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1、建筑结构抗震设计第8章教学课件建筑结构抗震设计 PPT模板下载： 8章章 单层工业厂房抗震设计单层工业厂房抗震设计8.1单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计8.2单层钢结构厂房抗震设计8.3单层砖柱厂房抗震设计针对单层工业厂房的抗震设计问题，以建筑抗震设计规范（GB500112010）和行业标准为依据，结合单层工业厂房的研究成果和工程设计经验，总结厂房的震害经验，基于单层钢筋混凝土柱厂房、单层钢结构厂房、单层砖柱厂房的总体布置、结构选型、结构整体性、连接与节点等概念设计要求，给出三种厂房的抗震计算方法和合理的抗震构造措施等内容。第第8 8章章 单层工业厂房抗震设计单层工业厂房抗震设计8.1 8.1 单
2、层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计8.1.18.1.1 单层钢筋混凝土柱厂房的震害及其分析筋混凝土柱厂房的震害及其分析地震中单层钢筋混凝土柱厂房的震害主要出现在屋盖系统、钢筋混凝土柱系统、支撑系统及墙体等部位，主要可归纳为以下几方面：8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计屋盖系统屋盖系统1.屋盖系统包括天窗架、屋面板和屋架，其在7度区基本完好；在8度区会发生屋面板错动、位移、震落，造成屋盖局部倒塌；在9度区会发生屋架倾斜、位移，屋盖部分塌落，屋面板大量开裂、错位；在9度以上的地区会发生屋盖大面积倒塌。屋盖系统的震害主要表现在以下几方面：8.
3、1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计1 1）天窗架）天窗架7度区，出现天窗架立柱与侧板连接处及立柱与天窗架垂直支撑连接处混凝土开裂的现象见图8-1（a）；8度区，上述裂缝贯穿全截面,严重者天窗架在立柱底部折断倒塌，并引起厂房屋盖倒塌；9度以上地区，天窗架大面积倒塌见图8-1（b）。图8-1 天窗架破坏8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计2 2）屋面板）屋面板由于屋面板端部预埋件小，且预应力屋面板的预埋件又未与板肋内主钢筋焊接，加之施工中有的屋面板搁置长度不足、屋顶板与屋架的焊点数不足、焊接质量差、板间没有灌缝或灌缝质量很差等连
4、接不牢的原因，造成地震时屋面板焊缝拉开，屋面板滑脱，以致部分或全部屋面板倒塌，如图8-2所示。当屋架高度较大，而两端又未设垂直支撑，或砖墙未能起到支撑作用时，屋架有可能发生倾倒。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计图8-2 屋面板滑落8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计3 3）屋架）屋架由于屋盖纵向水平地震力经由屋架向柱头传递时，该处的地震剪力最集中，致使发生端头混凝土酥裂掉角见图8-3（a），支撑大型屋面板的斜撑断裂见图8-3（b），端节间上弦剪断等震害。而当屋架与柱的连接破坏时，有可能导致屋架从柱顶塌落，如图8-3（c
5、）所示。当屋架高度较大，而两端又未设垂直支撑，或砖墙未能起到支撑作用时，屋架有可能发生倾倒。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计图8-3 屋架破坏8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计钢筋混凝土柱系统钢筋混凝土柱系统2.钢筋混凝土柱系统由于在设计中考虑了风荷载和吊车水平制动力，所以在一般情况下，大的震害较少，但柱子的局部破坏现象比较普遍。钢筋混凝土柱系统常见的震害有以下几种：（1）柱肩竖向拉裂。地震时由于高振型影响，高低跨两层屋盖产生相反方向的运动，发生弯曲或剪切裂缝，如图8-4（a）所示。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂
6、房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计（2）柱头及其与屋架联结的破坏。屋盖地震作用首先通过柱头节点向下传递，因此，柱与屋架的联结节点是个重要部位，在强大的横向水平地震作用与竖向荷载及竖向地震作用的共同作用下：当屋架与柱头采取焊接连接，而焊缝强度不足时，可能引起焊缝切断，或者因预埋锚固筋锚固强度不足而被拔出，使联结破坏；当节点联结强度足够时，柱头在反复水平地震作用下处于剪压复合受力状态，加上屋架与柱顶之间由于角变形引起柱头混凝土受挤压，因此柱头混凝土被剪压而出现斜裂缝，被挤压而酥落，锚筋拔出，钢筋弯折使柱头失去承载力。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计（3）
