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單層磚柱廠(chǎng)房具有選價(jià)低廉、構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便等優(yōu)點(diǎn),在中小型工業(yè)廠(chǎng)肩中得到廣泛應(yīng)用。磚柱廠(chǎng)房是以磚柱(墻)做為承重和抗側(cè)力構(gòu)件,由于材料的脆性性質(zhì),其抗震性能比鋼筋混凝土柱廠(chǎng)房差;由于磚往廠(chǎng)房?jī)?nèi)部空曠、橫墻問(wèn)距大,地震時(shí)的抗倒塌能力不如砌體結(jié)構(gòu)的民用建筑。因此根據(jù)磚柱廠(chǎng)房的震害特點(diǎn),找出杭震的薄弱環(huán)節(jié),提出相應(yīng)的抗震措施,提高其抗震能力是必要的。
1.地震震害及其特點(diǎn):
地震震害表明:6、7度區(qū)單層磚柱廠(chǎng)房破壞較輕,少數(shù)磚柱出現(xiàn)彎曲水平裂縫:8度區(qū)出現(xiàn)倒塌或局部倒塌,主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞;9度區(qū)廠(chǎng)房出現(xiàn)較為嚴(yán)重的破壞,倒塌率較大。
從震害特點(diǎn)看,磚柱是廠(chǎng)房的薄弱環(huán)節(jié),外縱墻的磚柱在窗臺(tái)高度或廠(chǎng)房底部產(chǎn)主水平裂縫,內(nèi)縱墻的磚柱在底部產(chǎn)生水平裂縫,磚柱的破壞是廠(chǎng)肩倒塌的主要原因。山墻在地震時(shí)產(chǎn)生以水平裂縫為代表的平面外彎曲破壞,山墻外傾、檁條拔出,嚴(yán)重時(shí)山墻倒塌,端開(kāi)間屋蓋塌落。屋蓋形式對(duì)廠(chǎng)房抗震性能有一定的影響,重屋蓋廠(chǎng)房的震害普遍重子輕屋蓋廠(chǎng)房,楞攤瓦和稀鋪望板的瓦木屋蓋,其縱向水平剛度和空間作用較差,地震時(shí)屋蓋易產(chǎn)生傾斜。
2.適用范圍及結(jié)構(gòu)布置
2.1單跨和等高多跨的單層磚柱廠(chǎng)房,當(dāng)無(wú)吊車(chē)且跨度和柱頂標(biāo)高均不大時(shí),地震破壞較輕。不等高廠(chǎng)房由于高振型的影響,變截面柱的上柱震害嚴(yán)重又不易修復(fù),容易造成屋架塌落。因此規(guī)定磚柱廠(chǎng)房的適用范圍為單跨或等高多跨且無(wú)橋式吊車(chē)的中小型廠(chǎng)房,6-8度時(shí)廠(chǎng)房的跨度不大子15m且柱頂標(biāo)高下大于6.6m,9度時(shí)跨度不大于12m且柱頂標(biāo)高不大于 4.5m。
2.2廠(chǎng)房的平立面應(yīng)簡(jiǎn)單規(guī)則。平面宜為矩形,當(dāng)平面為L(zhǎng)、T形時(shí),廠(chǎng)房陰角部位易產(chǎn)生震害,特別是平面剛度不對(duì)稱(chēng),將產(chǎn)生應(yīng)力集中。對(duì)于立面復(fù)雜的廠(chǎng)房,當(dāng)屋面高低錯(cuò)落時(shí),由于振動(dòng)的不協(xié)調(diào)而發(fā)主碰撞,震害更為嚴(yán)重。
2.3當(dāng)廠(chǎng)房體型復(fù)雜或有貼建的房屋(或構(gòu)筑物)時(shí),應(yīng)設(shè)置防震縫將廠(chǎng)房與附屬建筑分割成各自獨(dú)立、體型簡(jiǎn)單的抗震單元,以避免地震時(shí)產(chǎn)主破壞。針對(duì)中小型廠(chǎng)房的特點(diǎn),鋼筋混凝上無(wú)檀屋蓋的磚柱廠(chǎng)房應(yīng)設(shè)置防震縫,而輕型屋蓋的磚柱廠(chǎng)房可不設(shè)防震縫。防震縫處宜設(shè)置雙柱或雙墻,以保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和剛度,防震縫的寬度應(yīng)根據(jù)地震時(shí)最大彈塑性變形計(jì)算確定。一般可采用50~70mm。
3.結(jié)構(gòu)體系
