关于单层厂房抗震设计的探讨

吴泽亮

（成都西南交通大学设计研究院有限公司　四川　成都　610000）

关于单层厂房抗震设计的探讨

吴泽亮

（成都西南交通大学设计研究院有限公司四川成都610000）

我国作为一个地震多发的国家，所以对建筑结构进行抗震设计显得尤为重要，在进行厂房设计时必须综合考虑抗震的要求。而在单层厂房中使用网架结构具有很好的抗震性。本文首先讲解了单层厂房在场地选择以及地基基础建设过程需要注意的问题，然后重点分析了网架结构在单层厂房抗震设计中的应用以及设计过程中需要注意的问题。

钢结构；厂房；抗震

引言

最近几年来，国内以及国外抗震设防目标的总发展趋势就是要求建筑物在使用过程中，能够针对不同强度和频率的地震，拥有不同程度的抵御能力，即所谓的“小震不坏，中震能修，大震不倒”[1]。在对房屋抗震结构进行设计时，在结构初步设计阶段以及建筑方案图中就应该立刻将抗震的“概念设计”引入其中，然后跟据“概念设计”这一基本思想，结构才能够实现良好的抗震性能[2]。首先取决于合理的结构布置以及良好的结构体系。现阶段工业建筑中应用非常广泛的就是单层厂房结构这一结构形式，根据厂房用途的不同，所建厂房的跨数、跨度、以轨顶标高及柱距等各方面的差异都非常大，并且结构相对来说都非常复杂。网架结构[3]作为一种空间结构体系，已经广泛的应用于单层工业厂房当中，因为其在使用过程中可以显著的提升厂房整体的抗震性能以及结构的可靠性，本文着重讲解了网架结构在单层厂房中的应用。

1　场地选择

在进行场地选择时，应尽可能的避开对厂房结构不利的地段而选择有利于结构的地段。其中抗震有利地段主要包括坚硬土，稳定基岩，平坦、开阔、均匀、密实的中硬土等；而关于抗震不利地段，从地形方面而言，通常是指突出的山顶，非岩质的陡坡，高差较大的台地边缘，河岸边坡边缘等位置。为了较小地震通过地基和建筑场地传至上部结构的地震能量，在选择有利于工业厂房场地过程中需要注意以下几个方面：①选择较薄的场地覆盖层。根据世界各地的大地震研究表明，针对柔性结构，在土层较厚时震害较为严重，而较薄土层造成的震害却较轻，那些直接位于基岩上的震害最轻。②选择坚实的场地土。震害研究表明，场地土的刚度如果较大，那么结构震害的程度就较小，造成的破坏程度就较轻；场地土刚度如果较小，则震害程度较大，造成的破坏程度较为严重。所以应该选择拥有较大平均剪切波速的场地。③把地震振动的卓越周期与厂房的自振周期与错开防止发生共振。众所周知，如果地震振动的卓越周期与厂房的自振周期相等或者相近，那么会因为发生共振而使得建筑物的破坏程度大大增加，所以，要防止发生这种情况。

2　地基基础

对于同一结构单元的基础来说，不应该以部分采取天然地基，而另一部分采取人工地基，也不应该采用两类及以上的性质差异非常大的土层当作地基的持力层，当厂基础桩端或底板接近或者局部进入土层的倾斜顶面时，最好是加深基础或者加大桩长，使得桩端或者基础底部全部在同一个卧屋内，以防止可能造成的不均匀沉降。厂房场地在地震时不可避免的可能发生滑移或者地裂的河、湖，所以在河道的边缘位置，需要采用针对性非常强的地基稳定措施，并强化基础的整体性。在地基持力层范围内，当有可液化土层时，需要采用相应措施去除该土层液化对上部结构可能造成的不利影响。基本去除地基土层液化的沉陷对钢结构建筑产生的不利影响，可结合当地的实际情况采取以下措施：①采取加密法，比如强夯法、砂桩挤密法、振冲法等，在对地基进行加固时，应处理到土层液化深度的下界面，并且处理后，有关土层标准贯入锤击数实测值，应该比土层液化的临界值大。②采取深基础时，基础底面埋入稳定土层内的深度，应该大于500mm。

