第七章 单层厂房建筑结构抗震

单层厂房建筑结构抗震单层厂房的内容：单层砖结构厂房、单层钢筋砼柱厂房、单层钢结构厂房影剧院、礼堂、食堂的抗震设计也参考本章。本章主要讲解单层钢筋砼柱厂房§1震害及分析一、单层砖厂房7度区：未经设防的单层砖结构厂房，多数只有轻微破坏或基本完好，少数为中等破坏。8度区：多数有破坏，部分受到中等破坏，个别倒塌。9度区：大多数有严重破坏或倒塌，只有个别在震后保留下来。震害：纵墙水平裂缝、砖垛折断、山墙斜裂缝。屋架支座联结处的局部破坏。二、单层钢筋砼柱厂房6、7度区，主体结构完好，少数围护砖墙开裂外闪，突出屋面的π形天窗局部破坏。8度区，主体结构不同程度破坏，上柱裂缝，柱与屋盖的连接破坏π形天窗倾倒，个别屋盖塌落。9度区：砖围护墙大量倒塌，π形天窗架大量倾倒，不少屋盖塌落。10、11度区，大多数厂房倒塌破坏。震害表明：通过设防的厂房，对7度地震作用有足够的抗震能力，也存在一些薄弱环节。对7度以上地震作用抵抗力不足。弱点：纵向抗震能力差、构件连接单薄、支撑体系弱等。1、屋盖体系7度区，柱间支撑处屋面板支座酥裂。8度区，屋面板错动、震落、倒塌。9度区，屋面大面积倒塌。易破坏区2、天窗架突出屋面的π形天窗架在8度以上会造成大面积的倾倒，是厂房的薄弱部分。下沉式天窗震后基本完好。3、柱上柱根部，吊车梁顶面，高低跨中柱牛腿劈裂，下柱根部。易破坏区4、连接厂房是装配式结构，连接很重要，屋面板与屋架，天窗架与屋架、屋架与柱、吊车梁与柱、支撑连接等。5、支撑系统厂房的重要构件，天窗架支撑——屋盖垂直支撑——柱间支撑破坏形式：压曲，节点扭折、焊缝撕开、锚件拉脱等。6、围护墙开裂、外闪、脱落、倒塌。§2厂房结构的抗震措施一、体型与防震缝平面宜规则。单层砖柱厂房：屋盖较轻时（轻型钢屋架等）可不设防震缝，屋盖较重时（钢筋砼）与贴建的建筑之间，设50~70mm的防震缝。单层砼柱厂房：多跨宜为等高，体型复杂时，宜设缝。纵横跨交接处的100~150mm，其它为50~90mm。二、屋盖体系1、单层砖柱厂房6~8度宜用轻型屋盖9度应为轻型屋盖2、单层砼柱厂房，屋架L24m8度III，IV类场地9度3、屋面板与屋架焊接（三点焊接）4、规范对屋架截面和配筋的构造作出要求钢屋架三、天窗架1、突出屋面的天窗架宜采用钢天窗架2、9度时，可采用下沉式天窗3、突出屋面的钢筋砼天窗，侧板与天窗架柱宜采用螺栓连接四、柱单层砖柱房屋6、7度时可采用十字形无筋砖柱，8度ⅠⅡ类场地采用竖向配筋组合砖柱，9度时和8度（III，IV类场地）中柱采用钢筋砼柱。单层钢筋砼柱厂房，截面选取，箍筋加密，加密区最小间距和直径要求柱顶与屋架连接8度时宜用螺栓连接，9度时宜用钢板铰连接钢板铰宜于耗能，在苏联近期地震中经受了考验。100@10100@8易破坏区易破坏区五、支撑系统屋盖支撑见表5-2、5-3、5-4上弦横向端部竖向下弦横向跨中竖向柱间支撑：设置位置，最大长细比，节点连接。六、围护墙与隔墙墙板优于砖墙，砖围护墙应设置圈梁，设拉筋于柱连接。§3横向抗震计算计算要点：单层厂房的抗震计算包括横向和纵向两个方向的计算。当满足有关抗震构造措施时，规范规定：7度时，ⅠⅡ类场地，柱高不超过4.5m且两端均有山墙的单跨及等高多跨砖柱厂房，和柱高不超过10m且两端均有山墙的单跨及等高多跨钢筋砼柱厂房可不进行抗震计算。计算简图的取法，自振周期的计算，内力计算，强度计算等。一、自振周期1、计算简图基本假设：1、设厂房的屋盖为有限刚性的物体。2、设厂房每一榀排架为一各独立隔离的计算单元，按单榀平面排架进行地震作用分析。3、将质量集中于柱顶，按单质点及多质点体系计算。4、排架在地震作用下的变形以剪切变形为主，地震作用沿高度为倒三角形分布。