廠房縱向抗震計(jì)算理論的探討

于 潔，汪一駿

(北京交通大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，北京 100044)

廠房縱向抗震計(jì)算理論的探討

于 潔，汪一駿

(北京交通大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，北京 100044)

現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2010)第9.1.8條規(guī)定，單層混凝土無檁屋蓋廠房的縱向抗震設(shè)計(jì)可采用附錄K.1的修正剛度法。該規(guī)定在理論和計(jì)算模型上都存在問題，與規(guī)范第5.2.6條的縱向地震作用分配原則和第13.2.1條第2款對非結(jié)構(gòu)構(gòu)件“柔性連接的建筑構(gòu)件，可不計(jì)入剛度”的基本規(guī)定相矛盾。附錄K.1除仍被個別設(shè)計(jì)手冊、教材引用外，在實(shí)際設(shè)計(jì)中已不再采用。建議在GB 50011—2010修訂時刪除附錄K.1，以消除安全隱患。

單層無檁屋蓋廠房 圍護(hù)墻 剛度 縱向抗震 抗側(cè)力

按GB 50011—2010［1］附錄K.1規(guī)定的修正剛度法進(jìn)行單層混凝土無檁屋蓋廠房的縱向抗震設(shè)計(jì)，其核心有兩點(diǎn):①計(jì)入廠房兩側(cè)與排架柱貼砌且柔性連接的普通磚砌體圍護(hù)墻的縱向剛度。由于該圍護(hù)墻的虛擬剛度較大，即使有門窗洞口且墻體在水平地震作用下早已開裂其剛度仍很大(8度地震時剛度折減系數(shù)為0.4)，相當(dāng)于將圍護(hù)墻視為有洞口且地震中已開裂的抗震墻。虛擬剛度與洞口大小有直接關(guān)系。②將1.5 m×6.0 m的無檁混凝土屋蓋視作剛度無窮大的現(xiàn)澆板或裝配整體式板。以上兩點(diǎn)與同一規(guī)范中第5.2.6條和13.2.1條完全不符。本文對矛盾之處加以探討。

1 磚墻能否起抗震墻的作用

1)廠房兩側(cè)的圍護(hù)墻［2］開洞較大，與排架柱貼砌，僅僅沿房屋高度每隔500 mm用2φ6 U形鋼筋拉結(jié)，屬于柔性連接，磚墻頂與混凝土屋面板間沒有采取專門的錨固措施，達(dá)不到抗震墻與樓、屋面板的連接要求。故圍護(hù)墻不能作為抗側(cè)力構(gòu)件。如按規(guī)范13.2.1條將圍護(hù)墻由貼砌改為嵌砌，其增強(qiáng)的剛度可采用周期折減法等簡化方法計(jì)算。如采取構(gòu)造措施(規(guī)范和國標(biāo)圖至今還沒有專門的構(gòu)造措施)，擬計(jì)入圍護(hù)墻的抗震承載力時，必須先驗(yàn)算該圍護(hù)墻中的窗間墻的抗震承載力，其滿足要求時才能計(jì)入圍護(hù)墻的抗震承載力。作者曾將圍護(hù)墻視作抗震墻，經(jīng)過大量驗(yàn)算表明，其抗震承載力遠(yuǎn)不能滿足砌體結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)要求。因此單層廠房抗震設(shè)計(jì)時不能計(jì)入圍護(hù)墻的剛度。

2)GB 50011—2010第7.1.8條第5款規(guī)定，抗震墻下應(yīng)設(shè)置條形基礎(chǔ)。一般工業(yè)單層房屋外墻下均設(shè)置基礎(chǔ)梁，不設(shè)條形基礎(chǔ)，因此設(shè)計(jì)時不能考慮其抗震能力。

2 無檁屋蓋廠房1.5 m×6.0 m［2］混凝土屋面

板能否代替現(xiàn)澆或裝配整體式屋面板

1)縱向天窗架屋面板開洞面積較大，一般門窗洞口為不開洞的墻體面積的1/2～1/3。

2)多跨雙坡屋面，在中列柱的內(nèi)天溝處屋面板斷開，形成了多跨的水平簡支剪切梁。

3)中柱柱頂左右兩側(cè)多數(shù)為下承式屋架的支座，每個屋架端部分別設(shè)置2 m高左右的豎向支撐，導(dǎo)致屋面板無法與柱頂牢固相連。除非中柱上升采用上承式屋架。

以上三點(diǎn)在構(gòu)造上已決定了中柱柱頂受到的縱向水平地震作用不能按屋面剛度分配，只能按屋面從屬面積上的重力荷載代表值進(jìn)行分配。

3 縱向柱列水平地震作用的分配比例分析

以雙跨廠房為例，邊柱柱列為A，C，中柱為B，而柱本身縱向剛度較小，可忽略。這種廠房的抗側(cè)力分配比例見表1。

表1 抗側(cè)力分配比例%

4 結(jié)論

1)磚墻的承載力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范抗側(cè)力承載力的要求，故廠房抗震設(shè)計(jì)時不能無條件計(jì)入磚墻的剛度和抗震承載力。

2)縱向地震作用為按剛度分配，必須取消下承式梯形屋架的構(gòu)造要求，即柱頂上升且與屋面板通過圈梁牢固相連的上承式鋼屋架形式。

3)在編制國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖09SG117-1時曾發(fā)現(xiàn):重屋蓋體系鋼筋混凝土柱單層工業(yè)廠房設(shè)計(jì)中應(yīng)用GB 50011—2010附錄K.1時出現(xiàn)76%的縱向地震作用由圍護(hù)磚墻承受，柱間支撐只按構(gòu)造設(shè)置的異常情況。對GB 50011—2010磚墻抗震和縱向水平地震作用的分配分歧較大，故該部分未在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖中體現(xiàn)，留給設(shè)計(jì)院處理。

4)將圍護(hù)磚墻視作抗震結(jié)構(gòu)涉及到嚴(yán)重的安全問題，是否考慮圍護(hù)墻得出的中間柱間支撐設(shè)計(jì)參數(shù)相差2～5倍，應(yīng)引起高度重視。

5)建議磚圍護(hù)墻混凝土無檁屋面板的單層廠房宜遵守GB 50011—2010第5.2.6條第2款和第13.2.1條第2款規(guī)定，地震作用按抗側(cè)力構(gòu)件從屬面積上重力荷載代表值的比例分配。考慮到混凝土無檁屋面板的剛度和邊列柱圍護(hù)墻有一定的卸載作用，設(shè)計(jì)計(jì)算時可將邊列柱的地震作用乘以卸載系數(shù)0.9，中列柱的地震作用不乘卸載系數(shù)。

［1］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部．GB 50011—2010 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2010．

［2］中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院．國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集99J201-1 平屋面建筑構(gòu)造(一)［S］．北京:中國計(jì)劃出版社，1999．

［3］龔思禮．建筑抗震設(shè)計(jì)手冊［M］．2版．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002．

［4］NING Hao，LV Xiaoying，WANG Yijun．Researchon Longitudinal Seismic Calculation Theory of Single-story Factory Building［J］．Applied Mechanics and Materials，2012(166-169):2471-2477．

［5］中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院．09SG117-1 單層工業(yè)廠房設(shè)計(jì)示例(一)［S］．北京:中國計(jì)劃出版社，2009．

(責(zé)任審編 李付軍)

TU398

:ADOI:10．3969/j．issn．1003-1995．2015．08．10

2015-03-20;

:2015-04-25

于潔(1966— )，女，北京人，工程師。

1003-1995(2015)08-0034-02