破壞嚴(yán)重；輕鋼屋蓋和輕鋼維護(hù)結(jié)構(gòu)破壞較輕。單層工業(yè)廠房的震害為什么具有上述特點呢？單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計應(yīng)包括哪些內(nèi)容呢？我們可以通過本章的學(xué)習(xí)得到了解。第2頁/共103頁7.1

震害分析

和其他結(jié)構(gòu)相比較，單層廠房的震害總的來說較輕，且主要是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞。震害調(diào)查表明，圍護(hù)墻布置不合理是造成廠房震害的重要原因之一，且大型墻板的震害明顯輕于砌體墻。廠房的山墻也易倒塌。如果山墻上直接鋪有屋面板，山墻的倒塌也引起有關(guān)屋面板的墜落。以下分別按廠房橫向排架和縱向柱列兩個方向的震害來進(jìn)行分析。第3頁/共103頁橫向地震作用下廠房主體結(jié)構(gòu)的震害廠房的橫向抗側(cè)力體系常為屋蓋橫梁(屋架)與柱鉸接的排架形式。在地震作用下，如果構(gòu)件或節(jié)點承載力不足或變形過大，將會引起相應(yīng)的破壞。主要震害現(xiàn)象有：第4頁/共103頁1．柱的局部震害1）上柱柱身變截面處開裂或折斷(圖7-1)。上柱截面較弱，在屋蓋及吊車的橫向水平地震作用下承受著較大的剪力，故柱子處于壓彎剪復(fù)合受力狀態(tài)，在柱子的變截面處因剛度突變而產(chǎn)生應(yīng)力集中，一般在吊車梁頂面附近易產(chǎn)生拉裂甚至折斷。圖7-1上柱震害第5頁/共103頁2）柱頭及其與屋架聯(lián)結(jié)的破壞。柱頂與屋面梁的連接處由于受力復(fù)雜易發(fā)生剪裂、壓酥、拉裂或錨筋拔出、鋼筋彎折等震害。3）柱肩豎向拉裂在高低跨廠房的中柱，常用柱肩或牛腿支承低跨屋架，地震時由于高振型的影響，高低跨兩個屋蓋產(chǎn)生相反方向的運(yùn)動，柱肩或牛腿所受的水平地震作用將增大許多，如果沒有配置足夠數(shù)量的水平鋼筋，中柱柱肩或牛腿產(chǎn)生豎向拉裂(圖7-2)。圖7-2柱肩豎向裂縫

第6頁/共103頁4）下柱震害下柱下部出現(xiàn)橫向裂縫或折斷，后者會造成倒塌等嚴(yán)重后果。5)柱間支撐產(chǎn)生壓屈。

圖7-3柱間支撐壓屈

第7頁/共103頁Π型天窗是廠房抗震的薄弱部位，在6度區(qū)就有震害的實例。震害主要表現(xiàn)為支撐桿件失穩(wěn)彎曲，支撐與天窗立柱連接節(jié)點被拉脫，天窗立柱根部開裂或折斷等。這是因為Π型天窗位于廠房最高部位，地震效應(yīng)大。圖7-4天窗結(jié)構(gòu)

（2）Π型天窗架與屋架聯(lián)接節(jié)點的破壞第8頁/共103頁（3）圍護(hù)墻開裂外閃、局部或大面積倒倒塌。其中高懸墻、女兒墻受鞭端效應(yīng)的影響，破壞最為嚴(yán)重。

圖7-6J磚墻大部分倒塌

第9頁/共103頁縱向地震作用下廠房主體結(jié)構(gòu)的震害

（1）屋面板錯動墜落在大型屋面板屋蓋中，如屋面板與屋架或屋面梁焊接不牢，地震時往往造成屋面板錯動滑落，甚至引起屋架的失穩(wěn)倒塌（圖7-6）。

歷次地震的震害調(diào)查表明，廠房受縱向水平地震作用時的破壞程度重于橫向地震作用時的破壞程度。主要的破壞形式有：第10頁/共103頁圖7-6局部屋面板掉落第11頁/共103頁

（2）

天窗兩側(cè)豎向支撐斜桿拉斷，節(jié)點破壞，天窗架沿廠房縱向傾斜，甚至倒下砸塌屋蓋。

（3）屋架破壞屋蓋的縱向地震力是通過屋面板焊縫從屋架中部向屋架的兩端傳遞的，屋架兩端的剪力最大。因此，屋架的震害主要是端頭混凝土酥裂掉角、支撐大型屋面板的支墩折斷、端節(jié)間上弦剪斷等。

第12頁/共103頁圖7-7屋架與柱頂連接處嚴(yán)重破壞

第13頁/共103頁（4）支撐震害在設(shè)有柱間支撐的跨間，由于其剛度大，屋架端頭與屋面板邊肋連接點處的剪力最為集中，往往首先被剪壞；這使得縱向地震力的傳遞轉(zhuǎn)移到內(nèi)肋，導(dǎo)致屋架上弦受到過大的縱向地震力而破壞。當(dāng)縱向地震力主要由支撐傳遞時，若支撐數(shù)量不足或布置不當(dāng)，會造成支撐的失穩(wěn)，引起屋面的破壞或屋蓋的倒塌。另外，柱根處也會發(fā)生沿廠房縱向的水平斷裂。

（5）縱向地震作用下圍護(hù)結(jié)構(gòu)的震害有山墻、山尖外閃或局部塌落。

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圖7-8山墻倒塌

第15頁/共103頁磚柱廠房的抗震性能遠(yuǎn)不如鋼筋混凝土廠房。其屋蓋的震害現(xiàn)象有：屋面瓦下滑和掉落；楞攤瓦屋面的木屋架沿廠房縱向向一側(cè)傾斜；木屋架及其氣樓間的豎向交叉支撐或節(jié)點被拉脫，或木桿件被拉斷；重屋蓋的天窗兩側(cè)豎向支撐或節(jié)點被拉脫，或鋼桿件被壓屈。磚柱的震害現(xiàn)象有：內(nèi)部獨立磚柱在底部發(fā)生水平裂縫，柱頂混凝土墊塊底面出現(xiàn)水平裂縫，少數(shù)發(fā)生錯位；高低跨磚柱上柱水平折斷，或支承低跨屋架的柱肩產(chǎn)生豎向裂縫。