7、柱子的变截面处因刚度突变而产生应力集中，一般在吊车梁顶面附近易产生拉裂，甚至折断，如图8-4(b)所示。（4）水平地震作用过大，下柱截面强度不足，地坪以上至窗台这一区段的柱子常会出现横向裂缝、纵向剪切斜裂缝，比较严重的是压弯破坏引起的混凝土压碎、纵筋屈曲，如图8-4(c)所示。图8-4 排架柱破坏8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计支撑系统支撑系统3.支撑系统，尤其是厂房纵向支撑系统，是承受纵向地震作用的重要构件。其主要震害是失稳弯曲，以天窗架垂直支撑最为严重，其次是屋盖垂直支撑和柱间支撑。若支撑数量8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土
8、柱厂房抗震设计不足，杆件刚度偏弱及承载力偏低，节点构造单薄，则地震时会发生杆件压曲、焊缝撕开、钢筋拉断等现象，如图8-5所示。图8-5 支撑破坏8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计墙体墙体4.厂房的墙体有山墙、外围护墙、封墙及内隔墙等。山墙因为面积大，与主体结构联结少，山尖部位高，动力反应大，在地震中往往破坏较早、较重，纵、横墙的破坏一般从檐口、山尖处脱离主体结构开始，进一步使整个墙体或上下两层圈梁间的墙体外闪或产生水平裂缝；严重时，局部脱落，甚至于发生大面积的倒塌。地震区封檐墙破坏的现象更多，主要在高低跨相接处的封檐墙、厂房檐口的封檐墙及女儿墙等处。8.1
9、 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计封檐墙由于突出于屋面，墙体有时较高，与下部无锚固，在地震时动力放大效应明显，因此，往往首先遭到破坏，如图8-6所示。倒塌的封檐墙常常把副跨屋面结构砸坏，造成严重的次生灾害。图8-6 墙体破坏8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计厂房与生活间相接处厂房与生活间相接处5.钢筋混凝土柱单层厂房与车间的生活间（如办公室、附属用房等）两者刚度相差悬殊，破坏现象主要表现为山墙与生活间脱开或互撞，生活间的承重构件被拔出，山墙上有通长或局部的水平裂缝，等等。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混
10、凝土柱厂房抗震设计8.1.28.1.2 单层钢筋混凝土柱厂房抗震筋混凝土柱厂房抗震设计的一般的一般规定定厂房的结构布置厂房的结构布置1.1 1）平面布置）平面布置厂房的平面布置力求简单、规正，使整个厂房结构的质量与刚度分布均匀、对称，尽可能使质量中心与刚度中心重合，尽量避免体型曲折复杂、凹凸变化，尽可能选用长方形平面体型，当必须采用复杂平面布置时，应使用防震缝将复杂平面分割成体型简单的独立单元；在厂房纵横跨交接处、大柱网厂房或不设柱间支撑的厂房，防震缝宽度可采用100150mm，其他情况可采用5090mm。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计当采用多跨厂房时
11、宜等高等长，高低跨厂房不宜采用一端开口的结构布置；厂房设置山墙和纵墙时应两端（侧）对称布置，尽量不要采用仅一端（侧）有山墙，另一端（侧）为开口的结构布置方案，以减轻扭转效应；不宜在厂房柱的外侧贴建局部突出的较短毗连房屋，必须布置时应沿厂房纵墙或山墙布置，而不宜布置在厂房的角部和紧邻防震缝处，防止因局部刚度增大，造成地震作用加大，以及该区段排架与相邻排架间沿排架方向的变形不协调而发生碰撞。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计2 2）竖向布置）竖向布置厂房的竖向布置应简单、规则，尽量避免局部突出和设置高低跨。当高低跨的高差不大时，沿厂房横向和纵向都宜采用等高结构
12、。当必须采用不等高厂房时，应该用防震缝将高、低跨分成独立的单元，使其在地震时各自独立振动，并考虑不等高造成的高振型影响，加强高低跨交接处中柱的抗震能力。在厂房两端不宜采用无端屋架的山墙承重方案。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计厂房的支撑系统厂房的支撑系统2.厂房的支撑系统一般宜考虑将支撑的刚度分散，采用设置多道支撑的方案。厂房屋面的横向支撑和纵向支撑应组成封闭的水平桁架体系，这样可以大大增强厂房的整体性。同时柱间支撑和屋盖的横向支撑设在同一开间内有利于屋盖产生的地震作用直接传递到其下的柱间支撑上。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土
13、柱厂房抗震设计厂房天窗架的设置厂房天窗架的设置3.突出屋面的形天窗架，地震时的位移反应比较大，特别是在纵向地震作用下，由于高振型的影响往往造成天窗架与支撑的破坏，对屋盖和厂房抗震不利。为了保证天窗和整个厂房的安全，减轻地震震害，在天窗架的设置上应注意以下几点：8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计（1）天窗宜采用突出屋面较小的避风型钢天窗，应优先选用抗震性能好的结构，有条件或9度时宜采用重心低的下沉式天窗，如图8-7所示。图8-7 下沉式天窗8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计（2）8度和9度时，天窗架宜从厂房单元端部第三柱
