【關(guān)鍵字】單層工業(yè)廠房；抗震設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)；承載力；加固

　　1 單層大空間工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)體系

　　鋼結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、塑性韌性好、自重小、制作簡(jiǎn)便、施工工期短、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，單層鋼結(jié)構(gòu)廠房在工業(yè)建筑中得到廣泛應(yīng)用。采用單層工業(yè)廠房，生產(chǎn)工藝流程相對(duì)簡(jiǎn)潔，地面上可以放置較重的機(jī)器設(shè)備和產(chǎn)品，內(nèi)部生產(chǎn)運(yùn)輸容易組織。但是在強(qiáng)烈地震作用下單層廠房有局部破壞、甚至倒塌現(xiàn)象的事故發(fā)生。

　　對(duì)于工業(yè)廠房的地震反應(yīng)，在橫向要取一排架或框排架作為計(jì)算單元；在縱向要取一個(gè)柱列，忽略結(jié)構(gòu)的整體作用。換言之，該結(jié)構(gòu)屋蓋的水平剛度可以忽略不計(jì)，地震期間各排架、框排架和山墻都是獨(dú)立振動(dòng)而互不影響。

　　有學(xué)者根據(jù)單層廠房的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)單層廠房的空間整體工作與變形性質(zhì)進(jìn)行了研究，進(jìn)而提出了空間振動(dòng)理論。該理論為工業(yè)廠房抗震空間分析奠定了理論基礎(chǔ)。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)所獲得的結(jié)構(gòu)廠房整體變形性質(zhì)，我們可以提出一個(gè)簡(jiǎn)單的簡(jiǎn)化模型，“用屋蓋將一系列排架和山墻聯(lián)系起來(lái)而形成一個(gè)空間體系”，同時(shí)我們認(rèn)為，從結(jié)構(gòu)體系的整體來(lái)看，主廠房屋蓋的橫向變形是以剪切變形為主，在結(jié)構(gòu)分析中，可以視屋蓋為水平剪切粱，如果將橫向排架所起的約束作用簡(jiǎn)化為沿縱向均勻分布的彈性約束，也就可以將數(shù)量較多的彈件支座用符合文克爾假定的彈性地基來(lái)代替。

　　對(duì)于單層大空間體系復(fù)雜結(jié)構(gòu)，一般采用混凝土組合結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)等抗震設(shè)計(jì)、計(jì)算和構(gòu)造以及抗震措施。針對(duì)大型工業(yè)主廠房結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，重點(diǎn)內(nèi)容有以下幾個(gè)方面：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)著重解決高強(qiáng)度混凝土在主廠房結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用及薄弱環(huán)節(jié)的抗震；組合結(jié)構(gòu)要解決鋼管混凝土、外包鋼的節(jié)點(diǎn)及樓蓋等組合結(jié)構(gòu)及其節(jié)點(diǎn)連接的抗震性能；鋼結(jié)構(gòu)主要解決結(jié)構(gòu)體系和連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)構(gòu)造及強(qiáng)震作用下鋼結(jié)構(gòu)的鉸接和剛性節(jié)點(diǎn)特性；減震、耗能措施主要側(cè)重于新型材料研制、消能支撐的抗震以及新型減震、消能材料及其在支撐中的應(yīng)用等。

　　2 單層大空間工業(yè)廠房的抗震設(shè)計(jì)與加固要點(diǎn)

　　2.1 結(jié)構(gòu)的選型及高度限制

　　2.1.1 鋼結(jié)構(gòu)適用的結(jié)構(gòu)類型

　�。�1）框架結(jié)構(gòu)。梁柱之間均為剛性連接，從而形成剛構(gòu)體系，可單獨(dú)承擔(dān)側(cè)向力，即為純框架結(jié)構(gòu)，可用于不超過(guò)12層的結(jié)構(gòu)或較低的高層鋼結(jié)構(gòu)，有較好的延性。但純框架側(cè)向剛度小，屬柔性結(jié)構(gòu)，故其層數(shù)和高度受到一定限制。多應(yīng)用于多層及高層民用建筑和多層的工業(yè)建筑，建筑平面布置靈活，易于布置較大房間。

　�。�2）框架——中心支撐結(jié)構(gòu)�？箓�(cè)力構(gòu)件的支撐體系為支撐構(gòu)件與周邊框架組成的支撐框架從而成為一個(gè)抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。中心支撐宜采用交叉支撐，也可采用人字(V形)支撐或單斜桿支撐，不宜采用K形支撐。鋼支撐可顯著增強(qiáng)框架的抗側(cè)剛度，減少側(cè)向位移，是抗震設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面。

　�。�3）框架——偏心支撐。(延性墻板)結(jié)構(gòu)。特點(diǎn)是每對(duì)支撐與梁的交點(diǎn)問(wèn)形成消能梁段，或是支撐與梁的交點(diǎn)和柱之間形成消能梁段，而每根支撐應(yīng)至少有一端與框架梁相連。偏心支撐耗能梁段的設(shè)置部位決定支撐的布置。從大量的震害經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出，偏心支撐最好采用消能梁段位于橫梁中部的支撐形式。此種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則是強(qiáng)柱、強(qiáng)支撐和弱消能梁段。