墻體的震害主要有：山墻外傾，檁條由墻頂拔出，嚴(yán)重時山墻尖向外傾倒，端開間屋面局部塌落；外縱墻在窗臺高度處出現(xiàn)細(xì)微水平裂縫，較嚴(yán)重時水平折斷，并常伴有壁柱磚塊局部壓碎崩落，更嚴(yán)重時整個廠房橫向傾倒。

第16頁/共103頁7.2抗震設(shè)計7．2．1設(shè)計原則1．結(jié)構(gòu)布置和選型①單層廠房的平面布置應(yīng)注意體型簡單、規(guī)則、各部分結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量均勻?qū)ΨQ，盡量避免體型曲折復(fù)雜、凹凸變化，盡可能選用長方形平面體型。②廠房的毗連房屋沿廠房縱墻或山墻布置，而不宜布置在廠房角部和緊鄰防震縫處。第17頁/共103頁③平面復(fù)雜時，在側(cè)向剛度或高差變化很大的部位，以及沿廠房側(cè)邊有貼建房屋時，宜設(shè)防震縫。防震縫的兩側(cè)應(yīng)布置墻或柱。在廠房縱橫跨交接處，以及對大柱網(wǎng)廠房等可不設(shè)柱間支撐的廠房，防震縫寬度可采用100～150mm，其他情況可采用50～90mm。在豎向應(yīng)減少剛度突變，各跨的高度應(yīng)盡可能相同。④兩個主廠房之間的過渡跨至少應(yīng)有一側(cè)采用防震縫與主廠房脫開。⑤廠房內(nèi)用于進(jìn)入吊車的鐵梯不應(yīng)靠近防震縫設(shè)置；多跨廠房各跨上吊車的鐵梯不宜設(shè)置在同一橫向軸線附近。第18頁/共103頁第19頁/共103頁⑥工作平臺宜與廠房主體結(jié)構(gòu)脫開。⑦廠房的同一結(jié)構(gòu)單元內(nèi)不應(yīng)采用不同的結(jié)構(gòu)型式，也不應(yīng)采用橫墻和排架混合承重。⑧廠房各柱列的側(cè)移剛度宜均勻。第20頁/共103頁2．廠房天窗架的設(shè)置天窗是薄弱環(huán)節(jié)，它削弱屋蓋的整體剛度。從抗震的角度，廠房天窗架的設(shè)置應(yīng)符合下列要求：1）天窗宜采用突出屋面較小的避風(fēng)型天窗，有條件或9度時宜采用下沉式天窗。2）突出屋面的天窗宜采用鋼天窗架；6～8度時，可采用矩形截面桿件的鋼筋混凝土天窗架。3）8度和9度時，天窗宜宜從廠房單元端部第三柱間開始設(shè)置。4）天窗屋蓋、端壁板和側(cè)板，宜采用輕型板材。第21頁/共103頁應(yīng)合理地布置支撐，使廠房形成空間傳力體系。(2)支撐的布置①柱間支撐除在廠房縱向的中部設(shè)置外，有吊車時或8度和9度時尚宜在廠房單元兩端增設(shè)上柱支撐；

②8度且跨度不小于18m的多跨廠房中柱和9度時多跨廠房的各柱，宜在縱向設(shè)置柱頂通長水平壓桿(圖7—4)，此壓桿可與梯形屋架支座處通長水平系桿合并設(shè)置，鋼筋混凝土系桿端頭與屋架間的空隙應(yīng)采用混凝土填實。

③廠房單元較長時，或8度Ⅲ、Ⅳ類場地和9度時，可在廠房單元中部1／3區(qū)段內(nèi)設(shè)置兩道柱間支撐，且下柱支撐應(yīng)與上柱支撐配套設(shè)置。

第22頁/共103頁④有檁屋蓋的支撐布置應(yīng)符合表7-1的要求。

⑤無檁屋蓋的支撐布置應(yīng)符合表7-2的要求；8度和9度跨度不大于15m的屋面梁屋蓋，可僅在廠房單元兩端各設(shè)豎向支撐一道。

第23頁/共103頁第24頁/共103頁第25頁/共103頁第26頁/共103頁(3)圍護(hù)墻的布置

①圍護(hù)墻的布置應(yīng)盡量均勻、對稱。

②當(dāng)廠房的一端設(shè)縫而不能布置橫墻時，則另一端宜采用輕質(zhì)掛板山墻。

③多跨廠房的砌體圍護(hù)墻宜采用外貼式，不宜采用嵌砌式。否則，邊柱列(嵌砌有墻)與中柱列(一般只有柱間支撐)的剛度相差懸殊，導(dǎo)致邊跨屋蓋因扭轉(zhuǎn)效應(yīng)過大而發(fā)生震害。

④廠房內(nèi)部有砌體隔墻時，也不宜嵌砌于柱間，可采用與柱脫開或與柱柔性連接的構(gòu)造處理方法，以避免局部剛度過大或形成短柱而引起震害。⑤廠房端部宜設(shè)置屋架，不宜采用山墻承重。第27頁/共103頁⑦單層鋼筋混凝土柱廠房的圍護(hù)墻宜采用輕質(zhì)墻板或鋼筋混凝土大型墻板，外側(cè)柱距為12m時應(yīng)采用輕質(zhì)墻板或鋼筋混凝土大型墻板；不等高廠房的高跨封墻和縱橫向廠房交接處的懸墻宜采用輕質(zhì)墻板，8、9度時應(yīng)采用輕質(zhì)墻板。⑧廠房圍護(hù)墻、女兒墻的布置和構(gòu)造，應(yīng)符合有關(guān)對非結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震要求的規(guī)定。⑥鋼結(jié)構(gòu)廠房的圍護(hù)墻，7、8度時宜采用輕質(zhì)墻板或與柱柔性連接的鋼筋混凝土墻板，不應(yīng)采用嵌砌砌體墻；8度時尚應(yīng)采取措施使墻體不妨礙廠房柱列沿縱向的水平位移；9度時宜采用輕質(zhì)墻板。

