摘要：通過對汶川地震中鋼單層鋼筋混凝土柱工業(yè)廠房的震害進(jìn)行調(diào)查研究，確定鋼單層工業(yè)廠房影響結(jié)構(gòu)抗力主要因素及其選取依據(jù)，進(jìn)而提出增強(qiáng)鋼單層鋼筋混凝土柱工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)抗力的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：鋼單層鋼筋混凝土柱工業(yè)廠房；典型震害；結(jié)構(gòu)抗力；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

引言：

本文首先以汶川地震中鋼單層鋼筋混凝土柱工業(yè)廠房的典型震害進(jìn)行實(shí)例分析來說明鋼單層鋼筋混凝土柱工業(yè)廠房的典型震害，包括屋蓋結(jié)構(gòu)、柱子及支撐、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等3個(gè)方面，進(jìn)而確定鋼單層工業(yè)廠房影響結(jié)構(gòu)抗力主要因素及其選取依據(jù)，最后從鋼單層鋼筋混凝土柱工業(yè)廠房抗震設(shè)計(jì)的要點(diǎn)出發(fā)，為增強(qiáng)鋼單層鋼筋混凝土柱工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)抗力提出指導(dǎo)性意見。

一、鋼單層鋼筋混凝土柱工業(yè)廠房的典型震害及汶川地震中案例分析

1.1工業(yè)廠房屋蓋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞

采用鋼筋混凝土屋架及屋面板的工業(yè)廠房在地震中容易發(fā)生嚴(yán)重破壞，強(qiáng)烈的地震作用使得這種整體性差、重量大的屋蓋結(jié)構(gòu)系統(tǒng)大批墜落，個(gè)別廠房結(jié)構(gòu)解體破壞。

①強(qiáng)烈的地震作用使得鋼單層鋼筋混凝土柱工業(yè)廠房柱的頂面與屋架連接處的連接焊縫及螺栓被剪斷，或預(yù)埋件被拔出，從而使得柱頂與屋架的連接失效，在地震中屋架產(chǎn)生縱向或橫向位移錯(cuò)動(dòng)，最終喪失鋼筋混凝土柱的支撐，屋面板與屋架一起墜落。

②由于屋架與屋面板的焊接不良，或連接件嚴(yán)重銹蝕，在強(qiáng)烈的地震作用下，屋架與屋面板的連接松動(dòng)脫空，使屋面板在地震晃動(dòng)中滑脫下墜。

③廠房位于邊坡附近，地震時(shí)處于更為不利的條件，加劇了地基基礎(chǔ)的變形，在強(qiáng)烈地震的反復(fù)作用下，承重柱失穩(wěn)傾斜，圍護(hù)墻坍塌，吊車梁塌落，最終屋蓋系統(tǒng)失去承重條件而導(dǎo)致落頂，使得整個(gè)工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)破壞，廠房內(nèi)的人員及昂貴設(shè)備損失慘重。

1.2柱子及支撐的震害

①柱子嚴(yán)重破壞導(dǎo)致屋蓋坍塌。廠房屬多跨單層廠房，邊柱為矩形截面，地震后基本完好；中柱為雙肢大空腹薄壁柱，每個(gè)肢是槽型鋼筋混凝土截面，柱子的整體工作能力顯然太差，下柱局部破壞嚴(yán)重，上柱的破壞更為嚴(yán)重，有的甚至在全高范圍內(nèi)被壓碎，只剩下零零星星的幾根鋼筋，最終導(dǎo)致屋蓋的全面坍塌。

②鋼單層鋼筋混凝土柱與吊車梁頂面連接處發(fā)生剪切裂縫。由于汶川地震前的工業(yè)廠房設(shè)計(jì)中均未考慮到抗震設(shè)計(jì)，所以在汶川地震中工業(yè)廠房柱子與吊車梁頂面連接處發(fā)生了嚴(yán)重的剪切裂縫如圖1。吊車梁平面內(nèi)通過牛腿傳遞水平力，平面外則通過吊車梁頂傳到排架柱上柱，此處應(yīng)該箍筋局部加密以達(dá)到抗剪目的。

