廠房結(jié)構(gòu)的抗震措施的討論

康旻楠

摘 要：主要根據(jù)廠房結(jié)構(gòu)在地震中的呈現(xiàn)出的震害破壞的基礎(chǔ)上討論了廠房建筑結(jié)構(gòu)在各個構(gòu)件上的設(shè)計原則和抗震構(gòu)造措施。

關(guān)鍵詞：廠房；結(jié)構(gòu)；抗震

根據(jù)查閱單層廠房的大量震害表現(xiàn)，又經(jīng)過汶川地震后所開展的結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震性能的研究，可清楚地看出這類廠房結(jié)構(gòu)所存在的薄弱環(huán)節(jié)。設(shè)計時必須針對上述薄弱環(huán)節(jié)，正確確定結(jié)構(gòu)布置，搞好結(jié)構(gòu)構(gòu)件選型，注意剛度協(xié)調(diào)，加強廠房的整體性，改進連接構(gòu)造，保證構(gòu)件和節(jié)點有足夠的強度和延性。設(shè)計過程中，我認(rèn)為應(yīng)注意下列設(shè)計原則和抗震構(gòu)造措施。

1 體型與防震縫

單層廠房的平、立面布置應(yīng)注意使體型簡單、平直，各部分結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量均勻?qū)ΨQ，避免凹凸曲折，盡可能選用長方形平面體型。當(dāng)生產(chǎn)工藝確有必要采用較復(fù)雜的平立面布置時，應(yīng)用防震縫將其分成體型簡單的獨立單元。

對于單層磚柱廠房，抗震規(guī)范規(guī)定，當(dāng)為木屋蓋和輕鋼屋架、瓦楞鐵、石棉瓦屋面等輕型屋蓋時，可不設(shè)防震縫；當(dāng)為鋼筋混凝土屋蓋時，宜在與其貼建房屋之間設(shè)防震縫，縫寬可采用50～70mm。

調(diào)查表明，單層空曠房屋各部分的連接處不設(shè)防震縫時震害亦不重。為避免設(shè)縫時帶來構(gòu)造上的困難，抗震規(guī)范建議，大廳與前、后廳之間不宜設(shè)置防震縫，大廳與兩側(cè)附屬房屋之間可不設(shè)防震縫，但應(yīng)加強相互的連接，避免拉脫或由于應(yīng)力集中造成破壞。

對于單層鋼筋混凝土柱廠房，抗震規(guī)范規(guī)定，當(dāng)為多跨廠房宜采用等高廠房；當(dāng)廠房體型復(fù)雜或有貼建房屋時，宜設(shè)防震縫，在廠房縱橫跨交接處設(shè)縫時縫寬可采用100～150mm，其它情況下縫寬可采用50～90mm；廠房側(cè)邊貼建的房屋，宜沿縱墻或山墻布置，不宜在縱墻與山墻交匯的角部布置，以避免由于廠房角度受力復(fù)雜和增大扭轉(zhuǎn)效應(yīng)而加重震害。

2 屋蓋體系

單層廠房的結(jié)構(gòu)選型，應(yīng)使結(jié)構(gòu)構(gòu)件自身抗震性能良好，并有利于提高廠房的整體抗震能力，減輕屋蓋結(jié)構(gòu)的重量，以減小地震時作用于廠房屋蓋的慣性力。因此，抗震規(guī)范規(guī)定，對于單層磚柱廠房，6～8度時宜采用輕型屋蓋，9度時應(yīng)采用輕型屋蓋；對于單層鋼筋混凝土柱廠房，一般情況下宜采用預(yù)應(yīng)力混凝土或鋼筋混凝土屋架，當(dāng)跨度大于24m或8度Ⅲ、Ⅳ類場地和9度時可采用鋼屋架，柱距為12m時可采用預(yù)應(yīng)力混凝土托架。

加強單層廠房屋蓋構(gòu)件間的連接，對于保證廠房屋蓋的整體性和縱向地震力傳遞，極其有效。為此，抗震規(guī)范對無檁屋蓋構(gòu)件的連接提出了下列要求：大型屋面板應(yīng)與屋架（屋面梁）焊牢，靠柱列的屋面板與屋架（屋面梁）的連接焊縫不宜小于80mm；6度和7度時，有天窗廠房單元的端開間，或8度和9度時的各開間，宜采取措施將垂直屋架方向兩側(cè)相鄰大型屋面板的頂面彼此焊接，作為抵抗地震作用的第二道防線；8度和9度時，大型屋面板端頭底面的預(yù)埋件宜采用角鋼，并應(yīng)與主筋焊牢，以加強預(yù)應(yīng)力主筋的錨固；非標(biāo)準(zhǔn)屋面板宜采用裝配整體式接頭，或?qū)逅慕乔械艉笈c屋架（屋面梁）焊牢；屋架（屋面梁）端部頂面預(yù)埋件的錨筋，8度時不宜小于4？準(zhǔn)10，9度時不宜小于4？準(zhǔn)12，以保證傳遞屋蓋邊緣的縱向地震力。

為了防止由于截面強度不足而出現(xiàn)的震害，抗震規(guī)范對鋼筋混凝土屋架的截面和配筋提出下列構(gòu)造要求：屋架上弦第一節(jié)間和梯形屋架端豎桿的配筋，6度7度時不宜小于4？準(zhǔn)12，8度和9度時不宜小于4？準(zhǔn)14，梯形屋架的端豎桿截面寬度宜與上弦寬度相同；屋架上弦端部支承屋面板小立柱的截面不宜小于200×200mm，高度不宜大于500mm，主筋宜采用Π形，6度和7度時不宜小于4？準(zhǔn)12，8度和9度時不宜少于4？準(zhǔn)14，箍筋可采用？準(zhǔn)6，間距l(xiāng)00mm。