第28頁/共103頁3．廠房屋架的設(shè)置①廠房宜采用鋼屋架或重心較低的預(yù)應(yīng)力混凝土、鋼筋混凝土屋架。當(dāng)跨度不大于15m時，可采用鋼筋混凝土屋面梁。在6-8度地震區(qū)可采用預(yù)應(yīng)力混凝土或鋼筋混凝土屋架，但在8度區(qū)Ⅲ、Ⅳ類場地和9度區(qū)，或屋架跨度大于24m時，宜采用鋼屋架。

②

柱距為12m時，可采用預(yù)應(yīng)力混凝土托架(梁)；當(dāng)采用鋼屋架時，亦可采用鋼托架(梁)。

③有突出屋面天窗架的屋蓋不宜采用預(yù)應(yīng)力混凝土或鋼筋混凝土空腹屋架。第29頁/共103頁4．廠房柱的設(shè)置①柱子的結(jié)構(gòu)形式，在8、9度地震區(qū)宜采用矩形、工字形或斜腹桿雙肢柱，不宜采用薄壁工字形柱、腹板開孔柱、預(yù)制腹板的工字形柱和管柱，也不宜采用平腹桿雙肢柱。

②柱底至室內(nèi)地坪以上500mm范圍內(nèi)和階形柱的上柱宜采用矩形截面，以增強(qiáng)這些部位的抗剪能力。

第30頁/共103頁7.2.2單層鋼結(jié)構(gòu)廠房的一般規(guī)定單層鋼結(jié)構(gòu)廠房(不含輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房)抗震設(shè)計結(jié)構(gòu)布置的總原則與鋼筋混凝土柱廠房相同。廠房的橫向抗側(cè)力體系可采用屋蓋橫梁與柱頂剛接或鉸接的框架、門式剛架。懸壁柱或其他結(jié)構(gòu)體系，縱向可采用柱間支撐，條件受限制時也可采用剛架結(jié)構(gòu)。構(gòu)件在可能產(chǎn)生塑性鉸的最大應(yīng)力區(qū)內(nèi)，應(yīng)避免焊接接頭，對于厚度大、無法采用螺栓連接者，可采用對焊焊縫等強(qiáng)度連接。屋蓋橫梁與柱頂鉸接時，宜采用螺栓連接，剛接框架的屋架上弦與柱相連的連接板，不應(yīng)出現(xiàn)塑性變形。第31頁/共103頁柱間支撐桿件應(yīng)采用整根材料，超過材料長度最大規(guī)格時可采用對焊焊縫等強(qiáng)度連接；柱間支撐與構(gòu)件的連接，不應(yīng)小于支撐桿件塑性承載力的1.2倍。當(dāng)橫梁為實腹梁時，梁與柱連接及梁與梁拼接的受彎、受剪極限承載力應(yīng)能分別承受梁全截面屈服時受彎、受剪承載力的1.2倍。第32頁/共103頁7．2．3單層磚柱廠房的一般規(guī)定單層磚柱廠房抗震設(shè)計的一般規(guī)定主要有：

單層磚柱廠房適用范圍限定為單跨或等高多跨且無橋式吊車的車間、倉庫等中小型廠房，6～8度時跨度不大于15m且柱頂標(biāo)高不大于6.6m，9度時跨度不大于12m且柱頂標(biāo)高不大于4.5m。

由于采用輕型屋蓋震害較輕，規(guī)定6～8度時宜采用、9度時應(yīng)采用輕型屋蓋(即：木屋蓋和輕鋼屋架、壓型鋼板、瓦楞鐵、石棉瓦屋面的屋蓋)。

單層磚柱廠房結(jié)構(gòu)平、立面布置宜符合7．2．1節(jié)的有關(guān)規(guī)定，但其中防震縫的要求有所不同：采用輕型屋蓋時可不設(shè)縫，采用鋼筋混凝土屋蓋時縫寬可取50～70mm，防震縫處要設(shè)雙柱或雙墻。第33頁/共103頁

為使柱能達(dá)到不同烈度時的抗震要求，8、9度時應(yīng)采用組合磚柱，且中柱在8度Ⅲ、Ⅳ類場地和9度時宜采用鋼筋混凝土柱，6、7度時可采用十字形截面的無筋磚柱。

為增強(qiáng)縱向抗震能力，在縱向柱列柱間可砌筑與柱等高且整體連接的磚墻并設(shè)置磚墻基礎(chǔ)，以代替柱間支撐。無此磚墻時，要在磚柱頂部設(shè)壓桿。

廠房兩端應(yīng)設(shè)承重山墻，天窗不應(yīng)通到廠房單元端開間，且不應(yīng)用端磚壁承重。第34頁/共103頁2廠抗震計算的一般原則

廠房抗震計算時，應(yīng)根據(jù)屋蓋高差和吊車設(shè)置情況，分別采用單質(zhì)點、雙質(zhì)點或多質(zhì)點模型計算地震作用。有吊車的廠房，當(dāng)按平面框(排)架進(jìn)行抗震計算時，對設(shè)置一層吊車的廠房，在每跨可取兩臺吊車，多跨時不多于四臺。當(dāng)按空間框架進(jìn)行抗震計算時，吊車取實際臺數(shù)?！犊拐鹨?guī)范》規(guī)定，對于設(shè)防烈度7度，Ⅰ、Ⅱ類場地，柱高不超過l0m且結(jié)構(gòu)單元兩端均有山墻的單跨及等高多跨廠房(鋸齒形廠房除外)，當(dāng)按抗震規(guī)范的規(guī)定采取抗震構(gòu)造措施時，可不進(jìn)行橫向及縱向的截面抗震驗算。第35頁/共103頁