3　网架结构在单层厂房抗震设计中的应用

3.1在结构形式上网架结构体系和钢屋架体系之间的比较

在结构形式上网架结构体系和钢屋架体系之间进行比较而言，所谓网架指的是由杆件按照一定的顺序排列组合而成的空间结构，具有很多的优点，比如空间刚度大，整体性好，受力比较均匀，使得所有杆件材料都可以充分发挥各杆件的作用。在布置方面，网架结构杆件可以非常的灵活，除开应用到本文中提到的单层厂房之外，还可以应用在各种各样形状的建筑物以及大柱距、大跨度的屋盖结构。此外，网架结构还具有抗震性能优良这一特点，同时其施工工期相对来说也比较短，在杆件布置方面，其规律性非常强并且造型美观，结构很轻巧。和平面钢屋架体系相比，网架结构在不增添配筋和柱断面的情况下，也可以将抗风柱当作网架支点承受屋面荷载，以此来达到节约材料的作用。用料省也是网架结构体系最为突出的特点。而钢屋架屋盖体系为平面结构体系，它的特点就是平面刚度和强度相对来说比较大，但是平面外的刚度和强度就比较小。一般情况下此种结构体系多为单棍屋架支承于柱头之上，屋架之间主要由屋面支撑相连接从而形成比较稳定的结构，屋面上所有的垂直荷载全都由各棍屋架承受然后再传给柱子。而屋面支撑往往按照构造要求进行设置，在垂直方向上支撑系统不参加受力，除开确保屋架的稳定以外只传递水平力。在进行结构受力分析过程中不考虑其共同工作，这样就使得屋盖支撑中所有的杆件不能够充分发挥各自的作用。所以说支撑系统和屋架是各行其职，分工明确，这样针对材料受力能力的利用来说显然是一种严重的浪费。另外，平面结构体系主要是利用集中传力的形式来完成力的传递任务的。在整个传力的过程当中，力途经的承重构件越多那么结构发生破坏的概率就越大。因为杆件间的连接部位通常来说比较薄弱，很容易发生应力集中现象，特别是在地震的影响之下容易发生断裂、变形，总的来说，平面结构体系它的抗震性能比较差，没有网架结构抗震性能强。此外，平面结构体系施工周期较长，加工制作时间长。

3.2网架结构形式的选用

在选用网架结构形式的时候，从外形角度可以将网架分为平板网架以及曲面网架两个大类。此外还可以将平板网架分为正放（或者斜放）角锥式以及正放（或者斜放）交叉析架式两类，在将网架结构应用到单层工业厂房当中时，平板以及曲面形式均有采用，但是平板式正放四角锥网架还是应用最为广泛的，原因主要是由于它的抗震性能比较好，造型比较简单，制造过程也很方便。而针对普通矩形平面周边支承的网架而言，其比较广泛的选型主要有正放四角锥网架以及斜放四角锥网架，如果平面形状近似于正方形时，单从用钢量这一指标来进行衡量，斜放四角锥网架要比正放四角锥网架相对来说节省钢材，但是节省的钢材只是杆件用钢，反过来其节点用钢量可能比正放时节点的还要增多，这是由于斜放四角锥网架其上弦平面节点要比正放时多很多。由于配件用量的增多使得造价增多较多，且杆件多、节点多也加大了制作安装相关方面工作量，因此经过分析，从抗震性和经济性进行综合考虑，一般情况下在矩形平面形状下应该首先选择正放四角锥网架。

3.3网架结构设计过程中需要注意的问题

（1）在进行网架结构设计过程中应该对各种荷载组合进行综合考虑，除了需要考虑屋面活载以及屋面恒载之外，还需要重点考虑地震以及风载作用。特别是地震的影响，很多发生的网架结构事故都是由于忽略地震而造成的。

（2）在网架计算过程中采取支座假定，应该和实际设计的支座在形式上确保一致，在进行计算和设计，需要区分固定支座和铰支座的不同。

（3）在进行网架节点设计过程时，应该尽可能使用焊接球节点。一般情况下网架节点主要有螺栓球节点和焊接球节点两种形式，针对螺栓球节点而言，虽然它安装起来比较方便，但是由于其节点中间杆件很多，螺栓和套筒中任何一个如果质量不能保证的话，就会使得节点很容易遭到破坏。所以建议使用焊接球节点。

（4）在网架结构设计中需要特别注重预应力技术的应用。在网架中采用预应力技术能够在很大程度上改善受力性能，提升结构的承载能力并节省钢材。特别是针对多次预应力钢结构，将结构的荷载分为几部分，然后分批作用在结构上，最后分批交替地作用预应力，这样可以对材料在弹性范围以内的承载能力进行反复利用，从而显著强化结构刚度，与单次预应力钢结构相比能够更多的节约钢材，从而减轻结构的自身重量，并最终得到更大的经济效益。

4　结语

综上所述，在进行单层厂房抗震设计时，合理选用结构形式显得非常重要，网架结构除了具有抗震性能好的特点之外，它还具有经济效益显著的特点。毫无疑问，网架结构是未来单层厂房抗震设计师的首先选择对象。

[1]汤海涛.关于厂房的抗震设计相关问题的探讨[J].中小企业管理与科技，2009（5）：287～288.

[2]武云能.关于单层钢结构厂房设计的方法探讨[J].建筑知识：学术刊，2013（3）：112.

[3]张毅刚，蓝倜恩.网架结构在竖向地震作用下的实用分析方法[J].建筑结构学报，1985（5）.

TU352.11

A

1673-0038（2015）32-0060-02

2015-7-8

吴泽亮（1976-），男，工程师，大学本科，主要从事建筑结构设计工作。