14、间开始设置。第二开间起开设天窗，将使端开间每块屋面板与屋架无法焊接或焊接的可靠性大大降低而导致地震时掉落，同时也将大大降低屋面板的纵向水平刚度。（3）天窗屋盖、端壁板和侧板，宜采用轻型板材。有突出屋面天窗架的屋盖不宜采用预应力混凝土或钢筋混凝土空腹屋架。其主要是由于预应力混凝土和钢筋混凝土空腹桁架的腹杆及其上弦节点均较薄弱，在天窗两侧竖向支撑的附加地震作用下，容易产生节点破坏、腹杆折断的严重破坏。为了减小天窗侧板刚度对天窗变形的影响，不致在天窗立柱连接处形成刚性节点而产生应力集中，天窗架两侧的侧板或下档与天窗立柱的连接宜采用螺栓连接。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱
15、厂房抗震设计厂房屋架的布置厂房屋架的布置4.根据地震震害调查结果，厂房屋盖的震害程度与屋盖承重结构形式有密切关系，采用重心较低的屋盖在地震中几乎没有出现破坏。为此，厂房宜采用钢屋架或重心较低的预应力混凝土屋架、钢筋混凝土屋架。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计当厂房跨度不大于15m时，可采用钢筋混凝土屋面梁；当厂房跨度大于24m时，或8度，类场地和9度时，应优先采用钢屋架。当厂房的柱距为12m时，可采用预应力混凝土托架（梁）；当采用钢屋架时，亦可采用钢托架（梁）。8度（0.30g）和9度时，跨度大于24m的厂房不宜采用大型屋面板。8.1 8.1 单层钢筋混
16、凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计厂房柱的布置厂房柱的布置5.当单层混凝土结构厂房柱按建筑抗震设计规范（GB500112010）设计时应具有足够的抗剪承载力，为此，设计时应提高柱的延性，协调柱两个方面的刚度，提高结构的变形能力。8度和9度时，单层混凝土结构厂房宜采用矩形、工字形截面柱或斜腹杆双肢柱，不宜采用薄壁工字形柱、腹板开孔工字形柱、预制腹板的工字形柱和管柱，也不宜采用平腹肝双肢柱。柱底至地坪以上500mm范围内和阶形柱的上柱宜采用矩形截面。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计8.1.38.1.3 单层钢筋混凝土柱厂房的横向抗震筋混凝土柱厂房
17、的横向抗震计算算单层钢筋混凝土柱厂房计算包括横向和纵向两个方向的计算。建筑抗震设计规范（GB500112010）规定，符合7度，类场地、柱高不超过10m且结构单元两端均有山墙的单跨和等高多跨厂房（锯齿形厂房除外），或者7度时和8度（0.20g），类场地的露天吊车栈桥条件的可不进行横向及纵向的截面抗震验算，但应采取抗震构造措施。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计横向计算横向计算1.进行厂房的横向抗震计算时，应根据厂房屋盖的横向弹性变形，按多质点空间结构分析。为了简化计算，可将厂房按不考虑扭转的平面铰排架进行计算，计算结果需要根据建筑抗震设计规范（GB5001
18、12010）的要求进行修正。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计1 1）确定厂房自振周期的计算简图）确定厂房自振周期的计算简图由于在计算周期和计算地震作用时采用的简化假定各不相同，因而其计算简图和重力荷载集中方法要分别考虑。进行单层厂房横向计算时，取一榀排架作为计算单元，它的动力分析计算简图可根据厂房类型的不同，按照能量相等（周期相等）或接近的原则，把厂房的重力荷载集中于屋盖处。因此，对于单跨和等高多跨的厂房，其计算简图可简化为单质点体系。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计2 2）确定厂房水平地震作用的计算简图）确定厂房
19、水平地震作用的计算简图按柱底弯矩等效原则，把厂房各部分重力荷载集中到屋盖处，同时还要考虑吊车重力荷载对柱子的最不利影响。一般把某跨吊车重力荷载布置于该跨任一柱子的吊车梁顶面处。有桥式吊车厂房水平地震作用的计算简图如图8-8所示。图8-8 有桥式吊车厂房水平地震作用的计算简图Gi各质点的重力荷载代表值（i=1,2,3,4,5）；h1吊车梁的高度；H1屋面高度8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计质点等效重力荷载标准值质点等效重力荷载标准值2.计算厂房自振周期时，集中屋盖标高处的质点等效重力荷载代表值是根据动能等效原理求得的。动能等效是原结构体系的最大动能Umax
20、与质量集中到柱顶质点的折算体系的最大动能Umax相等的原理。厂房地震作用时集中于屋盖标高处质点的等效荷载代表值，根据多质点弯曲杆在水平地震作用下引起的柱底截面最大弯矩与单质点竖杆在水平地震作用下引起的柱底最大弯矩值进行等效确定。通过分析可得周期与地震作用计算时质点等效质量集中系数（见表8-1）。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计根据表8-1中的集中系数可以得出单跨或多跨等高厂房在计算周期时的质点等效质量为G1=1.0G屋盖+0.5G积雪+0.5G积灰+0.5G吊车梁+1.0G悬挂+0.
