单层工业厂房抗震的概念设计

摘要：结构抗震概念设计是决定建筑物本身抗震性能的重要性因素，也是建筑施工难易度与工程造价高低的重要影响因素。本文主要分析了单层工业厂房的结构抗震概念设计

关键词：厂房；抗震；概念设计

中图分类号：TU352.1+1 文献标识码：A

一、抗震概念设计的含义

建筑抗震设计是指按照建筑结构的整体抗震反应与破坏机制、过程根据一定的原则灵活运用抗震设计准则进行建筑结构布置。由于影响建筑物抗震性能的因素很多很难对地震作用进行准确的估算，所以“概念设计”的作用要比“数值计算”的作用显得更为重要。概念设计是建筑物结构抗震性能的决定性因素，也是结构抗震设计的首要问题。

二、抗震概念设计遵循的基本原则

（一）整体合理性原则

基础设置须满足建筑物相关的规定要求，使得其所对应的承载力与相应的结构刚强度实现完美的结合，也就能够可靠的将建筑结构中的各荷载进行有效的传递至基础。这种整体的构件布置能够将建筑物各部分有效的组合在一起从而产生极好的整体抗震性。

（二）结构合理性原则

建筑物本身的对称布局是实现建筑物整体质量布置对称性的基础，从而使建筑物的抗侧力大大加强且会对外力产生一种均衡的抵抗性，从而使建筑物的结构抗震性大大增强。

（三）形状简单原则

形状简单的建筑物设计往往结构比较明确，也就方便了我们对建筑物各个构件进行具体准确的受力分析，而且这种形状简单的建筑物结构受地震破坏的程度相对较轻，部分相对薄弱的区域也很容易得到控制和修复，从而确保建筑物抗震要求的实现。

（四）竖向均匀原则

建筑物竖向上的均匀能够有效避免建筑物外力作用下由于刚度不足而发生突发性的结构扭曲现象，从而大大增强建筑物整体的强度和刚度。因此设计师在进行建筑设计时，应当首先考虑建筑物竖向上的受力情况，将建筑物转换层所对应的上下部分的结构比例控制在合理范围之内，尽量使转换层所承受的荷载相均衡，同时还应考虑建筑物内部墙柱等承重结构上下连接的一致性，这种刚度趋向的均衡和结构的延伸能够保证建筑物各构件将地震产生的能量进行很好的吸收和传递，从而减少地震所产生的能量对建筑物的破坏。在对建筑物填充墙设置的时候为保证结构的质量，还应该考虑墙柱之间的结构状况，在保证建筑物整体受力情况不受破坏的基础上，按照规定的要求设置抗震缝。

三、单层工业厂房抗震的概念设计

（一）合理的结构布置

单层厂房平面布置的体型要简单、规则，每个部分结构刚度、质量要保持均匀对称。当平面和立面布置较为复杂或结构差别太大，以及在厂房侧边贴建生活间等房屋时，可以用抗震缝把相邻的部分分开。抗震缝两侧应布置墙或柱，抗震缝的宽度要按照房的高度和设计烈度不同取值，一般取不小于5-9 cm和10-15cm。

在设计排架结构时，因为构件的抗推刚度和屈服强度比，即构件实际截面跟配筋计算出的屈服剪力与该截面地震剪力的比值，沿竖向变化，变化部位会因此产生较大的塑性变形集中，发生严重破坏。所以，等高厂房与不等高厂房相比，后者伸壁小柱抗推刚度和屈服强度比的突然减小，会引起地震时塑性变形集中，导致小柱由于过大变形而破坏。为了确保强度和刚度的连续变化，防止高阶振型地震反应对结构产生影响，在设计单厂时，排架结构应该选用等高的。

（二）保证结构的延性

构件的抗推刚度大，一定会吸收较大的地震作用和较多的输入能量，然而构件的强度低，说明构件的屈服强度比值低，容易产生早期破坏。构件的延性小，就表示构件所能消耗的地震能量少。一多一少，最终结果是使构件产生的破坏比较严重。除区柱的根部，其它部位不会出现塑性铰。

单层厂房中的主要承重构件是钢筋混凝土柱。在地震作用下很多厂房会由于柱破坏而发生倒塌。通常，钢筋混凝土柱的抗震性能是否良好，与钢筋混凝土柱所使用的材料的延性相关。钢筋混凝土结构在一般配筋率的情况下，截面破坏时钢筋首先达到屈服，这时构件还能有很大的塑性变形。这种结构可以耐受的变形能力就是结构的延性。