沿廠房橫向的主要抗側(cè)力構(gòu)件是由柱、屋架(屋面梁)組成的排架和剛性橫墻；沿廠房縱向的主要抗側(cè)力構(gòu)件是由柱、柱間支撐、吊車梁、連系梁組成的柱列和剛性縱墻。一般單層廠房需要進(jìn)行水平地震作用下的橫向和縱向抗側(cè)力構(gòu)件的抗震強(qiáng)度驗算。第36頁/共103頁橫向抗震計算1．計算方法的選擇廠房的橫向地震作用計算可采用以下三種方法：1）混凝土無檁和有檁屋蓋廠房，一般情況下，宜計及屋蓋的橫向彈性變形，按多質(zhì)點空間結(jié)構(gòu)分析(圖7-7)。2）混凝土無檁和有檁屋蓋廠房，當(dāng)符合下列條件時，可采用平面排架計算柱的地震剪力和彎矩，但要進(jìn)行考慮空間作用和扭轉(zhuǎn)影響的調(diào)整。第37頁/共103頁①7度和8度；②廠房單元屋蓋長度與總跨度之比小于8或廠房總跨度大于12m(其中屋蓋長度指山墻到山墻的間距，僅一端有山墻時，應(yīng)取所考慮排架至山墻的距離；高低跨相差較大的不等高廠房，總跨度可不包括低跨)；③山墻的厚度不小于240mm，開洞所占的水平截面積不超過總面積的50％，并與屋蓋系統(tǒng)有良好的連接；④柱頂高度不大于15m。對于9度區(qū)的單層鋼筋混凝土柱廠房，由于砌體墻的開裂，空間作用影響明顯減弱，可不考慮調(diào)整。3）輕型屋蓋（屋面為壓型鋼板，楞鐵，石棉瓦等有檁屋蓋）廠房，柱距相等時，可按平面排架計算。第38頁/共103頁圖7-7多質(zhì)點空間結(jié)構(gòu)分析模型第39頁/共103頁

平面排架計算法是一種簡化計算方法，便于手算，以下主要介紹按平面排架計算的方法。等高排架可簡化為單自由度體系，如圖7-10所示。不等高排架，可按不同高度處屋蓋的數(shù)量和屋蓋之間的連接方式，簡化成多自由度體系。例如，當(dāng)屋蓋位于兩個不同高度處時，可簡化為二自由度體系，如圖7-11所示。圖7-12示出了在三個高度處有屋蓋時的計算簡圖。應(yīng)注意的是，在圖7-12中，當(dāng)H1=H2時，仍為三質(zhì)點體系。2．計算簡圖第40頁/共103頁圖7-10等高排架的計算簡圖圖7-11不等高排架的計算簡圖（二質(zhì)點體系）圖7-12不等高排架的計算簡圖（三質(zhì)點體系）第41頁/共103頁3．單層廠房的質(zhì)量集中

房屋的質(zhì)量一般是分布的。當(dāng)采用有限自由度模型時，通常需把房屋的質(zhì)量集中到樓蓋或屋蓋處；此時，當(dāng)自由度數(shù)目較少時，特別是取單質(zhì)點模型時，集中質(zhì)量一般并不是簡單地把質(zhì)量“就近”向樓蓋(屋蓋)處堆成即可，若隨意堆成則會引起較大的誤差。將不同處的質(zhì)量折算入總質(zhì)量時需乘以的系數(shù)就是該處質(zhì)量的質(zhì)量集中系數(shù)。集中質(zhì)量一般位于屋架下弦(柱頂)處。

第42頁/共103頁質(zhì)量集中系數(shù)應(yīng)根據(jù)一定的原則確定。計算結(jié)構(gòu)的動力特性時，應(yīng)根據(jù)“周期等效”的原則；計算結(jié)構(gòu)的地震作用時，對于排架柱應(yīng)根據(jù)柱底“彎矩相等”的原則；對于剛性剪力墻應(yīng)根據(jù)墻底“剪力相等”的原則，經(jīng)過換算分析后確定。第43頁/共103頁現(xiàn)將單層排架廠房墻、柱、吊車梁等質(zhì)量集中于屋架下弦處時的質(zhì)量集中系數(shù)列于表7-3中。高低跨交接柱上高跨一側(cè)的吊車梁靠近低跨屋蓋，而將其質(zhì)量集中于低跨屋蓋時，質(zhì)量集中系數(shù)取1.0。表7－3單層排架廠房的質(zhì)量集中系數(shù)第44頁/共103頁高低跨交接柱的高跨吊車梁的質(zhì)量可集中到低跨屋蓋，也可集中到高跨屋蓋，應(yīng)以就近集中為原則。當(dāng)集中到低跨屋蓋時，質(zhì)量集中系數(shù)為1.0；當(dāng)集中到高跨屋蓋時，質(zhì)量集中系數(shù)為0.5。吊車橋架對排架的自振周期影響很小。因此，在計算自振周期時可不考慮其對質(zhì)點質(zhì)量的貢獻(xiàn)。這樣做一般是偏于安全的。第45頁/共103頁確定廠房的地震作用時，對設(shè)有橋式吊車的廠房，除將廠房重力荷載按前述彎矩等效原則集中于屋蓋標(biāo)高處外，還應(yīng)考慮吊車橋架的重力荷載（軟鉤吊車不考慮吊重，硬鉤吊車尚應(yīng)考慮最大吊重的30％）。一般是把某跨吊車橋架的重力荷載集中于該跨任一柱吊車梁的頂面標(biāo)高處。應(yīng)注意的是這種模型僅在計算地震作用時才能采用，在計算結(jié)構(gòu)的動力特性(如周期等)時，是不能采用這種模型的。這是因為吊車橋架是局部質(zhì)量，此局部質(zhì)量不能有效地對整體結(jié)構(gòu)的動力特性產(chǎn)生明顯的影響。第46頁/共103頁圖7-13考慮吊車橋架重量的排架地震作用計算簡圖第47頁/共103頁自振周期T1的計算公式為：（7-7）其中m為質(zhì)量，K為剛度。對多自由度體系，可用能量法計算基本自振周期T1，公式為：

（7-8）

其中，mi和Gi分別為第i質(zhì)點的質(zhì)量和重量，ui為在全部Gi(i=1，…，n)沿水平方向的作用下第i質(zhì)點的側(cè)移，n為自由度數(shù)。