21、25G柱+0.25G纵墙+1.0G檐墙（8-1）计算地震作用时，两跨不等高厂房集中于屋盖标高处质点等效重力荷载标准值为G1=1.0G低跨屋盖+0.5G低跨积雪+0.5G低跨积灰+0.75G低跨吊车梁+0.5G低跨边柱+0.5G低跨纵墙+1.0G低跨檐墙+1.0G高跨吊车梁（中柱）+0.5G中柱下柱+0.5G高跨封墙（8-2）G2=1.0G高跨屋盖+0.5G高跨积雪+0.5G高跨积灰+0.75G高跨吊车梁（边跨）+0.5G高跨边柱+0.5G高跨外纵墙+1.0G高跨檐墙+0.5G中柱下柱+0.5G高跨封墙（8-3）8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计横向基本周期
22、的计算横向基本周期的计算3.1 1）单跨和等高多跨厂房）单跨和等高多跨厂房8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计图8-9 位移计算简图8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计2 2）两跨不等高厂房）两跨不等高厂房两跨不等高厂房一般可简化为两个质点体系(见图8-10），其基本周期T1可按由能量法得到的公式（8-5）计算。图8-10 两跨不等高排架横梁内力图8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计式中，G1,G2分别为集中于低跨和高跨柱顶处的质点等效重力荷载代表值（kN）；u1,u2分别为G1,G2作
23、为水平力同时作用于相应质点处，排架在质点1,2处的侧移值（m）；8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计11为单位水平力F=1作用于屋盖（AB轴间屋盖,见图8-11）处，该屋盖标高引起的位移；12,21分别为单位水平力F=1分别作用于屋盖和屋盖处，屋盖和屋盖（BC轴间屋盖,见图8-11）引起的侧移（m/kN），12=21；22为单位水平力F=1作用于屋盖处时在该处引起的侧移；X11,X12分别为F=1作用于屋盖处时在横梁和横梁内引起的内力；X21为F=1作用于屋盖处时在横梁内引起的内力；a11,c11分别为单根柱A,C柱顶作用单位水平力F=1时在该处引起的侧移。
24、8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计 图8-11 两跨不等高排架横梁内力图X22F=1作用于屋盖处时在横梁内引起的内力8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计3 3）三跨不对称带升高跨厂房）三跨不对称带升高跨厂房三跨不对称带升高跨厂房一般可简化为三质点体系，采用能量法计算其基本周期T1，公式为（8-8）（8-9）式中，11，12，13，22，23，33均按结构力学方法计算；其他符号含义同前。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计横向基本周期的修正横向基本周期的修正4.由于排架计算简图与实际结构
25、的差别，按上面公式计算的自振周期比实际结构的周期大，这是因为屋架与柱的连接因加焊而或多或少存在某些刚接作用，厂房纵墙对增大排架横向刚度也有明显的影响。建筑抗震设计规范（GB500112010）规定，按平面排架计算厂房的横向自振作用时，排架的基本自振周期应考虑纵墙及屋架与柱连接的固结作用，可按下列规定进行调整，需要注意的是，这些规定不适用于纵向横墙连有刚度较大的附属建筑物的厂房。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计（1）由钢筋混凝土屋架或钢屋架与钢筋混凝土柱组成的排架，有纵墙时取周期计算值的80%，无纵墙时取90%。（2）由钢筋混凝土屋架或钢屋架与砖柱组成的排
26、架，取周期计算值的90%。（3）由木屋架、钢木屋架或轻钢屋架与砖柱组成的排架，取周期计算值。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计排架地震作用计算排架地震作用计算5.单层厂房在横向水平地震作用下，可被视为多质点体系。当它的高度不超过40m，质量和刚度沿高度分布比较均匀时，可以假定地震时各质点的加速度反应与质点的高度成比例，可采用底部剪力法进行计算。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计1 1）基底总地震作用标准值）基底总地震作用标准值基底总地震作用标准值为FEk=1Geq（8-10）式中，FEk为厂房总水平地震作用标准值；1为