3.1地震時(shí)廠(chǎng)房破壞程度與屋蓋類(lèi)型有關(guān),一般來(lái)說(shuō)重型屋蓋廠(chǎng)房震害重,輕型屋蓋廠(chǎng)房震害輕,在高烈度區(qū)影響更為明顯。因此要求6-8度時(shí)宜采用輕型屋蓋,9度時(shí)應(yīng)采用輕型屋蓋。人之地震震害調(diào)查表明:6、7度時(shí)的單跨和等高多跨磚柱廠(chǎng)房基本完好或輕微破壞,8、9度時(shí)排架柱有一定的震害甚至倒塌。因此《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(G8Jll一89)規(guī)定:6、7度時(shí)可采用十字形截面的無(wú)筋磚柱,8度1、2類(lèi)場(chǎng)地應(yīng)采用組合磚柱,8度3、4類(lèi)場(chǎng)地及9度時(shí)邊柱宣采用組合磚柱,中柱直采用鋼筋混凝土柱。經(jīng)過(guò)地震震害分析發(fā)現(xiàn):非抗震設(shè)計(jì)的單層磚柱廠(chǎng)房經(jīng)過(guò)8度地震也有相當(dāng)數(shù)量的廠(chǎng)房基本完好,所倒塌的廠(chǎng)肩大部份在設(shè)計(jì)和施工上也存在先天不足,因此正常設(shè)計(jì)正常施工和正常使用的無(wú)筋磚柱單層廠(chǎng)后,在8度區(qū)仍然具有一定的抗震能力?梢(jiàn)對(duì)8度區(qū)的單層磚柱廠(chǎng)房都配筋的要求是偏嚴(yán)的,在抗震規(guī)范的修訂稿中將8度1、2類(lèi)場(chǎng)地“應(yīng)”采用組合磚往改為“宜”采用組合磚柱,允許設(shè)計(jì)人員根據(jù)不同情況對(duì)是否配筋有所選擇。一般來(lái)說(shuō),當(dāng)單層磚柱廠(chǎng)房符合砌體結(jié)構(gòu)剛性方案條件,經(jīng)抗震驗(yàn)算承載力滿(mǎn)足要求時(shí),可以采用無(wú)筋磚柱。
3. 3對(duì)于單層磚柱廠(chǎng)房的縱向仍然要求具有足夠的強(qiáng)度和剛度,單靠磚柱做為抗側(cè)力構(gòu)件是不夠的,如果象鋼筋混凝土柱廠(chǎng)房那樣設(shè)置柱間支撐,會(huì)吸引相當(dāng)大的地震剪力。使磚拄剪壞。為了增強(qiáng)廠(chǎng)房的縱向抗震承載力,在柱間砌筑與柱整體連接的縱向磚墻,以代替柱間支撐的作用,這是經(jīng)濟(jì)有效的方法。
3.4 當(dāng)廠(chǎng)房?jī)啥藶榉浅兄厣綁r(shí),山墻頂部與檁條或屋面板恨難連接,只能依靠屋架上弦與防風(fēng)柱上端連接做為山墻頂部的支點(diǎn),這不僅降低了房屋整體空間作用,對(duì)防止山墻的出平面破壞也不利,因此廠(chǎng)房?jī)啥司鶓?yīng)設(shè)置承重山墻。
3.5 廠(chǎng)房的縱橫向內(nèi)隔墻宣做成抗震墻,其目的充分利用培體的功能,避免主體結(jié)構(gòu)的破壞。當(dāng)內(nèi)隔墻不能做成抗震墻時(shí),最好采用輕質(zhì)隔墻,以避免墻體對(duì)柱及柱與屋架連接節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生不利影響,如果采用非輕質(zhì)隔墻,則應(yīng)考慮隔墻對(duì)柱及其與屋架節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的附加剪力。
3.6 無(wú)窗架不應(yīng)通至廠(chǎng)房單元的端開(kāi)間,以免過(guò)份削弱屋蓋的剛度。天窗架采用磚壁承重時(shí),將產(chǎn)生嚴(yán)重的震害甚至倒塌,地震區(qū)應(yīng)避免使用。
4 抗震承載力計(jì)算
4.1 橫向抗震計(jì)算
單層磚往廠(chǎng)房橫向抗震計(jì)算的計(jì)算簡(jiǎn)圖,可按下列規(guī)定選取:(1)當(dāng)廠(chǎng)房柱為無(wú)筋磚柱或邊柱為組合磚柱、中柱為鋼筋混凝土柱時(shí),可采用下端為固接、上端為鉸接的徘架結(jié)構(gòu)模型; (2)當(dāng)廠(chǎng)肩邊柱為無(wú)筋磚柱、中柱為鋼筋混凝士柱,在確定廠(chǎng)房自振周期時(shí),磚柱下端按固接考慮,在計(jì)算水平地震作用時(shí),磚柱下端按鉸接考慮。這主要是考宅到在地震作用下,隨著變形的不斷增加,無(wú)筋磚柱下端開(kāi)裂并退出工作,囚而全部橫向地震作用由中部的鋼筋混凝土柱承擔(dān)。輕型屋蓋單層磚柱廠(chǎng)房的橫向抗震計(jì)算,可以忽略空間工作影響·采用平面排架進(jìn)、廳計(jì)算。對(duì)于鋼筋混凝上屋蓋和密鋪望板的瓦木屋蓋廠(chǎng)肩,其空間作用不能忽略,應(yīng)按空間分析的方法進(jìn)行計(jì)算:但為了簡(jiǎn)化,對(duì)于一定條件下的廠(chǎng)房可以按平面排架進(jìn)行計(jì)算,考慮到其空間工作影響,對(duì)計(jì)算的地震作用效應(yīng)要進(jìn)行調(diào)整。