自振周期计算简图计算单元计算单元计算单元集中于屋盖处的质点等效重力荷载代表值的计算：——屋盖部分重量，自重，雪荷载，积灰荷载——柱自重——吊车梁自重——纵墙重檐墙纵墙柱吊车梁积灰雪屋盖）GGGGGGGGi0.125.025.05.05.05.0(0.1iG3210.125.05.025.00.1、、iGGGGGGwwlbcRirGcGbGwlGwG——高低跨封墙重系数1.0、0.5、0.25时按动能等效折算质量的折减系数。吊车桥架的影响：吊车桥梁的刚度将使结构的刚度增大即周期减小，而吊车桥架的重量又使结构的周期增大，为了简化计算，在计算周期时，不考虑桥架的影响。2、计算公式⑴单跨和等高多跨厂房，按单质点体系。考虑不同结构引入调整系数——调整系数P157表5-6——排架的侧向柔度=F=(1-X1)TTKGKTgGT2211111111a11111111a11a11111g⑵两跨不等高厂房能量法考虑2212iiiiTuGuGkTTK点产生的位移视为荷载在将212121..GGGGuu22212122121111GGuGGu111112222221111213222123333123⑶三跨不对称带升高中跨厂房二、地震作用计算1、计算简图：质量分布的位置及大小⑴无吊车同周期计算简图33221123322221112uGuGuGuGuGuGKTT333232131332322212123132121111GGGuGGGuGGGu无吊车厂房计算简图计算单元计算单元⑵有吊车（将吊车考虑成一个质点）吊车：单跨时为一台，多跨时，不超过两台，软钩时，不计吊重，硬钩时取吊重的30%。在吊车梁顶面将吊车重量分布于两柱上。屋盖处的重量（无吊车）对于柱、墙的折算系数0.5，是用柱底部弯矩等效原则得到的。将柱或墙分成五个质点，各个为0.2，按振型分解反应谱法求出柱底部的弯矩。由底部弯矩相等，求出在柱顶的折算质量，由算例，最后建议取为0.5。wwlbcriGGGGGG9.15.05.05.00.12、厂房横向地震作用⑴底部剪力法（考虑空间及扭转作用修正）——修正系数，表5-9，5-10P170：单质点多质点（2）各质点地震作用分配eqEkGF111eqG1GGeqieqGG85.0)0(nekkkiiiFHGHGF⑶有斜腹杆的桁架式天窗架的地震作用由于这种天窗架的刚度大，可将其视为一个质点计算地震作用，不乘放大系数。当天窗架跨度大于9m时（或9度时），可将求得的天窗架地震作用乘以1.5放大系数。（4）桥式吊车处的地震作用，求出的乘以动力放大系数iF0.3~5.1e75162表见Pe3、不等高厂房高低跨交接处中柱的地震内力修正由于高振型的影响，将使这部分截面的内力大于用底部剪力法求出的内力。这些截面的内力乘以系数修正。⑴高跨一侧有低跨时⑵高跨两侧有低跨时)7.11(2hllhhGGnnn)27.11(2hcllhhGGnnn——空间影响系数——高低跨跨数——高低跨屋盖的重力荷载代表值——高跨两侧低跨屋盖总的重力荷载代表值。三、罕遇地震作用下抗震变形验算规范要求：8度III，IV类场地9度2lhnn.lhGG.clG高大单层钢筋砼柱厂房上柱验算罕遇地震下的弹塑性变形——放大系数（1.3~2.6）P163表5-8h——上柱高eppphpp§4单层厂房考虑空间工作与扭转影响振动分析一、厂房的空间工作和扭转效应空间工作效应取决于：1.有无山墙（或横墙）及屋盖的横向刚度2.屋盖增加了厂房的刚度。3.山墙的间距越小厂房的刚度越大。扭转效应：1.仅一端有山墙的厂房，会产生扭转振动。2.靠近伸缩缝处的排架柱比其他位置的排架柱震害重。二、按多质点空间结构计算地震作用1.计算简图横向由排架和山墙构件组成。纵向由排架和纵墙及柱间支撑组成。将厂房的质量集中于屋盖处。结构的质点数，只考虑横向振动时为N=n*h，考虑平动与扭转同时作用时，N=（n+1)*h.2.