27、相应于结构基本周期T1的地震影响系数；Geq为结构等效总重力荷载，单质点时取GE，多质点时取0.85GE，GE为结构的总重力荷载代表值，GE=ni=1Gi，Gi为集中于i点的重力荷载代表值。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计2 2）水平地震作用沿高度分布）水平地震作用沿高度分布作用于排架第i屋盖高度处的横向水平地震作用标准值Fi为（8-11）式中，Hi为质点i的高度。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计3 3）吊车重产生的横向水平地震作用）吊车重产生的横向水平地震作用对于柱距为12m或12m以下的厂房，单跨时应取一台吊车
28、重，多跨时不超过两台吊车重。集中的吊车重量为跨内一台最大吊车重，软钩时不包括吊重，硬钩时要考虑吊重的30%。一台吊车重产生的作用在一根柱上的吊车水平地震作用Fcri为（8-12）式中，Gci为第i跨吊车重作用在一根柱上的重力荷载，其数值取一台吊车自重轮压在一根柱上的牛腿反力；Hci为第i跨吊车梁面标高处的高度；Hi为吊车所在跨柱顶的高度；1为按厂房平面排架横向水平地震作用计算所取的1值采用。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计4 4）突出屋面天窗架横向水平地震作用）突出屋面天窗架横向水平地震作用建筑抗震设计规范（GB500112010）规定：对突出屋面的且带
29、有斜撑杆的三铰拱式钢筋混凝土和钢天窗架的横向抗震计算可采用底部剪力法；当跨度大于9m或9度时，混凝土天窗架的地震作用效应应乘以增大系数，其值可采用1.5。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计天窗架的横向水平地震作用按式（8-13）计算。（8-13）式中，Fsl为天窗架的横向水平地震作用力；Gsl为突出屋面部分天窗架的等效集中重力荷载代表值，Gsl=1.0G天窗屋盖+0.5G天窗积雪+0.5G天窗积灰；Hsl为天窗屋盖标高的高度，由厂房柱基础顶面算起。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计排架内力分析及组合排架内力分析及组合6
30、.求出各部位的地震作用后，根据一般结构力学方法求解排架就可确定地震作用效应;但按单个排架简图求出的地震作用效应，在一定的条件下尚需进行调整。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计1 1）考虑空间工作及扭转影响对柱地震作用效应的调整）考虑空间工作及扭转影响对柱地震作用效应的调整单层厂房的纵向系统一般包括屋盖、纵向支撑和吊车梁等。纵墙一方面能增大横向排架的刚度，另一方面能起到纵向联系的作用，因此，各横向排架是互相联系和互相制约的，它们与纵向系统一起组成一个复杂的空间体系。我们把这种互相制约的影响叫作厂房的空间工作。在地震作用下，厂房将产生整体振动。若将钢筋混凝土屋
31、盖视为具有很大水平刚度、支承在若干弹性支承上的连续梁，在横向水平地震作用下，只要各弹性支承（排架）的刚度相同，屋盖沿纵向质量分布也比较均匀，各排架亦有同样的柱顶位移，则可认为无空间工作影响。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计只有当厂房两端无山墙（中间亦无横墙)时，厂房的整体振动(第一振型)才接近单片排架的平面振动，如图8-12(a)所示。图8-12 厂房屋盖的变形8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计当厂房两端有山墙见图8-12（b)且山墙在其平面内的刚度很大时，作用于屋盖平面内的地震作用将部分地通过屋盖传给山墙，因而排架
32、所受的地震作用将有所减少。山墙的侧移可近似看作零，厂房各排架的侧移将不相等，中间排架处柱顶的侧移最大，即厂房存在空间工作。此时各排架实际承受的地震作用将比按平面排架计算得小。因此，按平面排架简化求得的排架地震作用必须进行调整。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计如果厂房仅一端有山墙，或虽然两端有山墙，但两山墙的抗侧移刚度相差很大，则厂房的整体振动将复杂化，除了有空间工作影响外，还会出现较大的平面扭转效应，使得排架各柱的柱顶侧移均不相同，如图8-12(c)所示。在弹性阶段，排架所承受的地震作用正比于柱顶的侧移。由于有空间工作时排架的柱顶侧移小于无空间工作时排架
