單層磚柱廠房抗震設(shè)計與加固研究

傅琳琳

【摘 要】單層磚柱廠房造價低廉、構(gòu)造簡單、施工方便，由于材料的脆性性質(zhì)，其抗震性能較差。筆者通過若干工程實例，詳細分析了單層磚柱廠房的震害，找出杭震的薄弱環(huán)節(jié)，結(jié)合結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)布置的原理，提出相應(yīng)的抗震設(shè)計及加固工藝與構(gòu)造措施。

【關(guān)鍵詞】單層廠房；磚柱；抗震設(shè)計；加固

單層磚柱廠房以磚柱（墻）作為承重和抗側(cè)力構(gòu)件，磚柱廠房內(nèi)部空曠、橫墻問距大、地震時的抗倒塌能力不如砌體結(jié)構(gòu)的民用建筑。由于砌體材料的脆性性質(zhì)，其抗震能力不如鋼筋混凝土柱廠房；筆者通過若干工程實例，詳細分析了單層磚柱廠房的震害，找出單層磚柱廠房抗震的薄弱環(huán)節(jié)，結(jié)合結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)布置的原理，提出相應(yīng)的抗震措施與加固方法，對提高其抗震能力有很重要的現(xiàn)實意義。

1. 單層磚柱震害分析

（1）6、7度區(qū)：未經(jīng)設(shè)防的單層磚結(jié)構(gòu)廠房，多數(shù)只有輕微破壞或基本完好，少數(shù)為中等破壞。8度區(qū)：多數(shù)有破壞，部分受到中等破壞，個別倒塌。9度區(qū)：大多數(shù)有嚴重破壞或倒塌，只有個別在震后保留下來。

（2）6、7度區(qū)單層磚柱廠房破壞較輕，少數(shù)磚柱出現(xiàn)彎曲水平裂縫：縱墻水平裂縫、磚垛折斷、山墻斜裂縫。屋架支座聯(lián)結(jié)處的局部破壞。

（3）8度區(qū)出現(xiàn)縱墻水平裂縫、磚垛折斷、山墻斜裂縫、屋架支座聯(lián)結(jié)處的局部破壞、倒塌或局部倒塌，主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞；9度區(qū)廠房出現(xiàn)較為嚴重的破壞，倒塌率較大。如圖1、圖2。

圖1 磚柱出現(xiàn)裂縫圖

（4）從震害特點看，磚柱是廠房的薄弱環(huán)節(jié)，外縱墻的磚柱在窗臺高度或廠房底部產(chǎn)主水平裂縫，內(nèi)縱墻的磚柱在底部產(chǎn)生水平裂縫，磚柱的破壞是廠房倒塌的主要原因。山墻在地震時產(chǎn)生以水平裂縫為代表的平面外彎曲破壞，山墻外傾、檁條拔出，嚴重時山墻倒塌，端開間屋蓋塌落。屋蓋形式對廠房抗震性能有一定的影響，重屋蓋廠房的震害普遍重于輕屋蓋廠房，楞攤瓦和稀鋪望板的瓦木屋蓋，其縱向水平剛度和空間作用較差，地震時屋蓋易產(chǎn)生傾斜。

圖2 磚墻出現(xiàn)裂縫圖

2. 結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)布置

（1）廠房的平立面應(yīng)簡單規(guī)則。當(dāng)平面為L、T形時，廠房陰角部位易產(chǎn)生震害。對于立面復(fù)雜的廠房，當(dāng)屋面高低錯落時，由于振動的不協(xié)調(diào)而發(fā)主碰撞，震害更為嚴重。 當(dāng)廠房體型復(fù)雜或有貼建的房屋（或構(gòu)筑物）時，應(yīng)設(shè)置防震縫將廠房與附屬建筑分割成各自獨立、體型簡單的抗震單元，以避免地震時產(chǎn)生破壞。

（2）地震時廠房破壞程度與屋蓋類型有關(guān)，一般來說重型屋蓋廠房震害重，輕型屋蓋廠房震害輕，在高烈度區(qū)影響更為明顯。因此要求6～8度時宜采用輕型屋蓋，9度時應(yīng)采用輕型屋蓋。

（3）當(dāng)廠房兩端為非承重山墻時，山墻頂部與檁條或屋面板很難連接，只能依靠屋架上弦與防風(fēng)柱上端連接作為山墻頂部的支點，這不僅降低了房屋整體空間作用，對防止山墻的出平面破壞也不利，因此廠房兩端均應(yīng)設(shè)置承重山墻。

（4）廠房的縱橫向內(nèi)隔墻宜做成抗震墻，避免主體結(jié)構(gòu)的破壞。當(dāng)內(nèi)隔墻不能做成抗震墻時，最好采用輕質(zhì)隔墻，以避免墻體對柱及柱與屋架的連接節(jié)點產(chǎn)生不利影響。

