关于厂房的抗震设计相关问题的探讨

汤海涛

摘要:砖柱厂房是以砖柱(墙)做为承重和抗侧力构件,由于材料的脆性性质,其抗震性能比钢筋混凝土柱厂房差;由于砖往厂房内部空旷、横墙问距大,地震时的抗倒塌能力不如砌体结构的民用建筑。因此根据砖柱厂房的震害特点,找出杭震的薄弱环节,提出相应的抗震措施,提高其抗震能力是必要的。本文根据国家标准《建筑抗震设计规范》编制的原则,通过对单层砖柱厂房震害分析,提出相应的抗震设计方法。

关键词:砖柱厂房 地震震害 抗震设计 构造方法

1 我国抗震设计的一般规定

1.1 适用范围 本节适用于下列范围内的烧结普通砖柱(墙垛)承重的中小型厂房和仓库:

1.1.1单跨和等高多跨且无桥式吊的车间、仓库等。

1.1.2 6～8度,跨度不大于15m且柱顶标高不大于6.6m。

1.1.3 9度,跨度不大于12m且柱顶标高不大于4.5m。

超出以上范围的单层砖柱厂房,应专门研究采取更有效的措施。

2 抗震设计基本要求

2.1 地震时砖排架厂房的破坏程度,不仅决定于各主要抗侧力构件的材料和强度,还与整个房屋的振动性状密切相关。平面或体形不规则,墙体布置不对称,会使厂房在地震作用下不仅出现空间剪切变形,还会伴有扭转振动,使震害加重,而且复杂体形引起的强烈局部振动将加重突变部位的震害。因此,为了增加房屋的总体抗震能力,消除局部震害,厂房的平立面体型应简单规正,力求从总体上使结构质量和刚度分布均匀,质量中心与刚度中心重合,避免刚度突变部位的震害。

2.2 厂房的震害程度与地震烈度、屋盖结构类型、体形规则程度和厂房尺寸有关,高烈度区、重屋盖或体型高大的厂房地震反应大,震害破坏重。因此,有条件时砖排架厂房宜采用轻型屋盖,并控制不同烈度地区的厂房跨度和高度。

2.3 砖砌体属脆性材料,变形能力差,抗剪、抗拉、抗弯强度很低,地震作用下产生的侧向变形,就会使砖柱发生水平断裂,随着侧移的增加,裂缝向砖柱的内部延伸,使砖柱截面受压区减小,局压增大,以致砌体压碎、崩落,造成厂房横向倒塌。为了保证厂房的抗震性能,除限制砖排架的使用范围外,尚应合理选择砖排架柱的截面型式。

2.4 地震震害表明,加强整体性,充分发挥房屋的空间作用是提高单层砖柱厂房抗震性能的有效措施。为此,有条件时单层砖柱厂房宜采用质量较轻又能保证厂房空间工作的屋盖,如钢筋混凝土有檩屋盖或轻型无檩屋盖;有条件时宜适当加大房屋的跨度,减小房屋的长度,控制山墙的间距;内横墙宜做成抗震墙;加强屋盖支撑系统;设置柱顶闭合圈梁等措施,使厂房的横向水平地震作用尽可能多地通过屋盖系统传递给山、横墙,以减轻砖排架在地震作用下的负担。瓦木屋盖的厂房,在抗震验算中虽不能考虑空间作用,但历次地震表明,即使这种轻型屋盖房屋,在地震作用下,空间作用的反应还是比较明显的。因此,当必须采用瓦木屋盖时,宜架设木望扳。

2.5 山墙在单层砖柱厂房的抗震中具有重要作用,它既可以通过厂房的空间工作,分担厂房传来的一部分横向水平地震作用,减轻砖排架的负担,同时还承受一部分屋面荷载。在地震作用下,即使是山墙顶部的破坏,也可能导致厂房端开间屋盖的倒塌。因此,在抗震设计中应着重保证山墙构件的强度和稳定。

2 结构体系设计

2.1 地震时厂房破坏程度与屋盖类型有关,一般来说重型屋盖厂房震害重,轻型屋盖厂房震害轻,在高烈度区影响更为明显。因此要求6-8度时宜采用轻型屋盖,9度时应采用轻型屋盖。地震震害调查表明:6、7度时的单跨和等高多跨砖柱厂房基本完好或轻微破坏,8、9度时排架柱有一定的震害甚至倒塌。因此《建筑抗震设计规范》(G8Jll一89)规定:6、7度时可采用十字形截面的无筋砖柱,8度1、2类场地应采用组合砖柱,8度3、4类场地及9度时边柱宣采用组合砖柱,中柱直采用钢筋混凝土柱。经过地震震害分析发现:非抗震设计的单层砖柱厂房经过8度地震也有相当数量的厂房基本完好,所倒塌的厂肩大部份在设计和施工上也存在先天不足,因此正常设计正常施工和正常使用的无筋砖柱单层厂后,在8度区仍然具有一定的抗震能力。