33、的柱顶侧移，有扭转作用时排架的柱顶侧移大于无扭转作用时排架的柱顶侧移，因此，按平面排架简图求得的排架地震作用必须进行调整。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计建筑抗震设计规范（GB500112010）规定，钢筋混凝土屋盖的单层钢筋混凝土柱厂房的基本自振周期且按平面排架计算的排架柱地震剪力和弯矩，当符合下列要求时，可考虑空间工作和扭转影响进行调整：（1）设防烈度为7度和8度。当设防烈度大于8度时，由于山墙破坏严重，地震作用无法传给山墙，因此不能考虑整体空间工作。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计（2）厂房单元屋盖长度L与厂
34、房总跨度B之比L/B12m。其中，屋盖长度指山墙与山墙的间距，仅一端有山墙时，应取所考虑排架至山墙的距离；高低跨相差较大的不等高厂房，总跨度可不包括低跨。当符合这个规定时，厂房屋盖的横向水平刚度较大，能保证地震作用通过屋盖按相应的比例传给山墙或顶横墙，否则，由于屋盖的横向水平刚度小而不能考虑整体空间工作。（3）山墙的厚度不小于240mm,开洞所占的水平截面积不超过总面积的50%，并与屋盖系统有良好的连接。（4）柱顶高度不大于15m。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计2 2）高低跨交接处上柱地震作用效应的调整）高低跨交接处上柱地震作用效应的调整建筑抗震设计规
35、范（GB500112010）规定，高低跨交接处的钢筋混凝土柱的支承低跨屋盖牛腿以上各截面，按底部剪力法求得的地震剪力和弯矩应乘以增大系数，其值可按式（8-14）采用。（8-14）式中，为地震剪力和弯矩的增大系数；为不等高厂房高低跨交接处的空间工作影响系数。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计可按表8-2采用；nh为高跨的跨数；n0为计算跨度，仅一侧有低跨时应取总跨数，两侧均有低跨时应取总跨数与高跨跨数之和；GEL为集中于交接处一侧各低跨屋盖标高处的总重力荷载代表值；GEh为集中于高跨柱顶标高处的总重力荷载代表值。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单
36、层钢筋混凝土柱厂房抗震设计3 3）吊车桥架引起的地震作用效应增大系数）吊车桥架引起的地震作用效应增大系数钢筋混凝土柱单层厂房的吊车梁顶标高处的上柱截面，由起重机桥架引起的地震剪力和弯矩应乘以增大系数，当按底部剪力法等简化计算方法计算时，其值可按表8-3采用。因为起重机桥架是一个较大的移动质量，地震时它将引起厂房的强烈局部振动，从而使起重机桥架所在排架的地震作用效应明显地增大，造成局部严重破坏，为了减轻这种震害的发生，特将起重机桥架引起的地震作用效应予以放大。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗
37、震设计4 4）排架内力组合）排架内力组合排架横向抗震验算时的内力组合，是指地震作用引起的内力和与之相应的静力竖向荷载引起的内力，在可能出现的最不利情况下所进行的组合。计算时可以根据该内力组合进行结构构件的强度验算。其计算方法有以下特点：（1）地震作用是往复的，所以内力符号可正可负。（2）当进行单层厂房排架的地震作用效应和与其相应的其他荷载效应组合时，一般可不考虑风荷载效应，不考虑吊车横向水平制动力引起的内力，也不考虑竖向地震作用。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计（3）在静力竖向荷载计算中，起重机的竖向荷载在单跨时按一台起重机考虑，在多跨时按分别在不同跨度
38、内的两台起重机考虑，并与计算地震作用时所取的起重机台数和所在跨相应。排架内力组合效应的一般表达式可简化为S=GSGE+EhSEhk（8-15）式中，S为结构构件内力组合的设计值，包括组合的弯矩、轴向力和剪力设计值等；G为重力荷载分项系数，一般情况应采用1.2，当重力荷载效应对构件承载能力有利时，不应大于1.0；Eh为水平地震作用分项系数，可取1.3；SGE为重力荷载代表值的效应，当有起重机时，尚应包括悬吊物重力标准值的效应，此悬吊重力荷载不计入横向水平地震作用；SEhk为水平地震作用标准值的效应，尚应乘以相应的增大系数或调整系数。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房