（5）天窗架不應(yīng)通至廠房單元的端開間，以免過分削弱屋蓋的剛度。天窗架采用磚壁承重時，將產(chǎn)生嚴重的震害甚至倒塌，地震區(qū)應(yīng)避免使用。

3. 抗震承載力計算

3.1 橫向抗震計算。

（1）單層磚柱廠房橫向抗震計算的計算簡圖可按下列規(guī)定選?。寒?dāng)廠房柱為無筋磚柱或邊柱為組合磚柱、中柱為鋼筋混凝土柱時，可采用下端為固接、上端為鉸接的排架結(jié)構(gòu)模型（單層磚柱廠房橫向抗震計算的計算簡圖見圖3）。

圖3 單層磚柱廠房橫向抗震計算的計算簡圖

（2）當(dāng)廠房邊柱為無筋磚柱、中柱為鋼筋混凝士柱，在確定廠房自振周期時，磚柱下端按固接考慮，在計算水平地震作用時，磚柱下端按鉸接考慮。這主要是考宅到在地震作用下，隨著變形的不斷增加，無筋磚柱下端開裂并退出工作，因而全部橫向地震作用由中部的鋼筋混凝土柱承擔(dān)。輕型屋蓋單層磚柱廠房的橫向抗震計算，可以忽略空間工作影響。對于鋼筋混凝上屋蓋和密鋪望板的瓦木屋蓋廠房，其空間作用不能忽略，應(yīng)按空間分析的方法進行計算：但為了簡化，對于一定條件下的廠房可以按平面排架進行計算，考慮到其空間工作影響，對計算的地震作用效應(yīng)要進行調(diào)整。

3.2 縱向抗震計算。

（1）對于鋼筋混凝土屋蓋的等高多跨磚柱廠房，當(dāng)考慮屋蓋為剛性時，縱向地震作用在各柱列之間的分配與柱列的側(cè)移剛度成正比：當(dāng)考慮屋蓋的彈性進行空間分析時，側(cè)移剛度較大的柱列分配的地震作用比按剛性屋蓋分配的地震作用小，而側(cè)移剛度較小的柱列分配的地震作用比按剛性屋蓋分配的地震作用大。設(shè)計中為了利用剛性屋蓋假定時縱向地震作用分配形式簡單的優(yōu)點，可以針對不同屋蓋形式對柱列的側(cè)移剛度乘以修正系數(shù)，作為縱向地震分配時的柱列剛度，并對所計算的廠房自振周期進行修正，以考慮屋蓋的彈性影響。

（2）對于縱墻對稱布置的單跨廠房，在廠房縱向沿跨中切開，取一個柱列進行縱向計算與對廠房進行整體分析結(jié)果是相同的。對于輕型屋蓋的多跨廠房雖然屋蓋仍具有一定的水平剛度，考慮到屋蓋與磚墻的彈性極限變形值相差較大，為了計算簡便，仍可假定各縱向柱列在地震時獨立振動，按柱列法進行計算。

4. 抗震構(gòu)造措施

（1）單層磚柱廠房采用鋼筋混凝上屋蓋時的抗震構(gòu)造措施可參照鋼筋混凝土柱廠房的有關(guān)規(guī)定。未設(shè)上弦及下弦水平支撐的楞攤瓦屋蓋，屋架產(chǎn)主傾斜甚至倒塌的震害較多，因此要有足夠的屋蓋支撐系統(tǒng)，保證屋蓋沿縱向有足夠的剛度和穩(wěn)定，以滿足抗震的要求。

（2）圈梁對增強廠房的整體性起到了重要作用，但預(yù)制圈梁抗震性能差，地震時在連接外容易拉斷，因此要求圈梁應(yīng)現(xiàn)澆且在廠房柱頂標高處沿房屋外墻及承重內(nèi)墻閉合。對于8度區(qū)還應(yīng)沿墻高每隔3～4m增設(shè)一道圈梁，可提高磚墻的抗震性能，并能夠限制地震時墻體裂縫的開展，減輕墻體破壞。當(dāng)?shù)鼗鶠檐浫跽承酝?、液化土、新近填土或嚴重不均勻土層時，地震易出現(xiàn)裂縫，此時基礎(chǔ)頂面應(yīng)設(shè)置基礎(chǔ)圈梁，以減輕地震災(zāi)害。當(dāng)圈梁兼做門窗過梁或抵抗不均勻沉降影響時，圈梁的截面和配筋除滿足抗震構(gòu)造要求外，還應(yīng)根據(jù)實際受力計算確定。