4．自振周期的計算第48頁/共103頁抗震規(guī)范規(guī)定，按平面排架計算廠房的橫向地震作用時，排架的基本自振周期應(yīng)考慮縱墻及屋架與柱連接的固結(jié)作用。因此，按上述公式算出的自振周期還應(yīng)進(jìn)行如下調(diào)整：由鋼筋混凝土屋架或鋼屋架與鋼筋混凝土柱組成的排架，有縱墻時取周期計算值的80％，無縱墻時取90％。第49頁/共103頁用底部剪力法計算地震作用時，總地震作用的標(biāo)準(zhǔn)值為：

FEk=α1Geq(7-9)其中，α1為相應(yīng)于基本周期T1的地震影響系數(shù)；Geq為等效重力荷載代表值，單質(zhì)點體系取全部重力荷載代表值，多質(zhì)點體系取全部重力荷載代表值的85％。當(dāng)為二質(zhì)點體系時，由于較為接近單質(zhì)點體系，Geq也可取全部重力荷載代表值的95％。3．排架地震作用的計算第50頁/共103頁質(zhì)點i的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值為

(7-10)

其中，Gi和Hi分別為第i質(zhì)點的重力荷載代表值和至柱底的距離，n為體系的自由度數(shù)目。求出各質(zhì)點的水平地震作用后，就可用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法求出相應(yīng)的排架內(nèi)力。底部剪力法的缺點是很難反映高振型的影響。對于高振型廠房而言，可采用振型分解反應(yīng)譜法。第51頁/共103頁在求得地震作用后，便可將作用于排架上的Fi，視為靜力荷載，作用于排架相應(yīng)的i點，如圖7-14所示。6．排架地震作用效應(yīng)的計算及調(diào)整圖7-14排架地震作用計算簡圖第52頁/共103頁

按結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法對此平面排架進(jìn)行內(nèi)力分析，求出各柱控制截面的地震作用效應(yīng)，并將此簡化結(jié)果作如下修正：（1）考慮空間工作及扭轉(zhuǎn)影響對柱(除高低跨交接處外)地震作用效應(yīng)的調(diào)整；（2）高低跨交接處上柱地震作用效應(yīng)的調(diào)整；（3）吊車橋架引起的地震作用效應(yīng)增大系數(shù)。

第53頁/共103頁1）7度和8度；

2)廠房單元屋蓋長度與總跨度之比小于8或廠房總跨度大于12m(其中屋蓋長度指山墻到山墻的間距，僅一端有山墻時，應(yīng)取所考慮排架至山墻的距離；高低跨相差較大的不等高廠房，總跨度可不包括低跨)；

規(guī)范規(guī)定，對于鋼筋混凝土屋蓋的單層鋼筋混凝土柱廠房，按上述方法確定基本自振周期且按平面排架計算排架柱的地震剪力和彎矩，當(dāng)符合下列要求時，可考慮空間工作和扭轉(zhuǎn)影響：3)山墻的厚度不小于240mm，開洞所占的水平截面積不超過總面積的50％，并與屋蓋系統(tǒng)有良好的連接；

4)柱頂高度不大于15m。（1）考慮空間工作及扭轉(zhuǎn)影響對柱(除高低跨交接處外)地震作用效應(yīng)的調(diào)整單層廠房的排架柱、山墻和屋蓋連成一個空間受力體系，在地震作用下共同工作。

第54頁/共103頁當(dāng)符合上述要求時，為考慮空間作用和扭轉(zhuǎn)影響，排架柱的彎矩和剪力應(yīng)分別乘以相應(yīng)的調(diào)整系數(shù)(高低跨交接處的上柱除外)，調(diào)整系數(shù)的值可按表7—4采用。表7-4鋼筋混凝土柱（除高低跨交接處上柱外）考慮空間作用和扭轉(zhuǎn)影響的效應(yīng)調(diào)整系數(shù)

第55頁/共103頁

（2）高低跨交接處上柱地震作用效應(yīng)的調(diào)整不等高廠房高低跨交接處柱，在支承低跨屋蓋的牛腿以上各截面按底部剪力法求得的地震彎矩和剪力應(yīng)乘以增大系數(shù)η。

第56頁/共103頁因此，抗震規(guī)范規(guī)定，高低跨交接處的鋼筋混凝土柱的支承低跨屋蓋牛腿以上各截面，按底部剪力法求得的地震彎矩和剪力應(yīng)乘以增大系數(shù)η，其值可按下式采用：其中ζ可按表7-7采用；

nb為高跨的跨數(shù)；

no為計算跨數(shù)，僅一側(cè)有低跨時應(yīng)取總跨數(shù)，兩側(cè)均有低跨時應(yīng)取總跨數(shù)與高跨跨數(shù)之和；

GEI為集中于交接處一側(cè)各低跨屋蓋標(biāo)高處的總重力荷載代表值；

GEh為集中于高跨柱頂標(biāo)高處的總重力荷載代表值。第57頁/共103頁表7-5高低跨交接處鋼筋混凝土上柱空間工作影響系數(shù)z第58頁/共103頁吊車橋架是一個較大的移動質(zhì)量，在地震時往往引起廠房的強(qiáng)烈局部振動。因此，應(yīng)考慮吊車橋架自重引起的地震作用效應(yīng)，并乘以效應(yīng)增大系數(shù)。（3）吊車橋架引起的地震作用效應(yīng)增大系數(shù)第59頁/共103頁注意：對有吊車的廠房，應(yīng)將吊車梁頂面標(biāo)高處的上柱截面內(nèi)力乘以吊車橋架引起的地震作用效應(yīng)增大系數(shù)。因為在單層廠房中，吊車是一個較大的移動質(zhì)量，地震時它將引起廠房的強(qiáng)烈局部振動，從而使吊車橋架所在的排架的地震作用效應(yīng)突出地增大，造成局部嚴(yán)重破壞，為了防止這種震害的發(fā)生，特將吊車橋架引起的地震作用效應(yīng)予以放大。表7-6吊車橋架引起的地震剪力和彎矩增大系數(shù)