2.2 对于单层砖柱厂房的纵向仍然要求具有足够的强度和刚度,单靠砖柱做为抗侧力构件是不够的,如果象钢筋混凝土柱厂房那样设置柱间支撑,会吸引相当大的地震剪力。使砖拄剪坏。为了增强厂房的纵向抗震承载力,在柱间砌筑与柱整体连接的纵向砖墙,以代替柱间支撑的作用,这是经济有效的方法。

2.3 当厂房两端为非承重山墙时,山墙顶部与檩条或屋面板恨难连接,只能依靠屋架上弦与防风柱上端连接做为山墙顶部的支点,这不仅降低了房屋整体空间作用,对防止山墙的出平面破坏也不利,因此厂房两端均应设置承重山墙。

2.4 厂房的纵横向内隔墙宣做成抗震墙,其目的充分利用培体的功能,避免主体结构的破坏。当内隔墙不能做成抗震墙时,最好采用轻质隔墙,以避免墙体对柱及柱与屋架连接节点产生不利影响,如果采用非轻质隔墙,则应考虑隔墙对柱及其与屋架节点产生的附加剪力。

2.5 无窗架不应通至厂房单元的端开间,以免过份削弱屋盖的刚度。天窗架采用砖壁承重时,将产生严重的震害甚至倒塌,地震区应避免使用。

3 抗震构造措施

3.1 单层砖柱厂房采用钢筋混凝上屋盖时的抗震构造措施可参照钢筋混凝土柱厂房的有关规定。采用瓦木屋盖时,设有满铺望板的抗震能力比无望板强得多,望板能起到阻止屋架倾斜的作用。地震震害表明,未设上弦及下弦水平支撑的楞摊瓦屋盖,屋架产主倾斜甚至倒塌的震害较多,因此要有足够的屋盖支撑系统,保证屋盖沿纵向有足够的刚度和稳定,以满足抗震的要求。

3.2 圈梁对增强厂房的整体性起到了重要作用,但预制圈梁抗震性能差,地震时在连接外容易拉断,因此要求圈梁应现浇且在厂房柱顶标高处沿房屋外墙及承重内墙闭合。对于8、分度区还应沿墙高每隔3-4m增设一道圈梁,可提高砖墙的抗震性能,并能够限制地震时墙体裂缝的开展,减轻墙体破坏。当地基为软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀土层时,地震易出现裂缝,如果裂缝穿过厂房将使房屋撕裂,基础顶面应设置基础圈梁,以减轻地震灾害。当圈梁兼做门窗过梁或抵抗不均匀沉降影响时,圈梁的截面和配筋除满足抗震构造要求外,还应根据实际受力计算确定。

采用钢筋混凝土无檩屋盖的砖柱厂房,地震时在屋盖处圈梁下一至四皮砖的砖墙上易出现水平裂缝,因此8、9度时,在墙顶沿墙长每隔1m 左右埋设1根8竖向钢筋,并插入顶部圈梁内,以避免上述震害的产生。

3.3 地震中屋架与砖柱连接不牢,柱头产主破坏甚至屋盖坍落的震例是较多的。为了加强屋架与砖柱的连接,柱顶垫块应与墙顶圈梁整体浇注,屋架与垫块的预埋件采用螺栓连接或焊接。当垫块厚度或配筋过小时。预埋件的锚固不能满足要求,垫块厚度丁应小于240mm,井配置两层直径不小于8间距不大于100mm的钢筋网。烈度较高时,屋盖承受的地震作用较大,与垫块整体浇注的圈粱受到较大的扭矩,垫块两侧各500mm范围内圈梁的箍筋应加密,其间距不应大子100mm。

3.4 山墙是砖柱厂房抗震的薄弱部位,地震时产生外倾、局部倒塌甚至全部倒塌,震害的主要原因是山墙顶部与屋盖系统拉结不牢。为了使屋盖与山墙可靠连接,应在山培顶部设置钢筋混凝上卧梁,通过卧梁内的预埋件与屋盖构件锚拉。

由于山墙比较高大,在横向地震作用下,墙体内的平面弯曲应力使墙体产主水平裂缝,墙体内的剪力使墙体产生交叉裂缝;在纵向地震作用下,墙体产生平面外倾倒。在山墙壁柱中配筋,可以防止或减轻上述震害的产生,壁柱的截面和配筋不应小于排架柱,并应通到墙顶与卧梁、屋面构件连接。

为了防止山墙和横墙的剪切破坏,对其开侗应有所限制,开洞的水平截面面积不应超过总截面面积的50%。8、9度时在山墙和横墙两端应设置构造柱,9度时在高大洞口两侧应设置构造柱。