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1、第第9 9章章 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 工程抗震9.1 9.1 震害概述震害概述（1 1）横向）横向（2 2）纵向）纵向 屋面板坠落；天窗架倾倒；屋架破坏；柱间支撑；山墙；女儿墙等9.2 9.2 结构布置的一般原则结构布置的一般原则（详细看教材，规范）（详细看教材，规范）（1 1 1 1）体型与抗震缝）体型与抗震缝）体型与抗震缝）体型与抗震缝体型简单、规则、刚度质量分布均匀。振动特性相差比较大的厂房用抗震缝将结构分开。厂房端部用屋架承重屋盖，而不是山墙承重。辅助房屋等设施布置不应在角部和邻近抗震缝。（2 2 2 2）屋盖体系）屋盖体系）屋盖体系）屋盖体系用轻屋
2、盖减轻地震作用。天窗位置刚度突变对结构抗震不利，宜采用轻质材料的天窗，必要时也可以采用下沉式天窗。屋盖支撑起到加强刚度的作用，合理设置，满足相关要求。（3 3 3 3）柱）柱）柱）柱柱是厂房的重要承重构件。钢筋混凝土柱一般具有较好的抗震性能，但要注意柱的截面选择，变截面位置容易成为结构的抗震弱点。合理布置柱间支撑。（4 4 4 4）维护墙体）维护墙体）维护墙体）维护墙体砖墙地震破坏比较严重，宜用大型墙板。9.3 9.3 单层厂房的横向抗单层厂房的横向抗震震（1 1 1 1）计算模型）计算模型）计算模型）计算模型空间结构或者平面排架结构，结构受力比较均匀的简单厂房可用平面排架计算（2 2 2 2
3、）自振周期计算简图和重力）自振周期计算简图和重力）自振周期计算简图和重力）自振周期计算简图和重力荷载代表值荷载代表值荷载代表值荷载代表值自振周期计算简化为单质点体系和多质点体系。重力荷载代表值分结构自振频率计算和地震作用计算两种情况（频率等效、作用等效），等高厂房自振频率计算时集中在屋盖处的重力荷载代表值为：G=1.0G屋盖+0.5G雪+0.5G积灰+0.5G吊车梁+0.25G柱+0.25G纵墙+1.0G檐墙（不等高的情况参见教材7.2-7.3）其中的系数是可变荷载组合系数组合系数组合系数组合系数和质量换算系数质量换算系数质量换算系数质量换算系数。换算系数根据实际情况进行调整，如吊车梁集中到相
4、邻低跨屋盖处时取1.0G吊车梁。 （3 3）地震作用的计算简图和重力荷载）地震作用的计算简图和重力荷载）地震作用的计算简图和重力荷载）地震作用的计算简图和重力荷载厂房的质量集中在屋盖处吊车桥架重、吊重Gcr的质量集中在该跨两柱子吊车梁顶面位置等高厂房地震作用计算时集中在屋盖处的重力荷载代表值为：G=1.0G屋盖+0.5G雪+0.5G积灰+0.75G吊车梁+0.5G柱+0.5G纵墙+1.0G檐墙（不等高的情况参见教材7.5-7.6）（4 4）横向自振周期计算）横向自振周期计算）横向自振周期计算）横向自振周期计算单跨和等高多跨G1：集中在屋盖处的重力荷载代表值(kN)g：重力加速度;11：柔度系数
5、两跨不等高厂房 严密算法或者近似算法计算自振频率。按近似计算方法计算时(能量法)，基本周期为三跨不等高时厂房的基本周期近似算法与两跨相似三跨不等高时厂房的基本周期近似算法与两跨相似（5 5）横向自振周期调整）横向自振周期调整）横向自振周期调整）横向自振周期调整实际结构屋架与柱子之间不是完全的铰接，以及山墙的影响，实际的自振周期小于计算值，根据规范的规定需要进行自振周期调整。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%。（6 6）排架地震作用）排架地震作用）排架地震作用）排架地震作用按底部剪力法计算时，屋面（厂房）、吊车重量引起的地震荷载作用的计