运动方程及地震作用计算用振型分解法计算多自由度振动方程.用振型分解反应谱法计算地震作用.三、考虑空间作用和扭转影响的调整系数单厂横向地震作用简化计算=平面排架计算+空间作用影响对不同的排架结构形式进行空间的平动与扭转振动分析，将其结果与平面排架振动分析结果进行对比，得出空间工作与扭转影响效应的调整系数ζ1ζ2简单的结论：山墙的间距越大，厂房的空间作用越小，排架上的地震剪力越大；有檩屋盖厂房的地震剪力大于无檩屋盖厂房；当山墙的间距超过一定距离时，有檩屋盖厂房及高低跨出的上柱的地震作用甚至超过单排柱的地震作用。厂房横向抗震计算小结1.规范规定：在某些情况下可不进行厂房横向和纵向的抗震计算。（7度，ⅠⅡ，4.5米，10米）2.横向自振周期的计算：用能量法，质量的计算采用折算质量法，将分散质量集中到屋盖处。3.地震作用的计算：底部剪力法考虑空间作用影响。各质点的地震作用：对不同的位置的计算值进行放大修正：天窗架，吊车梁，高低跨处等。各质点的质量：将柱（墙）的质量折算到柱顶时用底部弯矩等效的原则。2212iiiiTuGuGkTeqEkGF11)0(nekkkiiiFHGHGF§5纵向抗震计算厂房的纵向抗震计算较为复杂，针对不同情况提出了不同的简化计算方法。对于轻型柔性屋盖，采用“柱列法”即各个柱列分片进行计算，对刚度较大的钢筋砼屋盖结构，厂房的纵向自振周期和地震作用可采用“修正刚度法”。对于两跨不等高厂房，采用“拟能量法”的原则确定厂房的基本周期及相应的纵向地震作用。一、自振周期1、柱列法⑴计算简图适用于轻型柔性屋盖。柱顶质量为——屋盖荷载——柱自重——纵墙——横墙或山墙——吊车梁——吊车重量)(5.035.0)(25.0crbwlwtcrsGGGGGGGrGwlGbGcGwtGcrGcbaKKKcbaKKKcbaKKKcbaGGGcbaGGGcbaGGGcbaKKKcbaKKKcbaKKK⑵计算公式第s柱列的周期---周期折减系数，无围护墙0.9有围护墙0.8——s柱列的总刚度（KN/m）包括排架柱，柱间支撑，围护墙等。2、修正刚度法（适用于刚度较大的屋盖）⑴计算简图将所有的屋盖质量合并为集中质量，所有排架柱刚度合并为一个刚度。ssTsKGT2TsKcbaKKKcbaKKKcbaKKKGKGK⑵计算公式K——修正系数，表5-12P1743、拟能量法（适用于两跨不等高厂房）⑴计算简图：将柱列半跨范围内的重力荷载代表值按动能等效原则等效到柱与屋盖连接处ssTKGKT21wcrbwlwtcrsGGGGGGGG0.1)(5.035.0)(25.0吊车梁吊车桥架cbbaGGGG21cbbaGGGG21cbbaGGGG21cbbaGGGG21⑵计算公式两跨不等高厂房、屋盖的空间作用及扭转效应使中柱列和边柱列地震力不同。计算的方法是将中柱列和边柱列的重力荷载值进行调整，再按能量法求自振周期。对中柱列对边柱列查表P174表5-13sfbsassfbasGGGGG)1(调整后的值中柱列重力荷载的代表b0.1~5.0b位移的求法见图按单柱列求解4、抗震规范建议经验公式按修正刚度法计算单跨或等高多跨的钢筋砼柱厂房纵向地震作用时，当柱顶高不大于15m，平均跨度不大于30m。纵向基本周期经验公式：sassasTuGuGT212)00025.023.0(3121HlTcbbauuuu21cbbauuuu21cbbauuuu21cbbauuuu21——围护墙影响系数，砖围护墙=1.0敞开，半敞开围护墙板——屋盖类型系数，大型屋面板，钢筋砼屋架1.0。钢屋架0.85——长房跨度（m），平均值——基础顶面至柱顶高度（m）2232002.06.2Hl1Hl对于四周有外墙的单层单跨砖柱厂房，由于刚度大，可不必计算周期，采取计算地震作用。二、厂房纵向刚度柱列+柱间支撑+纵墙1、柱k=1