③在汶川地震作用下，先發(fā)生抗風(fēng)柱與屋架上弦連接的彈簧板與柱頂預(yù)埋件焊縫被剪斷，或連接被拉脫，在柱頂連接失去作用后，抗風(fēng)柱處于懸臂狀態(tài)，在地震后續(xù)作用下，抗風(fēng)柱上段柱從根部折斷，連同上部山墻一起傾倒。具體震害見圖2。

1.3圍護(hù)結(jié)構(gòu)的震害

造成大部分鋼單層鋼筋混凝土柱工業(yè)廠房的封墻局部脫落或大面積倒塌的主要原因是圍護(hù)墻、屋蓋還有柱子之間拉接不牢，柱子與圈梁聯(lián)結(jié)不強(qiáng)，整體布置不合理等。

二、確定鋼單層工業(yè)廠房影響結(jié)構(gòu)抗力主要因素及其選取依據(jù)

根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果并結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)，本文選定8個(gè)因素作為對鋼筋混凝土鋼單層工業(yè)廠房作為總評價(jià)的因素，各因素如下：

①廠房高度（符號：B，單位：m）：廠房越高，對其他的構(gòu)件的要求豎向質(zhì)量和剛度無突變要求越高，要求整體性越好，才能有較強(qiáng)的抗力；反之亦然。

②廠房寬度（符號：H，單位：m）：在單層鋼筋混凝土工業(yè)廠房的抗震計(jì)算中有對縱向的抗震計(jì)算，因此，對廠房寬度選取為考慮因素是合理的。

③廠房跨度（符號：L，單位：m）：在單層鋼筋混凝土工業(yè)廠房的抗震計(jì)算中有對橫向的抗震計(jì)算，因此，對廠房寬度選取為考慮因素是合理的。

④上柱與全柱高度比（符號：B，無量綱）：考慮變截面柱的強(qiáng)度相對單截面柱的強(qiáng)度是降低了，上柱的高度與全柱的高度影響整個(gè)柱的剛度。

⑤上下柱截面尺寸比（符號：A，無量綱）：上下柱截面尺寸變化，柱的剛度有影響，即考慮廠房在豎向剛度的突變情況。

⑥上下柱配筋率之比（符號：S，無量綱）：考慮柱截面中在受拉區(qū)用鋼量的突變情況。

三、鋼單層鋼筋混凝土柱工業(yè)廠房抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

近年來，國內(nèi)外抗震設(shè)防目標(biāo)的發(fā)展總趨勢是要求建筑物在使用期間，對不同頻率和強(qiáng)度的地震，應(yīng)具有不同的抵抗能力，即“小震不壞，中震可修，大震不倒” 房屋抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)除了要符合一般規(guī)定的要求外，應(yīng)著重注意以下幾點(diǎn)：

3.1計(jì)算重點(diǎn)

柱是主要承重構(gòu)件，即使個(gè)別柱失效，也可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)全面倒塌；同時(shí)，柱為偏壓構(gòu)件，其截面變形能力遠(yuǎn)不如以彎曲作用為主的梁。設(shè)計(jì)柱時(shí)，要提高其延性，使其在進(jìn)入彈塑性工作階段后仍能具有足夠的變形能力和承載力。

3.2構(gòu)造措施

①屋架

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(shí)不宜少于4Ф12，8度和9度時(shí)不宜少于 4Ф14。梯形屋架的端豎桿截面寬度宜與上弦寬度相同。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，主筋宜采用門形，6 度和 7 度時(shí)不宜少于 4Ф12，8 度和 9 度時(shí)不宜少于 4Ф14，箍筋可采用Ф6，間距宜為100mm。鋼筋混凝土組合屋架的上弦宜為矩形截面，下弦應(yīng)采用型鋼。

②柱

為了增加鋼筋混凝土柱的延性，應(yīng)對柱采取適當(dāng)?shù)臉?gòu)造措施，一般在規(guī)定的范圍內(nèi)柱的箍筋應(yīng)加密。