6、算简图分别如下。底部剪力底部剪力等高厂房不等高厂房作用在屋盖以及吊车梁上的地震荷载作用在屋盖以及吊车梁上的地震荷载 柱距不超过12m的厂房，单跨取一台，多跨不超过2台，软钩不考虑吊重，硬钩考虑30%的吊重。一台吊车作用在一根柱上所在跨的柱顶高度作用在一根柱子上的重力荷载天窗架的横向水平地震作用天窗架的横向水平地震作用一般天窗架的地震作用跨度大于9度或者烈度9度时，考虑增大系数1.5。Gsl=1.0G天窗屋盖+0.5G天窗积雪+0.5G天窗积灰Hsl：天窗屋盖标高的高度，由厂房基础顶面算起。（7 7）排架内力分析）排架内力分析）排架内力分析）排架内力分析排架内力计算过程如下：按结构力学方法计算结
7、构的内力（内容省略）对计算结果进行调整 1）考虑空间效应及扭转影响 2）不等高厂房高低跨交界处上柱内力修正 3）对有吊车厂房的上柱截面内力修正计算结果调整1 1）考虑空间效应及扭转影响）考虑空间效应及扭转影响实际厂房具有空间作用：山墙、屋架与柱顶连接刚度等山墙、屋架与柱顶连接刚度等山墙、屋架与柱顶连接刚度等山墙、屋架与柱顶连接刚度等具有空间作用和扭转效应具有空间作用和扭转效应具有空间作用和扭转效应具有空间作用和扭转效应抗震规范抗震规范：按平面铰接排架进行横向地震计算时，对钢筋混凝土屋盖的等高厂房排架柱和不等高厂房除高低跨交接处上柱以外除高低跨交接处上柱以外的全部排架柱各截面的地震弯矩和剪力，均
8、应考虑空间效应及扭转影响。考虑空间效应及扭转影响尚应符合如下考虑空间效应及扭转影响尚应符合如下考虑空间效应及扭转影响尚应符合如下考虑空间效应及扭转影响尚应符合如下4 4 4 4个条件（个条件（个条件（个条件（否则要采用考虑空否则要采用考虑空否则要采用考虑空否则要采用考虑空间效应的计算模型直接计算，不能通过调整的方法考虑空间效应间效应的计算模型直接计算，不能通过调整的方法考虑空间效应间效应的计算模型直接计算，不能通过调整的方法考虑空间效应间效应的计算模型直接计算，不能通过调整的方法考虑空间效应）：）：）：）：基本烈度为7、8度的地震区；山墙的间距Lt与厂房总跨度B之比Lt /B8或 B12m；山
9、墙的厚度不小于240mm，开洞水平面积50%，与屋盖系统连接良好；柱顶高度 15m。B B）高低跨交接处高跨上柱的地震效应（）高低跨交接处高跨上柱的地震效应（M M、V V）增大效应）增大效应 增大系数 ： 高低跨交接处的空间工作影响系数。 高振型 的影响因素： 空间作用 集中在高、低跨的柱顶重力荷载代表值计算跨度C C）吊车桥架对厂房地震的增大效应）吊车桥架对厂房地震的增大效应吊车梁顶面标高处的上柱截面由吊车桥架引起的地震剪力和弯矩乘以增大系数： 考虑吊车的局部振动放大地震荷载的影响（8 8）排架内力组合）排架内力组合）排架内力组合）排架内力组合 内力组合内力组合内力组合内力组合：地震作用引
10、起的内力和与其相应的竖向荷载引起的内力，根据可能出现的最不利荷载组合情况，进行组合。组合效应为重力荷载分项系数1.2水平地震荷载分项系数1.3重力荷载代表值效应包括悬吊物重力标准值的效应水平地震作用标准值得效应考虑增大系数或调整系数（9 9）截面抗震验算）截面抗震验算）截面抗震验算）截面抗震验算 一般表达式： SR/RER结构构件承载能力设计值RE承载力调整系数，与柱子的轴压比有关，轴压比小于0.15时取0.75，否则取0.8。（1010）抗震验算其他问题）抗震验算其他问题）抗震验算其他问题）抗震验算其他问题侧向水平变位受约束（短柱），按下式验算柱头抗剪： V（0.042bch0fc+Asvf