第60頁/共103頁(1)內(nèi)力組合在抗震設(shè)計中，地震作用效應(yīng)組合，是指與地震作用同時存在的其他重力荷載代表值引起的荷載效應(yīng)的不利組合。在單層廠房排架的地震作用效應(yīng)組合中，一般不考慮風(fēng)荷載效應(yīng)，不考慮吊車橫向水平制動力引起的內(nèi)力，也不考慮豎向地震作用。從而可得單層廠房的地震作用效應(yīng)組合的表達(dá)式為：7．排架內(nèi)力組合和構(gòu)件強(qiáng)度驗算其中，γG和γEh分別為重力荷載代表值和水平地震作用的分項系數(shù)；

CG和CEh分別為重力荷載代表值和水平地震作用的效應(yīng)系數(shù)；

GE和Ehk分別為重力荷載代表值和水平地震作用。

這種地震荷載效應(yīng)組合再與其他規(guī)定的荷載效應(yīng)組合一起進(jìn)行最不利組合。顯然，當(dāng)?shù)卣鹱饔眯?yīng)組合引起的內(nèi)力小于非抗震荷載組合時的內(nèi)力時，后者應(yīng)控制設(shè)計。

第61頁/共103頁排架柱一般按偏心受壓構(gòu)件驗算其截面承載力。驗算的一般表達(dá)式為其中，S為截面的作用效應(yīng)；R為相應(yīng)的承載力設(shè)計值；γRE為承載力抗震調(diào)整系數(shù)，可按建筑抗震設(shè)計規(guī)范(GB5001-2001)表5.4.2(本書表3-13)取用。兩個主軸方向柱距均不小于12m、無橋式吊車且無柱間支撐的大柱網(wǎng)廠房，柱截面驗算時應(yīng)同時考慮兩個主軸方向的水平地震作用，并應(yīng)考慮位移引起的附加彎矩。

8度和9度時，高大山墻的抗風(fēng)柱應(yīng)進(jìn)行平面外的截面抗震驗算。

(2)柱的截面抗震驗算第62頁/共103頁

為防止高低跨交接處支承低跨屋蓋的牛腿在地震中豎向拉裂(如圖7-13所示)，應(yīng)按下式確定牛腿的水平受拉鋼筋截面面積As：其中，NG為柱牛腿面上重力荷載代表值產(chǎn)生的壓力設(shè)計值；

α為牛腿面上重力作用點至下柱近側(cè)邊緣的距離，當(dāng)小于0.3h0時采用0.3h0；

h0為牛腿根部截面(最大豎向截面)的有效高度；NE為柱牛腿面上地震組合的水平拉力設(shè)計值：

γRE為承載力抗震調(diào)整系數(shù)，其值可采用1.0。(3)支承低跨屋蓋牛腿的水平受拉鋼筋抗震驗算第63頁/共103頁圖7-17支承低跨屋蓋的柱牛腿第64頁/共103頁

當(dāng)抗風(fēng)柱與屋架下弦相連接時，連接點應(yīng)設(shè)在下弦橫向支撐的節(jié)點處，并且應(yīng)對下弦橫向支撐桿件的截面和連接節(jié)點進(jìn)行抗震承載力驗算。當(dāng)工作平臺和剛性內(nèi)隔墻與廠房主體結(jié)構(gòu)連接時，應(yīng)采用與廠房實際受力相適應(yīng)的計算簡圖，以考慮工作平臺和剛性內(nèi)隔墻對廠房的附加地震作用影響。(4)其他部位的抗震驗算第65頁/共103頁實際震害表明，突出屋面的鋼筋混凝土天窗架，其橫向的損壞并不明顯，計算分析表明，常用的鋼筋混凝土帶斜撐桿的三鉸拱式天窗架的橫向剛度很大，其位移與屋蓋基本相同，故可把天窗架和屋蓋作為一個質(zhì)點(其重力為G屋蓋，其中包括天窗架質(zhì)點的重量G天窗)按底部剪力法計算。設(shè)算得的作用在G屋蓋上的地震作用為F屋蓋，則天窗架所受的地震作用F天窗為8．突出屋面的天窗架的橫向抗震計算第66頁/共103頁然而，當(dāng)9度時或天窗架跨度大于9m時，天窗架部分的慣性力將有所增大。這時若仍把天窗架和屋蓋作為一個質(zhì)點按底部剪力法計算，則天窗架的橫向地震作用效應(yīng)宜乘以增大系數(shù)1.5，以考慮高振型的影響。對鋼天窗架的橫向抗震計算也可采用底部剪力法。對其他情況下的天窗架，可采用振型分解反應(yīng)譜法計算其橫向水平地震作用

第67頁/共103頁7．3．2縱向抗震計算

前面已經(jīng)提及，單層廠房受縱向地震作用時的震害是較嚴(yán)重的。因此，必須對單層廠房的縱向進(jìn)行抗震計算。

縱向抗震計算的目的在于：確定廠房縱向的動力特性和地震作用，驗算廠房縱向抗側(cè)力構(gòu)件，如柱間支撐、天窗架縱向支撐等，在縱向水平地震作用下的承載能力。第68頁/共103頁1)一般情況下，宜考慮屋蓋的縱向彈性變形、圍護(hù)墻與隔墻的有效剛度以及扭轉(zhuǎn)的影響，按多質(zhì)點進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)分析；2)柱頂標(biāo)高不大于15m平均跨度不大于30m的單跨或等高多跨的鋼筋混凝土柱廠房，宜采用修正剛度法計算。

（2）縱墻對稱布置的單跨廠房和輕型屋蓋的多跨廠房，可按柱列分片獨立計算?？拐鹨?guī)范規(guī)定，（1）鋼筋混凝土無檁和有檁屋蓋及有較完整支撐系統(tǒng)的輕型屋蓋廠房的縱向抗震計算，可采用下列方法：第69頁/共103頁

