单层工业厂房的抗震设计分析
发布时间：2016-05-25
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钢结构具有强度高、塑性韧性好、自重小、制作简便、施工工期短、节能环保等优点。随着经济的发展,单层钢结构厂房在 工业建筑中得到广泛应用。采用单层工业厂房,生产工艺流程相对简洁,地面上可以放置较重的机器设备和产品 ,内部生产运输容 易组织。但是在强烈地震作用下单层厂房有局部破坏、甚至倒塌现象的事故发生。我国是个地震多发国,抗震设计显得尤为重要 。
而我国的单层工业厂房大多采用排架结构 ,由屋盖系统、阶梯形钢筋混凝土柱及柱支撑、围护墙和隔墙等组成。通过对单层 工业厂房的震害调查,总结单层工业厂房在地震中的破坏现象,分析其破坏原因,对震区企业的震后恢复重建具有重要的现实意义 和指导价值。并可作为今后的结构设计中的参考依据。
1、单层工业厂房的典型震害
1.1 柱间支撑
柱间支撑是保证结构稳定的重要构件 ,在地震中柱间支撑出现支撑斜杆的扭曲 ,随之引起支撑与钢柱连接节点的破坏,而交 叉式支撑中部的连接处则出现节点板扭曲变形。当支撑与柱的连接节点为焊接时,其破坏特征多呈现为焊缝断裂或节点板撕裂,或 者将连接处钢柱腹板拉裂;当支撑与柱的连接节点为螺栓连接时,多呈现为 :螺孔处的节点板断裂、支撑杆端的连接孔处断裂、 连接螺栓剪断、支撑螺栓连接端部板开裂、支撑节点板与柱剪断等震害。据统计,螺栓连接的支撑破坏高于焊接连接。
1.2 柱顶与屋架连接节点
单层工业厂房为装配式结构体系 ,构件的连接点是单层工业厂房的抗震薄弱环节。地震时如果连接节点遭到破坏,整个结构 的连续性和设计的传力途径遭到破坏,产生的震害是十分严重的。钢结构厂房的重量主要集中在屋顶部分 ,如果屋架与柱的连接 节点遭到破坏,致使屋架掉落,会影响正常使用且造成巨大损失。一般屋架与柱的连接破坏以焊缝切断、螺栓剪断或拉坏等。图 2 为节点破坏情况。
1.3 围护结构
维护结构的破坏主要表现为纵墙、山墙的塌落或者闪出破坏。造成该破坏的主要原因是维护墙与屋盖和柱子拉接不牢,布置 不合理等围护结构破坏情况。
1.4钢柱柱脚支座锚栓连接
柱脚破坏会造成柱子倾斜甚至导致厂房倒塌。其破坏特征主要表现为:柱脚支座的锚固螺栓剪断或拉坏,支座的混凝土破坏脱 落。1978年日本宫城县地震中的单层钢结构运动球房 ,即为柱子倾斜引起结构整体倒塌的实例。
2、工业厂房震害分析
通过对多个工业厂房震害情况分析,总结其破坏主要表现出如下特点:
1)破坏多发生在构件与构件连接处,并可能引起巨大的震害损失。
2)螺栓连接比焊接连接破坏情况严重。
3)支撑结构有局部破坏,会对整体稳定的安全造成影响。
4)围护墙结构倒塌情况严重,且大多出现十字交叉的裂缝,造成严重的经济损失。
3、厂房抗震设计措施
厂房抗震设计主要原则是力求简化结构的造型,当结构复杂时可采用防震缝分为几个简单单元。当不能采用防震缝时,应对薄 弱环节处采取相应加强措施,使厂房在地震作用下具有整体振动的特点。
3.1 结构的布置
厂房的平面布置,应力求体型简单、对称均匀、规正平直。对于多跨厂房宜使各跨等长,避免产生扭转效应。与厂房贴建的房 屋和构筑物不宜在紧邻防震缝处。在地震作用下,防震缝处排架的侧移量较大;当有贴建房屋时,将产生互相碰撞同时约束结构变 形,造成严重破坏。厂房竖向布置,要避免质量和刚度沿高度的突变,多跨厂房各跨的高度宜相同,使厂房沿竖向受力均匀、变形协 调。厂房整体布置应力求厂房的质量和刚度分布均匀 ,尽量使质心和刚度中心重合。
3.2 结构的重量影响
结构的重量越大,结构受到的地震作用就越大,震害就越严重,反之震害就轻。因此,单层工业厂房的屋盖体系应尽量采用钢屋 架加轻质复合屋面板的新型屋面系统,并保证屋架与柱子、屋架与屋面板的可靠连接;9度时屋架与柱子之间的连接宜采用钢 板 铰节点。避免节点破坏引起的损失。
3.3 支撑系统的布置
震害表明,支撑布置不足或不合格是造成房屋大面积倒塌的重要原因。柱间支撑作为单层工业厂房最主要的减震措施和传力 体系,应选用合理的支撑式,确定合理的设置位置,并注意柱间支撑与柱子之间的连接。
3.4柱与连接点
单层厂房设计中,排架是按铰接考虑的,而实际构件为焊接连接,刚度较大。在地震作用下,排架结构有较大的侧向力。如设计 中未考虑此作用力 ,没有较大的延性会造成较严重的破坏,因此,采用螺栓连接,可以起铰作用,减小柱顶与屋盖间的震害破坏。
3.5 围护结构布置
围护结构的破坏多由于拉结不足或者高宽比较大造成破坏,在以后的设计中应加强柱与墙的拉结,调整高宽比,局部可采用框 架、轻质维护墙等措施减少震害。
3.6厂房选址应避免建在断层上
4、结束语
单层工业厂房抗震设计时 ,应从提高厂房整体的抗震性能着手,使厂房在总体上满足抗震的要求,而不仅仅考虑局部的构件和 部位。随着对地震作用研究的深入,对抗震设计的经验总结也越来越全面。同时,抗震设计也越来越受到重视。工业厂房的抗震设 计发展前景将会很广阔。