為使有檁屋蓋具有一定的抗震能力，抗震規(guī)范對有檁屋蓋構(gòu)件的連接提出下列構(gòu)造要求：檁條應(yīng)與屋架（屋面梁）焊牢，并有足夠的支承長度；采用雙脊檁時，每對檁條應(yīng)在跨度的1/3處相互拉結(jié)；檁條上的槽瓦、瓦楞鐵、石棉瓦等應(yīng)與檁條拉結(jié)。

3 天窗架

由于鋼筋混凝土兀形天窗架的震害比較普遍和嚴(yán)重，為保證天窗和整個廠房的安全，關(guān)于天窗架的選型和布置，抗震規(guī)范作如下規(guī)定：突出屋面的天窗架，宜采用鋼天窗架；6度、7度和8度時，可采用桿件截面為矩形的鋼筋混凝土天窗架；9度時，可采用重心低的下沉式（井式）天窗；天窗屋蓋與端壁板宜采用輕型板材；天窗架宜從廠房單元端部第三柱間開始設(shè)置。

抗震規(guī)范要求，突出屋面的鋼筋混凝土天窗架，其兩側(cè)墻板與天窗架立柱宜采用螺栓連接。這樣，在縱向地震作用下側(cè)板將不致在天窗立柱連接處形成剛性節(jié)點，從而減小側(cè)板剛度對天窗變形的約束影響；此外，尚可通過側(cè)板的縱向變位吸收一部分地震能量，以減輕天窗架立柱的受力。

4 柱

由于磚砌體抗剪強度低、延性差等原因，地震區(qū)的單層磚柱廠房發(fā)生有大量的嚴(yán)重震害，所以抗震規(guī)范規(guī)定，對于單層磚柱廠房，6度和7度時可采用十字形截面的無筋磚柱，8度I、Ⅱ類場地時應(yīng)采用有豎向配筋的組合磚柱；8度Ⅲ、Ⅳ類場地和9度時，邊柱宜采用上述組合磚柱，中柱宜采用鋼筋混凝土柱。空曠磚房大廳磚柱宜采用組合磚柱，柱上端鋼筋應(yīng)錨入屋架底部的鋼筋混凝土圈梁內(nèi)，組合磚柱的縱向鋼筋應(yīng)按計算確定，且6度Ⅲ、Ⅳ類場地和7度時不應(yīng)少于4？準(zhǔn)12，8度和9度時不應(yīng)少于6？準(zhǔn)14。

對于單層鋼筋混凝土柱廠房柱的選型，抗震規(guī)范規(guī)定如下：8度和9度時，宜采用矩形、工字形截面柱或斜腹桿雙肢柱，不宜采用薄壁開孔或預(yù)制腹板的工字形柱；柱底至設(shè)用4？16；有柱間支撐的柱，柱頂預(yù)埋件還應(yīng)增設(shè)抵抗地震剪力的抗剪鋼板。山墻抗風(fēng)柱的柱頂應(yīng)設(shè)置預(yù)埋板，使柱頂與端屋架的上弦（屋面梁上翼緣）可靠連接，連接節(jié)點應(yīng)具有傳遞縱向地震作用的足夠強度和變形能力。

5 支撐系統(tǒng)

廠房支撐系統(tǒng)是裝配式廠房傳遞和抵抗水平地震作用的主要構(gòu)件，應(yīng)保證結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)的完整性和穩(wěn)定性，以提高廠房的抗震能力。在總結(jié)唐山、海城等地震大量震害經(jīng)驗和分析研究的基礎(chǔ)上，抗震規(guī)范對各種屋蓋支撐和柱間支撐都作了具體規(guī)定，現(xiàn)分述如下：

5.1 木屋蓋支撐

磚柱廠房一般多采用瓦木屋蓋。對于這類屋蓋，當(dāng)有滿鋪望板時，在7～9度地震內(nèi)，只有個別廠房因構(gòu)造不合理造成屋架歪斜。如為未設(shè)上弦及下弦水平支撐的冷灘瓦屋蓋，8度地震時造成屋架歪斜的震害已很多，9度地震所造成的震害更加嚴(yán)重。為了保證屋蓋縱向有足夠的剛度和穩(wěn)定性，抗震規(guī)范對木屋蓋的支撐布置和間距作了規(guī)定。支撐與屋架、天窗架應(yīng)采用螺栓連接。

5.2 鋼筋混凝土屋蓋支撐

鋼筋混凝土有檁屋蓋是具有一定柔性的屋蓋體系，其剛度主要靠檁條與屋架的連接來保障，檁條上的瓦材是剛度較差的擱置構(gòu)件，這顯然是不能滿足抗震要求的。為了保證屋蓋的整體性和屋蓋地震作用的傳遞，計地坪以上500mm范圍內(nèi)和階形柱的上柱宜采用矩形截面。震害經(jīng)驗表明，上述選型規(guī)定，除了保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身具有較好的抗震性能外，還有利于提高廠房的整體抗震能力。

為了避免磚山墻倒塌而造成端開間屋蓋塌落的嚴(yán)重震害，對于鋼筋混凝土柱廠房，抗震規(guī)范規(guī)定，廠房端部宜設(shè)屋架，不宜用山墻承重。對于單層磚柱廠房，抗震規(guī)范要求廠房兩端均應(yīng)設(shè)置承重山墻，因為山墻承受豎向壓力，將對其抗剪能力有所提高。