淺談工業(yè)建筑中框架的抗震設(shè)計

屠雙鎏 周益宇 葉建寧

摘 要：隨著我國建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，我國對建筑物質(zhì)量的要求也越來越高。對于建筑物來說，抗震指標(biāo)是評價建筑物建筑質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。工業(yè)建筑主要通過框架結(jié)構(gòu)構(gòu)建，但由于框架結(jié)構(gòu)的剛性較強，抵抗地震的能力較弱，因此，對工業(yè)建筑中的框架結(jié)構(gòu)進行有效的抗震設(shè)計是必不可少的。本文主要對框架的抗震設(shè)計展開介紹，提出了有關(guān)框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的方法，以期能夠給相關(guān)抗震設(shè)計提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：工業(yè)建筑；框架；抗震設(shè)計

1、前言

隨著時代的不斷發(fā)展，我國在建筑工程領(lǐng)域所取得的成就越來越大。我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展給工業(yè)建筑領(lǐng)域提供了較大的市場，各種工業(yè)設(shè)計和工業(yè)建筑如雨后春筍般發(fā)展起來。新世紀(jì)以來，我國地震發(fā)生的概率比較頻繁，造成大量房屋坍塌，因此在進行工業(yè)建筑設(shè)計中，必須要考慮加強建筑物的抗震性能。由于地震本身不確定因素較多，沒有明顯的發(fā)生規(guī)律，因此在進行抗震設(shè)計時，缺少明確的理論數(shù)據(jù)參考，具有一定的隨機性，在實際處理中可以將重點放在建筑物整體結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計上，合理應(yīng)用抗震方法和原則。

2、工業(yè)建筑中框架結(jié)構(gòu)主要存在的抗震問題

到目前為止，我國相應(yīng)的有關(guān)工業(yè)建筑抗震的文件較少，還沒有明確的抗震設(shè)計要求和設(shè)計規(guī)范。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》，我們能夠得到框排架結(jié)構(gòu)建筑物的設(shè)計要求，但是沒有相關(guān)的框架結(jié)構(gòu)的要求。[1]相對于民用建筑來說，工業(yè)建筑的使用職能和建筑要求不一樣，這是由于工業(yè)建筑往往受到工業(yè)內(nèi)容的影響，多出現(xiàn)不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)相對于較為規(guī)整的民用住房來說，抗震性能較差，穩(wěn)定性不足，若一味按照文件對民用住房的要求進行工業(yè)廠房設(shè)計，不僅會大大提高建筑工程的成本投入，而且很有可能無法滿足生產(chǎn)要求，不利于企業(yè)的生產(chǎn)效益。因此，可以根據(jù)實際廠房的職能和人員安排，適當(dāng)進行抗震設(shè)計。比如對于人員活動較多的車間或者核心生產(chǎn)車間需要加強框架抗震設(shè)計，而對于那些人員流動較少的區(qū)域和廠房可以適當(dāng)降低抗震要求，減少工程的建設(shè)成本，總之，工業(yè)建筑的抗震設(shè)計需要立足于企業(yè)實際生產(chǎn)情況，在保證員工生命財產(chǎn)安全的同時兼顧企業(yè)生產(chǎn)效益。[2]

3、結(jié)構(gòu)不規(guī)則和相關(guān)對策

3.1廠房結(jié)構(gòu)不規(guī)則原因

在實際工業(yè)建筑建設(shè)過程中，由于所具有的職能與民用住宅不同，因此工業(yè)建筑通常具有不規(guī)則的結(jié)構(gòu)特點，雖然工業(yè)建筑相對較矮，沒有過高的層數(shù)，但是不規(guī)則結(jié)構(gòu)依然會造成建筑物整體抗震性能大大降低，影響建筑物綜合穩(wěn)定性。首先，當(dāng)建筑物整體結(jié)構(gòu)不規(guī)則時，會造成建筑物整體的剛度變小，在建設(shè)的過程中，工業(yè)建筑的柱網(wǎng)通常會出現(xiàn)大小混合配置的現(xiàn)象以滿足生產(chǎn)工藝的要求，但是這種柱網(wǎng)不均勻的情況，嚴(yán)重降低了局部剛度，降低了抗震性能。[3]其次，由于產(chǎn)房結(jié)構(gòu)的平面不規(guī)則容易引發(fā)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，廠房通常具有大型設(shè)備以及相應(yīng)的倉庫，若這些區(qū)域安排不合理會造成整個樓層重心的偏離，而發(fā)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。最后，工業(yè)建筑的豎向不規(guī)則也是造成其抗震性能不佳的主要原因之一，一般來說工業(yè)建筑的單層層高要明顯高于普通民用建筑，因此不可避免的會發(fā)生豎向錯層，設(shè)備載荷在樓層之間分布的不均勻會增大豎向錯層的程度以及豎向防毒不均勻的程度，造成結(jié)構(gòu)在地震過程中容易出現(xiàn)應(yīng)力載荷集中釋放而發(fā)生嚴(yán)重破壞。[4]