39、抗震设计截面抗震验算截面抗震验算7.对于单层钢筋混凝土柱厂房，柱截面的抗震验算应满足式（8-16）的要求。（8-16）式中，R为结构构件承载力设计值；RE为承载力抗震调整系数，对钢筋混凝土偏心受压柱，轴压比小于0.15时，RE=0.75，轴压比大于0.15时，RE=0.80。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计8.1.48.1.4 单层钢筋混凝土柱厂房的筋混凝土柱厂房的纵向抗震向抗震计算算震害结果表明，厂房的纵向抗震能力较差，甚至低于厂房的横向抗震能力。在地震作用下，厂房的纵向也是整体空间工作的，并且或多或少总伴随着扭转影响。厂房纵向受力体系由柱间支撑、柱列
40、、纵墙和屋面等组成。柱间支撑的抗侧移刚度比柱列大得多；纵墙的抗侧移刚度也相当大，但开裂以后，其刚度急剧退化；屋面纵向刚度随着屋面形式的不同差别很大。厂房的纵向震害主要表现在天窗两侧的竖向支撑、屋面板与屋架的连接、柱间支撑的纵墙处。中柱列柱间支撑的震害远大于边柱列柱间支撑的震害。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计建筑抗震设计规范（GB500112010）规定：混凝土无檩和有檩屋盖及有较完整支撑系统的轻型屋盖厂房，其纵向抗震计算可采用下列方法：一般情况下，宜计及屋盖的纵向弹性变形，围护墙与隔墙的有效刚度，不对称时尚宜计及扭转的影响，按多质点进行空间结构分析；柱
41、顶标高不大于15m且平均跨度不大于30m的单跨或等高多跨的钢筋混凝土柱厂房，宜采用修正刚度法计算。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计各抗侧力构件的侧移刚度各抗侧力构件的侧移刚度1.1 1）柱）柱有一个侧力作用于柱顶时（只考虑柱子弯曲变形），11=H3/3EI，Kc11=1/11（Kc11为柱子的抗侧移刚度，11为抗侧位移）；当有两个侧力作用时，比较容易求出11和22，12=21。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计2 2）柱间支撑）柱间支撑单层厂房中常见的柱间支撑形式有K形撑、交叉撑等。柱间支撑的计算简图如图8-13所示
42、。图8-13 柱间支撑的计算简图A1，A2上、下柱支撑斜杆的截面面积;l1，l2上、下柱支撑斜杆的长度8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计3 3）砖围护墙）砖围护墙确定厂房纵向自振周期时，砖围护墙的刚度取其初始弹性刚度。当确定厂房的地震作用在各柱列之间的分配时，需要考虑不同烈度下砖墙开裂程度所引起的刚度下降。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计修正刚度法修正刚度法2.修正刚度法适用于单跨或等高多跨钢筋混凝土无檩和有檩屋盖厂房，柱顶标高不大于15m且平均跨度不大于30m的单跨或等高多跨钢筋混凝土柱厂房。钢筋混凝土无檩和有檩体
43、系的弹性屋盖的水平刚度很大，厂房的空间工作明显，厂房沿纵向的振动特性接近刚性屋盖厂房，因此可以按刚性屋盖厂房的计算原则进行计算，但为了反映屋盖变形的影响，须对厂房的纵向基本自振周期和柱列侧移刚度加以修正，这种方法就称为修正刚度法。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计1 1）厂房的纵向基本自振周期）厂房的纵向基本自振周期（1）按厂房的纵向刚度计算确定。这种方法假定厂房的整个屋盖是理想的刚性体，将所有柱列重力荷载代表值按动能等效原则集中到屋盖标高处，并与屋盖重力代表值加在一起，将各柱列侧移刚度也加在一起，形成单质点弹性体系，其自振周期T1按单质点弹性体系计算（见
44、图8-14）。图8-14 纵向周期计算简图8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计（8-17）式中，i为柱列序号；Gi为确定周期时，按跨度中线划分换算集中到第i柱列柱顶处的等效重力荷载（kN）；Ki为第i柱列的总刚度，是该柱列所有柱子、支撑和砖墙的刚度之和，Ki=Kc+Kb+Kw，其中，Kc,Kb分别为一根柱子、一片支撑的弹性侧移刚度，Kw为贴砌砖围护墙的侧移刚度，应考虑墙开裂而引起的刚度折减，对地震烈度为7度、8度和9度，分别取0.6,0.4和0.2；T为周期修正系数，按表8-4采用。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计（2