③柱間支撐

柱間支撐是保證廠房縱向剛度和抵抗地震作用的重要抗側(cè)力構(gòu)件。一般情況下，應(yīng)在廠房單元中部設(shè)置上下柱間支撐；對于有吊車或處在8度和9度區(qū)的廠房，還應(yīng)在廠房單元兩端增設(shè)上柱支撐。為了使強(qiáng)烈地震時(shí)支撐傳遞的水平地震作用不致在柱內(nèi)引起過大的彎矩和剪力，下柱支撐的下節(jié)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在靠近基礎(chǔ)頂面處，并使力的作用線匯交于基礎(chǔ)頂面。柱間支撐的桿件應(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°，對柱間支撐的長細(xì)比應(yīng)有所控制。8 度時(shí)廠房跨度不小于18m 的多跨廠房的中柱和 9 度時(shí)多跨廠房的各柱，柱頂宜設(shè)置通長水平壓桿。柱間支撐與柱連接的節(jié)點(diǎn)焊縫及柱內(nèi)錨件應(yīng)與支撐桿件等強(qiáng)，以避免節(jié)點(diǎn)過早破壞。

④連接節(jié)點(diǎn)

8 度時(shí)，屋架與柱的連接宜采用螺栓，9度時(shí)宜采用鋼板鉸或螺栓，屋架下必須墊支承墊板，厚度不宜小于16mm，柱頂預(yù)埋件與柱頭應(yīng)加強(qiáng)錨固，錨筋宜采用4Ф14（8度）和4Ф16（9度）。對有柱間支撐的柱子，柱頂預(yù)埋件還應(yīng)增設(shè)抗地震剪力的抗剪鋼板。

⑤圍護(hù)墻體

為了避免地震時(shí)磚圍護(hù)墻的外閃和倒塌，增加墻體平面外的穩(wěn)定，磚圍護(hù)墻應(yīng)沿全高與柱子牢固拉結(jié)，轉(zhuǎn)角處應(yīng)沿兩個(gè)主軸方向與柱拉結(jié)，柱頂以上的墻體與屋架端部拉結(jié)，圍護(hù)墻頂部與屋面板、天溝板拉結(jié)。當(dāng)采用預(yù)制墻梁時(shí)，要求每層墻頂面必須與其上面的墻梁底面，用連接鋼筋或鋼板互相拉結(jié)。閉合圈梁能增加廠房的整體性，減輕磚墻震害，其設(shè)置要求為：圈梁沿平面必須閉合；在屋架端頭上弦處、柱頂標(biāo)高處，各設(shè)一道 ；當(dāng) 屋 架 端 頭 高 度 不 大 于900mm 時(shí)，可僅在柱頂或屋架端頭上弦標(biāo)高各設(shè)一道；8 度、9 度區(qū)，應(yīng)沿廠房豎向按上密西稀的原則，每隔4m左右，在窗頂標(biāo)高增設(shè)現(xiàn)澆圈梁一道；當(dāng)采用鋼筋混凝土大型墻板時(shí)，墻板與廠房柱或屋架間宜采用柔性連接，6～7 度區(qū)可采用型鋼互焊的剛性連接。

四、總結(jié)及建議

目前，鋼單層工業(yè)廠房抗震的新趨勢是以鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、輕鋼結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、及壓型鋼板系列圍護(hù)結(jié)構(gòu)為代表的現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)作為其主流結(jié)構(gòu)形式，承重結(jié)構(gòu)更加空間化， 圍護(hù)結(jié)構(gòu)和屋蓋更趨于輕型化、高強(qiáng)化。本文通過對汶川地震中鋼單層鋼筋混凝土柱工業(yè)廠房的震害進(jìn)行調(diào)查研究，對鋼單層鋼筋混凝土柱工業(yè)廠房的典型震害進(jìn)行分析得出如下幾點(diǎn)建議：新建廠房應(yīng)按新的抗震規(guī)范設(shè)計(jì)，其抗震性能是有保障的；以后要特別重視非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和高大設(shè)備的抗震設(shè)計(jì)。對不符合抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)的老廠房應(yīng)盡快進(jìn)行改造加固，以達(dá)到地震工作預(yù)防為主的目的。

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作者簡介

周海濤（1970.03，）男，本科，工程師，畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)土木工程系，現(xiàn)從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。