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1、結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)SeismicDesignofStructures主講祝英杰青島理工大學(xué)土木工程學(xué)院第7章單層工業(yè)廠房抗震設(shè)計(jì)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(jì)的要求。3.掌握單層鋼筋混凝土柱廠房的橫、縱向抗震計(jì)算方法。4.熟悉和掌握單層廠房的主要抗震構(gòu)造措施。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
2、上述特點(diǎn)呢？單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)應(yīng)包括哪些內(nèi)容呢？我們可以通過(guò)本章的學(xué)習(xí)得到了解。7.1震害特征及其原因和其他結(jié)構(gòu)相比較，單層廠房的震害總的來(lái)說(shuō)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(gè)方向的震害來(lái)進(jìn)行分析。7．1．1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，
3、如果構(gòu)件或節(jié)點(diǎn)承載力不足或變形過(guò)大，將會(huì)引起相應(yīng)的破壞。主要震害現(xiàn)象有：1．柱的局部震害1）上柱柱身變截面處開(kāi)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(shí)由于高振型的影響，
4、高低跨兩個(gè)屋蓋產(chǎn)生相反方向的運(yùn)動(dòng)，柱肩或牛腿所受的水平地震作用將增大許多，如果沒(méi)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4）下柱震害下柱下部出現(xiàn)橫向裂縫或折斷，后者會(huì)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(shí)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(diǎn)被拉脫，天窗立柱根部開(kāi)裂或折斷等。這是因?yàn)棣靶吞齑拔挥趶S房最高部位，地震效應(yīng)大。圖7-4天窗立柱斷裂（2）Π型天窗架與屋架聯(lián)接節(jié)點(diǎn)的破壞（3）
5、圍護(hù)墻開(kāi)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7．1．2縱向地震作用下廠房主體結(jié)構(gòu)的震害（1）屋面板錯(cuò)動(dòng)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(shí)往往造成屋面板錯(cuò)動(dòng)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(shí)的破壞程度重于橫向地震作用時(shí)的破壞程度。主要的破壞形式有：圖7-6局部屋面板掉落（2）天窗兩側(cè)豎向支撐斜桿拉斷，節(jié)點(diǎn)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
6、地震力是通過(guò)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。圖7-7屋架與柱頂連接處嚴(yán)重破壞（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(diǎn)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(guò)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(shí)，若支撐數(shù)量不足或布置不當(dāng)，會(huì)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(huì)發(fā)生沿廠房縱向的水平斷裂。（5）
7、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。圖7-8山墻倒塌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(diǎn)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(diǎn)被拉脫，或鋼桿件被壓屈。磚柱的震害現(xiàn)象有：內(nèi)部獨(dú)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(cuò)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(shí)山墻尖向外傾倒，
8、端開(kāi)間屋面局部塌落；外縱墻在窗臺(tái)高度處出現(xiàn)細(xì)微水平裂縫，較嚴(yán)重時(shí)水平折斷，并常伴有壁柱磚塊局部壓碎崩落，更嚴(yán)重時(shí)整個(gè)廠房橫向傾倒。7.2單層廠房抗震概念設(shè)計(jì)7．2．1單層鋼筋混凝土柱廠房的一般規(guī)定1．廠房的結(jié)構(gòu)布置①單層廠房的平面布置應(yīng)注意體型簡(jiǎn)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(zhǎng)方