45、）按经验公式确定。对于柱顶标高不大于15m且平均跨度不大于30m的单跨或等高多跨的钢筋混凝土柱厂房，其纵向基本自振周期可按式（8-18）确定。T1=0.23+0.000251lH3（8-18）式中，1为屋盖类型系数，大型屋面板钢筋混凝土屋架可采用1.0，钢屋架采用0.85；l为厂房跨度（m），多跨厂房可取各跨的平均值；H为基础顶面至柱顶的高度（m）。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计（3）敞开、半敞开或墙板与柱子柔性连接的厂房，其纵向基本自振周期T1可按式（8-18）进行计算并乘以下列围护墙影响系数：2=2.6-0.002lH3（8-19）式中，2为围护墙
46、影响系数，小于1.0时应采用1.0。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计2 2）柱列地震作用）柱列地震作用（1）无吊车厂房柱列水平地震作用标准值。对于无桥式吊车的厂房，整个柱列的各项重力荷载集中在柱顶标高处；对于有桥式吊车的厂房，整个柱列的各项重力荷载应分别集中在柱顶标高处和吊车梁顶标高处。作用于第i柱列柱顶标高处的纵向地震作用标准值Fi可按式（8-20）确定。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计（8-20）Kai=34Ki（8-21）式中,1为相应于厂房纵向基本自振周期的水平地震影响系数；Geq为厂房单元柱列总等效重力荷
47、载代表值，应包括屋盖重力荷载代表值、70%纵墙自重、50%横墙与山墙自重及折算的柱自重（有吊车时采用10%柱自重，无吊车时采用50%柱自重）；Ki为i柱列柱顶的总侧移刚度，应包括i柱列内柱子和上、下柱间支撑的侧移刚度及纵墙的折减侧移刚度的总和，贴砌的砖围护墙侧移刚度的折减系数，可根据柱列侧移值的大小采用0.20.6；Kai为i柱列柱顶的调整侧移刚度。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计3为柱列侧移刚度的围护墙影响系数，可按表8-5采用，有纵向砖围护墙的四跨或五跨厂房，由边柱列数起的第三柱列，可按表内相应数值的1.15倍采用；4为柱列侧移刚度的柱间支撑影响系数
48、，纵向为砖围护墙时，边柱列可采用1.0，中柱列可按表8-6采用。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计（2）有吊车厂房柱列水平地震作用标准值。等高多跨钢筋混凝土屋盖厂房，柱列各吊车梁顶标高处的纵向地震作用标准值Fci可按式（8-22）确定。（8-22）式中，Gci为集中于i柱列吊车梁顶标高处的等效重力荷载代表值，应包括吊车梁与悬吊物的重力荷载代表值和40%柱子自重；Hci，Hi分别为i柱列吊车梁顶高度及柱顶高度。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计8.1
49、.58.1.5 单层钢筋混凝土柱厂房的抗震构造措施筋混凝土柱厂房的抗震构造措施屋盖构件的连接及支撑布置屋盖构件的连接及支撑布置1.（1）有檩屋盖构件的连接及支撑布置，应符合下列要求：檩条应与混凝土屋架(屋面梁)焊牢，并应有足够的支承长度。双脊檩应在跨度1/3处相互拉结。压型钢板应与檩条可靠连接，瓦楞铁、石棉瓦等应与檩条拉结。支撑布置宜符合表8-7的要求。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计（2）无檩屋盖构件的连接及支撑布置，应符合下列要求：大型屋面板应与屋架(屋面梁)焊牢，靠柱列的屋面板
50、与屋架(屋面梁)的连接焊缝长度不宜小于80mm。6度和7度时有天窗厂房单元的端开间，或8度和9度时各开间，宜将垂直屋架方向两侧相邻的大型屋面板的顶面彼此焊牢。8度和9度时，大型屋面板端头底面的预埋件宜采用角钢并与主筋焊牢。非标准屋面板宜采用装配整体式接头，或将板四角切掉后与屋架(屋面梁)焊牢。8.1 8.1 单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计单层钢筋混凝土柱厂房抗震设计屋架(屋面梁)端部顶面预埋件的锚筋，8度时不宜少于410，9度时不宜少于412。支撑的布置宜符合表8-8的要求，有中间井式天窗时宜符合表8-9的要求；8度和9度跨度不大于15m的厂房屋盖采用屋面梁时，可仅在厂房单元两端各设竖向支撑一道