当地震荷载引起的构件截面内力超过结构的相应强度指标而使结构开裂或钢筋屈服时，对延性结构来说，并不是说已经破坏，而还能继续吸收和消耗地震能量，所以，延性结构具有良好的抗震性能。而钢筋混凝土在设计主要承重构件时，它延性要足够好，要确保结构构件不产生脆性破坏。然而钢筋混凝土构件的剪切破坏是接近脆性破坏的。剪切破坏先发生就无法充分发挥整个结构的延性性质，所以应防止剪切破坏。在单层厂房中，柱承受地震引起的横向水平力，有些对横向水平剪力比较敏感的形式因剪切而破坏较为常见。此外，因为柱中存在剪力，使得柱的抗压强度降低，导致有的柱被破坏。所以在设计柱时，要重视剪力作用。

（三）结构重量的影响

地震对结构作用的大小与结构的重量基本成正比。重量越大，地震作用就大，震害就重；反之则就轻。厂房应该优先采用轻质屋面结构来提高抗震性能。

（四）轻质材料的应用

地震对建筑结构作用的大小，几乎与建筑结构的重量成正比，重量大，地震作用就大，震害就重，重量小地震作用就小，震害就轻。这一规律已被国内外经验所证实。厂房结构设计应优先采用轻质屋面结构钢网架GRC轻质屋面板把常用的钢屋架，钢筋混凝上屋面板结构的47N/mm2降为28N/mm2，显著地改善了建筑物的抗震性能。因此轻质而整体性又好的屋盖有利于建筑结构抗震性能的提高

（五）支撑系统的布置

震害说明，造成房屋大面积倒塌的主要原因是支撑布置不足或不合格。柱间支撑是确保厂房纵向刚度和将屋盖地震荷载传到基础的重要构件。单层厂房的纵向抗震能力不够高，所以纵向震害较为明显，特别是多跨厂房的中柱列，震害更加明显。通常7°以上地震区必须在厂房中设置柱间支撑；当设计烈度为8°, 9°时，不但要在厂房单元中段设柱间支撑，还应在两端增设上柱支撑；当厂房纵向较长，屋面较重，跨度较大且为多跨时，每个柱列还可以设两道以上柱间支撑，支撑位置可设在单元中段三分之一范围内。

（六）柱及联接点

在设计单层厂房时，排架要按铰接考虑，而实际构造采用屋架与支柱之间焊接连接，可使节点的刚性较大，基本上不会转动，在地震作用下，厂房排架产生较大的水平力，要是屋架与柱及屋架支座构造没考虑地震力，而且延性又差，所以在地震冲击下，轻则柱顶开裂压酥，重则混凝土剥落，预埋板拔开，锚筋拉脱，屋架端头破坏，有的甚至将上柱拉断。螺栓连接有利于提高联接点的延伸，在变形较大时，可以起铰作用，防止屋架端和柱发生严重震害。

（七）结构方案与构造

为了使结构构件具有较好的延性，结构方案和构造也是很重要的，如避免采用长细构件，使结构和构件不致因失稳而破坏在应力集中区，如节点及梁、柱的端部采用较密的箍筋或连续的螺旋箍把混凝土箍紧，受拉钢筋留有足够的锚固长度，限制构件过大的配筋率，避免构件发生脆性破坏等为了增强屋架端头的延性，端头应有固边钢筋底部与柱连接的预埋板应加强锚固，不应采用仅有锚爪的单独预埋板应与下铱主筋或非预应力加斜板焊牢

在一般静力设计中，柱顶没有什么特殊要求，实际上柱顶是处于素混凝土的状态，在强地震作用下，柱顶的应力状态很复杂，因而柱上端比较容易出现裂缝、酥碎、剪裂、钢筋弯折或外鼓等破坏为了提高柱顶的抗震能力，增强柱顶的延性，应在柱顶500mm范围内箍筋加密

（八）围护结构

采用砖墙围护时，为了防止地震时砖围护墙出现外闪和倒塌，增加墙体平面外的稳定性，一定要使围护墙体与屋盖构件拉结，围护墙和山墙应沿全高与柱妥善拉结，防止墙呈悬壁状态，在条件允许时，围护墙应优先采用大型钢筋混凝土墙板或其它轻质材料。高低跨厂房的高跨封墙，以及纵横交接处的悬墙，最好采用轻质材料，并与屋盖构件及柱有军固锚拉；如采用砖墙，一定要使墙体与屋盖构件和柱相联结，确保稳定性良好。

结语

随着经济的发展和科学技术水平的不断提高，建筑设计所呈现出的多样化和高水平化对建筑设计师的要求越来越高，建筑抗震性能良好的设计应当是建筑设计与结构设计的完美结合，因此作为现代建筑结构设计师只有在掌握扎实的建筑理论知识的基础上借助结构抗震概念设计不断创新，才能满足社会日益提高的建筑结构要求。

参考文献：

[1]邢仕瑞,王勇华. 工业厂房抗震概念设计[J]. 科技信息,2012,12:336.

[2]杨素娟,魏晓坤. 单层工业厂房抗震的概念设计[J]. 辽宁建材,2009,07:52-53.