11、yv+0.054N）/RE V 柱顶剪力设计值 RE承载力抗震调整系数（1.0）重力与水平地震力同时作用下，不等高厂房低跨柱的牛腿（支撑屋架牛腿）纵向水平受拉钢筋截面积：9.4 9.4 单层厂房的纵向抗震计算单层厂房的纵向抗震计算（1 1）计算模型）计算模型）计算模型）计算模型空间结构或者柱列，为了方便设计，常用简化方法计算。两种简化计算方法两种简化计算方法两种简化计算方法两种简化计算方法修正刚度法拟能量法，适用两跨不等高厂房纵向地震作用效应计算，是一种考虑空间效应的近似算法（不介绍） （2 2）修正刚度法）修正刚度法）修正刚度法）修正刚度法适用范围适用范围柱顶标高15m，平均跨度30m的单跨
12、或多跨等高钢筋砼无檩和有檩屋盖的厂房。计算原理计算原理1）假定刚性屋盖，按单质点体系计算周期。2）按柱列刚度比例分配地震作用，并考虑纵向围墙刚度或中列柱支撑的强弱对柱列侧移量的影响。纵向自振周期计算纵向自振周期计算( (按厂房整体计算，按厂房整体计算，公式需确认，按教材公式需确认，按教材) ) Gi：集中在第i列柱柱顶处的等效重力荷载(kN) Gi=1.0G屋盖+0.5G雪+0.5G积灰+0.25(G柱+G横墙) +0.35G纵墙+0.5(G吊车+G吊车梁)0.35剪切等效k 周期修正系数g 重力加速度Ki第i柱列总刚度 Ki=Kc+Kb+Kw柱、支撑和墙的刚度总和，考虑墙开裂折减墙体刚度折减
13、系数对于单跨或者等高多跨钢筋混凝土柱砖围护墙结构，纵向自振周期对于单跨或者等高多跨钢筋混凝土柱砖围护墙结构，纵向自振周期对于单跨或者等高多跨钢筋混凝土柱砖围护墙结构，纵向自振周期对于单跨或者等高多跨钢筋混凝土柱砖围护墙结构，纵向自振周期也可以按经验公式计算也可以按经验公式计算也可以按经验公式计算也可以按经验公式计算（规范公式）（规范公式）（规范公式）（规范公式） 屋盖类型系数(混凝土1.0，钢屋架0.85)。l厂房跨度（m），多跨取平均跨度H基础顶面至柱顶的高度（m）。 对于敞开、半敞开等厂房，基本周期还应考虑围护墙影响系数。柱列地震作用柱列地震作用作用于第i列柱柱顶标高处地震力： Kai i
14、列柱柱顶的调整侧移刚度Ki i列柱柱顶的总侧移刚度柱列刚度调整系数分别为维护墙影响分别为维护墙影响和柱间支撑影响和柱间支撑影响厂房单元柱列总等效重力荷载代表值（kN）： 1.0G屋盖+0.5G雪+0.5G积灰+0.5G柱+0.5G横墙+0.7G纵墙 （无吊车厂房） Geq= 1.0G屋盖+0.5G雪+0.5G积灰+0.1G柱+0.5G横墙+0.7G纵墙 （有吊车厂房） 纵向围墙的刚度对柱列侧移量的影响系数 中列柱支撑对柱列侧移量的影响系数作用于柱列吊车梁顶标高处的纵向地震作用标准值：作用于i柱列吊车梁顶标高处的等效重力荷载代表值： Gci = 0.4G柱+1.0（ G吊车梁+0.5G吊车 ）
15、Hci 、Hi第i柱列吊车梁顶高度及柱列顶高度（m）构件地震作用构件地震作用无吊车厂房：第i柱列中，一根柱子、一片支撑、一片砖墙所分担的纵向地震作用分别为：墙体刚度折减系数 有吊车厂房：柱列侧移ui1和ui2 由此求得柱子、支撑、砖墙所分担的纵向地震作用 柱子柱间支撑砖墙纵向柱列的刚度纵向柱列的刚度 柱列刚度为柱、支撑以及墙体的刚度之和 Ks=Kc+Kb+Kw 一般可通过柔度计算求逆得到， K=-1 关键是构件的柔度系数计算方法。 纵向柱列各构件的柔度 单柱单柱是考虑屋盖吊车梁等的约束影响系数柱间支撑柱间支撑A）柔性支撑（150），受压杆的作用可以忽略。不考虑水平杆的变形考虑水平杆的变形 交叉
16、支撑的斜杆内力B）半刚性支撑（=40150），考虑压杆稳定系数，受压的作用考虑一部分（不考虑水平杆及两边柱子的变形）交叉支撑的斜杆内力C）刚性支撑（40），考虑受压杆的作用（不考虑水平杆变形）砖墙的柔度（按照砌体结构的计算方法）砖墙的柔度（按照砌体结构的计算方法）A）无吊车B）有吊车9.5 9.5 单层钢筋砼柱厂房的构造措施单层钢筋砼柱厂房的构造措施（1 1 1 1）无檩屋盖）无檩屋盖）无檩屋盖）无檩屋盖构件的连接要求屋面板与屋架焊牢，靠近柱列的屋面板与屋架焊缝长度80mm；6、7度时有天窗厂房的端开间，或8、9度时的各开间垂直屋架方向两侧相邻的大型屋面板顶面焊牢；8、9度时，屋面板端头底面的