3.2解決結(jié)構(gòu)不規(guī)則的相關(guān)對策

3.2.1避免嚴(yán)重不規(guī)則的工業(yè)建筑

雖然不規(guī)則的工業(yè)建筑在某些工業(yè)中是必不可少的，但是設(shè)計師可以充分分析建筑的職能特點，合理設(shè)計工業(yè)建筑的外形結(jié)構(gòu)，尤其避免在平面區(qū)域嚴(yán)重扭轉(zhuǎn)配置的出現(xiàn)。在實際建筑中，可以將質(zhì)量較大的設(shè)備以及需要承載較多的倉庫配置在邊緣區(qū)域，將較大的柱網(wǎng)配置在邊跨抽柱位置，如果一個樓層需要安裝多個大型設(shè)備以及配置多個料倉，則需要將這些大型裝置盡量分散對稱布置，并注意靠近整個建筑物的中心位置處，降低扭轉(zhuǎn)力。此外，在豎向布置過程中，根據(jù)建筑物實際情況盡量減少短柱布置，要求結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量沿豎向位置處均勻分布，并盡量將質(zhì)量較大的設(shè)備和料倉布置在樓層較低的區(qū)域。[5]

3.2.2重視對結(jié)構(gòu)計算結(jié)構(gòu)的分析

對于不同的廠房結(jié)構(gòu)要根據(jù)其實際特點和功能要求進行合理的預(yù)測和計算，我們可以使用空間結(jié)構(gòu)模型來預(yù)測地震的影響，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)不可避免的受到地震干擾而出現(xiàn)在工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)中，此時利用空間結(jié)構(gòu)模型，能夠很好的表現(xiàn)出實際地震對整體結(jié)構(gòu)帶來的影響。計算完成之后，檢查結(jié)構(gòu)的自振周期對計算結(jié)果進行檢驗，此外，還需要完成在大型地震情況下的薄弱層形變程度，重視對廠房結(jié)構(gòu)薄弱層的加固。

3.2.3加強結(jié)構(gòu)構(gòu)造

工業(yè)廠房建筑面積相對較大，且有過大開洞以及錯層短柱的特點，承載較大載荷的其他樓層也屬于薄弱位置，在實際的計算過程中難以綜合考慮到全部影響因素，因此，加強整體廠房的結(jié)構(gòu)構(gòu)造是主要的抗震措施。首先可以對樓板較為薄弱的區(qū)域進行適當(dāng)加固，提高整體樓板的剛度，可以適當(dāng)加寬樓板，加大樓板厚度，在地震較為活躍的地帶可以在開洞樓層設(shè)置相應(yīng)的水平支撐，防止樓層水平剛度削弱而造成的穩(wěn)定性下降。對于承擔(dān)載荷較多的區(qū)域和樓層，需要將支撐柱的尺寸提高一個等級，并采取合適的配筋率，保證整體框架結(jié)構(gòu)的抗震性能。當(dāng)結(jié)構(gòu)不規(guī)則程度較高時，會導(dǎo)致應(yīng)力集中構(gòu)件和產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的構(gòu)件數(shù)量增多，應(yīng)該采取合適的措施減少扭轉(zhuǎn)附加應(yīng)力的影響。[6]

4、防震縫設(shè)計

防震縫是提高整體廠房抗震效果的重要方法之一，實際經(jīng)驗表明，在多層的框架結(jié)構(gòu)中設(shè)置防震縫能夠明顯提高建筑物的抗震性能，但抗震縫對建筑物規(guī)則性的要求較高，一般用于較為規(guī)則的廠房中。在實際設(shè)計和應(yīng)用過程中，不僅需要充分考慮到防震縫的寬度問題，而且需要結(jié)合廠房的實際結(jié)構(gòu)特點與建筑材料，合理布置防震縫的位置，在保證其寬度與廠房整體結(jié)構(gòu)相匹配的同時，保證防震縫能夠充分發(fā)揮出抗震的效果。一般來說，對于較低的廠房結(jié)構(gòu)，防震縫設(shè)計寬度在十厘米作用，對于較高的廠房，則需要根據(jù)相應(yīng)的抗震要求合理加寬防震縫，以保證防震縫能夠充分發(fā)揮效果。此外，在進行合理設(shè)計框架結(jié)構(gòu)的過程中，柱腳所發(fā)揮的作用是不同忽視的，根據(jù)上部分鋼柱腳的結(jié)構(gòu)特點不一樣可以將其分成剛性固定柱腳與鉸接柱腳兩種。在具體的設(shè)計時，需要根據(jù)廠房的實際應(yīng)用需求，可以合理選擇設(shè)計方法，既可以埋入，也可以外露。同樣的，柱腳設(shè)計也可以應(yīng)用外包式設(shè)計，這樣不僅能夠大大提高柱腳埋入的速度，而且當(dāng)發(fā)生問題時，可以及時發(fā)現(xiàn)并更換。對于框架結(jié)構(gòu)來說，柱腳的合理安裝和選擇能夠在很大程度上提高整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，加強結(jié)構(gòu)的抗性能，并滿足其使用要求。

5、結(jié)束語

綜上所述，與民用建筑結(jié)構(gòu)的抗震需求不同，雖然工業(yè)建筑設(shè)計沒有確定的政策要求，但是設(shè)計者們需要根據(jù)工業(yè)建筑的實際情況合理進行抗震設(shè)計，嚴(yán)格按照工藝配置的相關(guān)原則完成整體結(jié)構(gòu)設(shè)計。在實際建設(shè)的過程中，采用適當(dāng)?shù)姆勒鸫胧┍ＷC整體建筑物的抗震性能，根據(jù)不同功能區(qū)的設(shè)備特點和人員情況，靈活選擇抗震技術(shù)，在滿足建筑物抗震要求的同時注意抗震工作的經(jīng)濟性，以保證廠房整體員工的生命財產(chǎn)安全，提高工業(yè)建筑物的穩(wěn)定性和抗震性能。

參考文獻：

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