柱間支撐的截面驗算是單層廠房縱向抗震計算的主要目的。規(guī)范規(guī)定，斜桿長細(xì)比不大于200的柱間支撐在單位側(cè)向力作用下的水平位移，可按下式確定：其中，u為單位側(cè)向力作用點的側(cè)向位移；

ji為第i節(jié)間斜桿的軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)(按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》采用)；

uti為在單位側(cè)向力作用下第i節(jié)間僅考慮拉桿受力的相對位移。

5．柱間支撐的抗震驗算及設(shè)計(7-69)第70頁/共103頁

對于長細(xì)比小于200的斜桿截面，可僅按抗拉要求驗算，但應(yīng)考慮壓桿的卸載影響。驗算公式為

其中，Nbi為第i節(jié)間支撐斜桿抗拉驗算時的軸向拉力設(shè)計值；

li為第i節(jié)間斜桿的全長；

ψc為壓桿卸載系數(shù)(壓桿長細(xì)比為60、100和

200時，可分別采用0.7、0.6和0.5)；

Vbi為第i節(jié)間支撐承受的地震剪力設(shè)計值；

L為支撐所在柱間的凈距。(7-70)(7-71)第71頁/共103頁圖7-22支撐與柱的連接第72頁/共103頁無貼砌墻的縱向柱列，上柱支撐與同列下柱支撐宜等強(qiáng)設(shè)計。柱間支撐端節(jié)點預(yù)埋板的錨件宜采用角鋼加端板(圖7-22)。此時，其截面抗震承載力宜按下列公式驗算：(7-72)(7-73)(7-74)第73頁/共103頁其中，N為預(yù)埋板的斜向拉力，可采用按全截面屈服強(qiáng)度計算的支撐斜桿軸向力的1.05倍；

γRE為承載力抗震調(diào)整系數(shù)，可采用1.0；

θ為斜向拉力與其水平投影的夾角；

n為角鋼根數(shù)；

b為角鋼肢寬；

Wmin為與剪力方向垂直的角鋼最小截面模量；

As為一根角鋼的截面面積；

fa為角鋼抗拉強(qiáng)度設(shè)計值。

第74頁/共103頁柱間支撐端節(jié)點預(yù)埋板的錨件也可采用錨筋。此時，其截面抗震承載力宜按下列公式驗算：(7-75)(7-76)(7-77)(7-78)第75頁/共103頁在上幾式中,As為錨筋總截面面積；eo為斜向拉力對錨筋合力作用線的偏心距，應(yīng)小于外排錨筋之間距離的20％(mm)；ψ為偏心影響系數(shù)；s為外排錨筋之間的距離(mm)；ζm為預(yù)埋板彎曲變形影響系數(shù)；t為預(yù)埋板厚度(mm)；d為錨筋直徑(mm)；ζr為驗算方向錨筋排數(shù)的影響系數(shù)，二、三和四排可分別采用1.0、0.9和0.85；ζv為錨筋的受剪影響系數(shù)，大于0.7時應(yīng)采用0.7。

第76頁/共103頁

突出屋面的天窗架的縱向抗震計算，一般情況下可采用空間結(jié)構(gòu)分析法，并考慮屋蓋平面彈性變形和縱墻的有效剛度。對柱高不超過15m的單跨和等高多跨鋼筋混凝土無檁屋蓋廠房的突出屋面的天窗架，可采用底部剪力法計算其地震作用，但此地震作用效應(yīng)應(yīng)乘以效應(yīng)增大系數(shù)。效應(yīng)增大系數(shù)η的取值為：