17、预埋件采用角钢并与主筋焊牢；非标准屋面采用装配整体式接头，或将板四角切掉后与屋架焊牢。屋架端部顶面预埋锚筋，8度时 410，9度时 412。屋盖支撑要求屋盖支撑要求此外，屋盖支撑还要求满足下列条件：天窗开洞范围内，在屋架脊点处应设上弦通长水平压杆。屋架跨中竖向支撑在跨度方向的间距，6-8度时不大于15m，9度时不大于12m，当仅在跨中设一道时，应设在跨中屋架屋脊处，设二道时，应在跨度方向均匀布置。屋架上、下弦通长水平系杆与竖向支撑宜配合设置。跨度不大于15m的无腹杆钢筋砼组合屋架上弦横向支撑在厂房单元两端各设一道，8度每隔36m和9时每隔24m应增设一道。柱距不小于12m且屋架间距为6m的厂房
18、，拖架区段及其相邻开间应设下弦纵向水平支撑。屋盖支撑杆件宜用型钢。（2 2 2 2）有檩屋盖）有檩屋盖）有檩屋盖）有檩屋盖构件的连接要求檩条应与屋架焊牢，有足够的支承长度；双脊檩应在跨度1/3处相互拉结；压型钢板应与檩条连接，槽瓦、瓦楞铁、石棉瓦等应与檩条拉结；屋盖支撑要求屋盖支撑要求（3 3 3 3）屋架）屋架）屋架）屋架屋架上弦第一节间和梯形屋架端竖杆的配筋，6、7度时不宜小于412，89度时不宜小于414；梯形屋架的端竖杆截面宽度宜与上弦宽度相同；屋架上弦端部支撑屋面板的小立柱的截面不宜小于200mm，高度不宜大于500mm，主筋宜采用形，67度时不宜少于412，89度时不宜少于414，
19、箍筋可采用6，间距宜为100mm。钢筋砼组合屋架的上弦宜为矩形截面，下弦应采用型钢。（3 3）柱）柱）柱）柱箍筋加密柱头；上柱；牛腿或肩梁；柱根；柱间支撑与柱连接节点和柱变位受平台、嵌砌内隔墙等约束的部位。1 1）加密箍筋直径）加密箍筋直径2 2）不等高厂房低跨屋盖的中柱牛腿增设的抗拉钢筋）不等高厂房低跨屋盖的中柱牛腿增设的抗拉钢筋6、7度时不少于212，8度时不少于214，9度时不少于216；抗拉钢筋应与牛腿面的预埋板焊牢；柱子根部自柱底至设计地坪以上500mm高度范围内采用矩型截面；在牛腿箍筋加密区范围内，柱截面采用矩型。3 3）山墙抗风柱的配筋要求）山墙抗风柱的配筋要求抗风柱柱顶以下30
20、0mm和牛腿面以上300mm的箍筋直径不宜小于6mm，间距不应大于100mm，肢距不宜大于250mm；抗风柱的变截面牛腿处宜设置纵向受拉钢筋。4 4）大柱网厂房柱的截面配筋）大柱网厂房柱的截面配筋柱截面采用正方形或接近于正方形的矩形；柱轴压比，67度时不宜大于0.8，8度时不宜大于0.7，9度时不应大于0.6。纵向钢筋宜沿柱截面周边对称配置；柱头和柱根的箍筋应加密。（4 4）柱间支撑）柱间支撑）柱间支撑）柱间支撑柱间支撑按厂房单元布置；柱间支撑的杆件采用型钢，支撑形式宜采用交叉，交角不宜大于55度；采用带吸能内框的消能柱间支撑吸收地震能量。8度时厂房跨度不小于18m的多跨厂房的中柱和9度时多跨
21、厂房的各柱，柱顶宜设置通长水平压杆。柱间支撑与柱连接的节点焊缝及柱内锚件应与支撑杆件等强，取杆件全截面屈服强度的1.2倍。（5 5）连接节点）连接节点）连接节点）连接节点8度时，屋架与柱的连接宜采用螺栓，9度时宜采用钢板铰或螺栓。（6 6）砖围护墙：）砖围护墙：）砖围护墙：）砖围护墙：围护墙沿全高与柱子牢固拉结，转角处的砖墙应沿两个主轴方向与厂房柱拉结，柱顶以上的墙体应与屋架端部拉结，围护墙顶部还应与屋面板、天沟板接结。宜采用现浇钢筋砼墙梁；设置闭合圈梁以增加厂房的整体性；半截隔墙及高低跨横隔墙应贴靠柱边砌筑，与柱间柔性连接；钢筋砼大型墙板与厂房柱或屋架间宜采用柔性连接，6-7度区可采用型钢互焊的刚性连接。