　　（4）內(nèi)藏鋼支撐鋼筋混凝土剪力墻板結(jié)構(gòu)。主要是以其中的鋼板支撐承擔(dān)水平力起抗震作用，外包鋼筋混凝土在彈性階段可以增加水平剛度。

　�。�5）空間桁架結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)的結(jié)點(diǎn)一般都看作圓球鉸結(jié)點(diǎn)，連接圓球鉸的桿件可以繞通過(guò)鉸中心的任意軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。常用于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、塔架、起重機(jī)構(gòu)架等。

　　2.1.2 高度限制

　　建筑適用的最大高度與結(jié)構(gòu)類型、沒(méi)防烈度等因素有關(guān)�！督ㄖ�抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中表8.1.1對(duì)鋼結(jié)構(gòu)房屋的最大高度作出相應(yīng)的規(guī)定。另平面和豎向均不規(guī)則或建造于Ⅳ類場(chǎng)地的結(jié)構(gòu)，適用的最大高度應(yīng)適當(dāng)降低。對(duì)于超過(guò)表內(nèi)高度的房屋，應(yīng)進(jìn)行專門研究和論證，采取有效的加強(qiáng)措施。

　　2.2 防震縫的設(shè)置

　　2.2.1 防震縫設(shè)置原則

　　多層鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)平面布置、豎向布置應(yīng)遵守抗震設(shè)計(jì)中布置規(guī)則性的原則，一般可不設(shè)防震縫。GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范明確規(guī)定體型復(fù)雜、平立面不規(guī)則的建筑，應(yīng)根據(jù)不規(guī)則程度、地基基礎(chǔ)條件和技術(shù)經(jīng)濟(jì)等因素的比較分析，確定是否設(shè)置防震縫。

　　2.2.2 防震縫的寬度

　　當(dāng)建筑物的高度不超過(guò)15m時(shí)，可設(shè)防震縫寬度(縫兩側(cè)建筑物外邊緣之間距離)為120mm，高度超過(guò)15m時(shí)，6度，7度，8度，9度相應(yīng)每增加5m，4m，3m，2m時(shí)，防震縫宜加寬30mm。由于鋼結(jié)構(gòu)側(cè)向位移的規(guī)定限值較混凝土結(jié)構(gòu)大，防震縫的寬度不小于相應(yīng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的1.5倍。

　　2.3 鋼柱腳的設(shè)計(jì)

　　2.3.1 鋼柱腳的形式

　　根據(jù)對(duì)柱腳的受力分析，可大致分為鉸接柱腳和剛性固定柱腳。剛性固定柱腳再分為外露式、埋人式、外包式。外包式一般用于單層廠房、低層框架或高層的裙房，可以按鉸接或剛接設(shè)計(jì)。高層的柱底為剛接，抗震構(gòu)造要求較高，超過(guò)l2層的高層鋼結(jié)構(gòu)宜采用埋入式柱腳，6度，7度時(shí)也可采用外包式柱腳。

　　2.3.2 鋼柱腳的埋入深度

　�。�1）埋入式柱腳：對(duì)輕型工字形柱，不得小于鋼柱截面高度的2倍；對(duì)大截面H形鋼柱和箱形截面柱不得小于鋼柱截面高度的3倍。（2）外包式柱腳：將鋼柱直接置于地下室墻或基礎(chǔ)梁頂面。

　　2.4 樓蓋結(jié)構(gòu)

　　鋼結(jié)構(gòu)房屋的樓蓋宜采用壓型鋼板現(xiàn)澆鋼筋混凝土組合樓板或鋼筋混凝土樓板，并應(yīng)與鋼梁有可靠連接。對(duì)不超過(guò)12層的鋼結(jié)構(gòu)房屋尚可采用裝配整體式鋼筋混凝土樓板，亦可采用裝配式樓板。對(duì)超過(guò)12層的高層鋼結(jié)構(gòu)樓蓋可采用壓型鋼板現(xiàn)澆鋼筋混凝土組合樓板或非組合樓板。但對(duì)于樓蓋孔口較大如電梯間等削弱較大的樓板，在開(kāi)洞旁應(yīng)設(shè)水平支撐，以保證樓蓋平面內(nèi)剛度。

　　2.5 廠房的結(jié)構(gòu)布置

　　由于體型復(fù)雜，特別或嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，結(jié)構(gòu)分析難度大，且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理會(huì)導(dǎo)致地震時(shí)的嚴(yán)重破壞，因此廠房的結(jié)構(gòu)布置應(yīng)符合一定的要求。即：平面宜為矩形，立面宜簡(jiǎn)單對(duì)稱；在結(jié)構(gòu)單元平面內(nèi)，框架、柱問(wèn)支撐等抗側(cè)力構(gòu)件宜對(duì)稱布置；質(zhì)量大的設(shè)備宜設(shè)置在距剛度中心較近的部位。

　　3 結(jié)束語(yǔ)

　　單層工業(yè)廠房抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)從提高廠房整體的抗震性能著手，使廠房在總體上滿足抗震的要求，而不僅僅考慮局部的構(gòu)件和部位。隨著對(duì)地震作用研究的深入，對(duì)抗震設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)也越來(lái)越全面。同時(shí)，抗震設(shè)計(jì)也越來(lái)越受到重視。工業(yè)廠房的抗震設(shè)計(jì)發(fā)展前景將會(huì)很廣闊。

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