1)對單跨、邊跨屋蓋或有縱向內(nèi)隔墻的中跨屋蓋，取其中n為廠房跨數(shù)，超過四跨時取四跨。

2)對其他中跨屋蓋，取6．突出屋面天窗架的縱向抗震計算(7-79)(7-80)第77頁/共103頁7．5．1鋼筋混凝土廠房7.5單層工業(yè)廠房的抗震構(gòu)造措施3)壓型鋼板應(yīng)與檁條可靠連接，瓦楞鐵、石棉瓦等應(yīng)與檁條拉結(jié)。1．屋蓋有檁屋蓋構(gòu)件的連接應(yīng)符合下列要求：1)檁條應(yīng)與混凝土屋架(屋面梁)焊牢，并應(yīng)有足夠的支承長度。2)雙脊檁應(yīng)在跨度1／3處相互拉結(jié)。第78頁/共103頁無檁屋蓋構(gòu)件的連接，應(yīng)符合下列要求：1)大型屋面板應(yīng)與混凝土屋架(屋面梁)焊牢，靠柱列的屋面板與屋架(屋面梁)的連接焊縫長度不宜小于80mm，焊縫厚度不宜小于6mm；2)6度和7度時，有天窗廠房單元的端開間，或8度和9度時各開間，宜將垂直屋架方向兩側(cè)相鄰的大型屋面板的頂面彼此焊牢；3)8度和9度時，大型屋面板端頭底面的預(yù)埋件宜采用帶槽口的角鋼并與主筋焊牢(圖7-19)；4)非標(biāo)準(zhǔn)屋面板宜采用裝配整體式接頭，或?qū)逅慕乔械艉笈c混凝土屋架(屋面梁)焊牢；5)屋架(屋面梁)端部頂面預(yù)埋件的錨筋，8度時不宜小于4f10，9度時不宜少于4f12。無檁屋蓋構(gòu)件的連接，應(yīng)符合下列要求：1)大型屋面板應(yīng)與混凝土屋架(屋面梁)焊牢，靠柱列的屋面板與屋架(屋面梁)的連接焊縫長度不宜小于80mm，焊縫厚度不宜小于6mm；2)6度和7度時，有天窗廠房單元的端開間，或8度和9度時各開間，宜將垂直屋架方向兩側(cè)相鄰的大型屋面板的頂面彼此焊牢；3)8度和9度時，大型屋面板端頭底面的預(yù)埋件宜采用帶槽口的角鋼并與主筋焊牢(圖7-28)；4)非標(biāo)準(zhǔn)屋面板宜采用裝配整體式接頭，或?qū)逅慕乔械艉笈c混凝土屋架(屋面梁)焊牢；5)屋架(屋面梁)端部頂面預(yù)埋件的錨筋，8度時不宜小于4f10，9度時不宜少于4f12。第79頁/共103頁圖7-28大型屋面板主肋端部構(gòu)造第80頁/共103頁1)天窗開洞范圍內(nèi)，在屋架脊點處應(yīng)設(shè)上弦通長水平壓桿。2)屋架跨中豎向支撐在跨度方向的間距，6～8度時不大于15m，9度時不大于12m；當(dāng)僅在跨中設(shè)一道時，應(yīng)設(shè)在跨中屋架屋脊處；當(dāng)設(shè)二道時，應(yīng)在跨度方向均勻布置。3)屋架上、下弦通長水平系桿與豎向支撐宜配合設(shè)置。4)柱距不小于12m且屋架間距6m的廠房，托架(梁)區(qū)段及其相鄰開間應(yīng)設(shè)下弦縱向水平支撐。5)屋蓋支撐桿件宜用型鋼。屋蓋支撐還應(yīng)符合下列要求：第81頁/共103頁屋蓋支撐桁架的腹桿與弦桿連接的承載力，不宜小于腹桿的承載力。屋架豎向支撐桁架應(yīng)能傳遞和承受屋蓋的水平地震作用。突出屋面的鋼筋混凝土天窗架，其兩側(cè)墻板與天窗立柱宜采用螺栓連接(圖7-29)。采用焊接等剛性連接方式時，由于缺乏延性，會造成應(yīng)力集中而加重震害。第82頁/共103頁圖7-29側(cè)板與天窗立柱的螺栓柔性連接第83頁/共103頁鋼筋混凝土屋架的截面和配筋，應(yīng)符合下列要求：1)屋架上弦第一節(jié)間和梯形屋架端豎桿的配筋，6度和7度時不宜少于4f12，8度和9度時不宜少于4f14。2)梯形屋架的端豎桿截面寬度宜與上弦寬度相同。3)屋架上弦端部支撐屋面板的小立柱的截面不宜小于200mm×200mm，高度不宜大于500mm，主筋宜采用Ⅱ形，6度和7度時不宜少于4f12，8度和9度時不宜少于4f14；箍筋可采用f6，間距宜為l00mm。第84頁/共103頁2．柱廠房柱子的箍筋，應(yīng)符合下列要求：1)下列范圍內(nèi)柱的箍筋應(yīng)加密：①柱頭，到柱頂以下500mm并不小于柱截面長邊尺寸；②上柱，取階形柱自牛腿面至吊車梁頂面以上300mm高度范圍內(nèi)；③牛腿(柱肩)，取全高；④柱根，取下柱柱底至室內(nèi)地坪以上500mm；⑤柱間支撐與柱連接節(jié)點，到節(jié)點上、下各300mm。第85頁/共103頁2)加密區(qū)箍筋間距不應(yīng)大于l00mm，箍筋肢距和最小直徑應(yīng)符合表7-17的規(guī)定。第86頁/共103頁山墻抗風(fēng)柱的配筋，應(yīng)符合下列要求：1)抗風(fēng)柱柱頂以下300mm和牛腿(柱肩)面以上300mm范圍內(nèi)的箍筋，直徑不宜小于6mm，間距不應(yīng)大于l00mm，肢距不宜大于250mm。2)抗風(fēng)柱的變截面牛腿(柱肩)處，宜設(shè)置縱向受拉鋼筋。第87頁/共103頁1)柱截面宜采用正方形或接近正方形的矩形，邊長不宜小于柱全高的1／18～1／16。

2)重屋蓋廠房考慮地震組合的柱軸壓比，6、7度時不宜大于0.8，8度時不宜大于0.7，9度時不宜大于0.6。3)縱向鋼筋宜沿柱截面周邊對稱配置，間距不宜大于200mm，角部宜配置直徑較大的鋼筋。4)柱頭和柱根的箍筋應(yīng)加密，并應(yīng)符合下列要求：加密范圍，柱根取基礎(chǔ)頂面至室內(nèi)地坪以上1m，且不小于柱全高的1／6；柱頭取柱頂以下500mm，且不小于柱截面長邊尺寸。5)箍筋末端應(yīng)設(shè)135°彎鉤，且平直段的長度不應(yīng)小于箍筋直徑的10倍。大柱網(wǎng)廠房柱的截面和配筋構(gòu)造，應(yīng)符合下列要求：第88頁/共103頁當(dāng)鉸接排架側(cè)向受約束，且約束點至柱頂?shù)拈L度l不大于柱截面在該方向邊長的兩倍(排架平面：l≤2h；垂直排架平面：l≤2b)時，柱頂預(yù)埋鋼板和柱頂箍筋加密區(qū)的構(gòu)造尚應(yīng)符合下列要求：1)柱頂預(yù)埋鋼板沿排架平面方向的長度，宜取柱頂?shù)慕孛娓叨萮，但在任何情況下不得小于h／2及300mm。2)柱頂軸向力在排架平面內(nèi)的偏心距eo在h／6～h／4范圍內(nèi)時，柱頂箍筋加密區(qū)的箍筋體積配筋率不宜小于下列規(guī)定：一級抗震等級為1.2％；二級抗震等級為1.0％；三、四級抗震等級為0.8％。第89頁/共103頁3．柱間支撐廠房柱間支撐的構(gòu)造，應(yīng)符合下列要求：1)柱間支撐應(yīng)采用型鋼，支撐形式宜采用交叉式，其斜桿與水平面的交角不宜大于55°2)支撐桿件的長細(xì)比，不宜超過表7-18的規(guī)定。3)下柱支撐的下節(jié)點位置和構(gòu)造措施，應(yīng)保證將地震作用直接傳給基礎(chǔ)(圖7-30)；當(dāng)6度和7度不能直接傳給基礎(chǔ)時，應(yīng)考慮支撐對柱和基礎(chǔ)的不利影響；4)交叉支撐在交叉點應(yīng)設(shè)置節(jié)點板，其厚度不應(yīng)小于l0mm，斜桿與交叉節(jié)點板應(yīng)焊接，與端節(jié)點板宜焊接。第90頁/共103頁第91頁/共103頁圖7-30支撐下節(jié)點設(shè)在基礎(chǔ)頂系梁上第92頁/共103頁1)屋架(屋面梁)與柱頂?shù)倪B接有焊接、螺栓連接和鋼板鉸連接三種形式。焊接連接(圖7-31a)的構(gòu)造接近剛性，變