4.2 縱向抗震計(jì)算
對(duì)于鋼筋混凝土屋蓋的等高多跨磚柱廠(chǎng)房,當(dāng)考慮屋蓋為剛性時(shí),縱向地震作用在各柱列之間的分配與柱列的側(cè)移剛度成正比:當(dāng)考慮屋蓋的彈性進(jìn)行空間分析時(shí),側(cè)移剛度較大柱列分配的地震作用比按剛性屋蓋分配的地震作用小,而側(cè)移剛度較小柱列分配的地震作用比按剛性屋蓋分配的地震作用大。設(shè)計(jì)中為了利用剛性屋蓋假定時(shí)縱向地震作用分配形式簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn),可以針對(duì)不同屋蓋形式對(duì)柱列的側(cè)移剛度乘以修正系數(shù),做為縱向地震分配時(shí)的柱列剛度,并對(duì)所計(jì)算的廠(chǎng)房自振周期進(jìn)行修正,以考慮屋蓋的彈性影響。
對(duì)于縱墻對(duì)稱(chēng)布置的單跨廠(chǎng)房,在廠(chǎng)房縱向沿跨中切開(kāi),取一個(gè)柱列單獨(dú)進(jìn)行縱向計(jì)算與對(duì)廠(chǎng)房進(jìn)行整體分析結(jié)果是相同的。對(duì)于輕型屋蓋的多跨廠(chǎng)房雖然屋蓋仍具有一定的水平剛度,考慮到屋蓋與磚墻的彈性極限變形值相差較大,為了計(jì)算簡(jiǎn)便,仍可假定各縱向往列在地震時(shí)獨(dú)立振動(dòng),按柱列法進(jìn)行計(jì)算。
5 抗震構(gòu)造措施
5.1 單層磚柱廠(chǎng)房采用鋼筋混凝上屋蓋時(shí)的抗震構(gòu)造措施可參照鋼筋混凝土柱廠(chǎng)房的有關(guān)規(guī)定。采用瓦木屋蓋時(shí),設(shè)有滿(mǎn)鋪望板的抗震能力比無(wú)望板強(qiáng)得多,望板能起到阻止屋架傾斜的作用。地震震害表明,未設(shè)上弦及下弦水平支撐的楞攤瓦屋蓋,屋架產(chǎn)主傾斜甚至倒塌的震害較多,因此要有足夠的
屋蓋支撐系統(tǒng),保證屋蓋沿縱向有足夠的剛度和穩(wěn)定,以滿(mǎn)足抗震的要求。
5.2圈梁對(duì)增強(qiáng)廠(chǎng)房的整體性起到了重要作用,但預(yù)制圈梁抗震性能差,地震時(shí)在連接外容易拉斷,因此要求圈梁應(yīng)現(xiàn)澆且在廠(chǎng)房柱頂標(biāo)高處沿房屋外墻及承重內(nèi)墻閉合。對(duì)于8、分度區(qū)還應(yīng)沿墻高每隔3-4m增設(shè)一道圈梁,可提高磚墻的抗震性能,并能夠限制地震時(shí)墻體裂縫的開(kāi)展,減輕墻體破壞。當(dāng)?shù)鼗鶠檐浫跽承酝、液化土、新近填土或?yán)重不均勻土層時(shí),地震易出現(xiàn)裂縫,如果裂縫穿過(guò)廠(chǎng)房將使房屋撕裂,基礎(chǔ)頂面應(yīng)設(shè)置基礎(chǔ)圈梁,以減輕地震災(zāi)害。當(dāng)圈梁兼做門(mén)窗過(guò)梁或抵抗不均勻沉降影響時(shí),圈梁的截面和配筋除滿(mǎn)足抗震構(gòu)造要求外,還應(yīng)根據(jù)實(shí)際受力計(jì)算確定。
采用鋼筋混凝土無(wú)檁屋蓋的磚柱廠(chǎng)房,地震時(shí)在屋蓋處圈梁下一至四皮磚的磚墻上易出現(xiàn)水平裂縫,因此8、9度時(shí),在墻頂沿墻長(zhǎng)每隔1m 左右埋設(shè) 1根8豎向鋼筋,并插入頂部圈梁內(nèi),以避免上述震害的產(chǎn)生。
5.3地震中屋架與磚柱連接不牢,柱頭產(chǎn)主破壞甚至屋蓋坍落的震例是較多的。為了加強(qiáng)屋架與磚柱的連接,柱頂墊塊應(yīng)與墻頂圈梁整體澆注,屋架與墊塊的預(yù)埋件采用螺栓連接或焊接。當(dāng)墊塊厚度或配筋過(guò)小時(shí)。預(yù)埋件的錨固不能滿(mǎn)足要求,墊塊厚度丁應(yīng)小于240mm,井配置兩層直徑不小于8間距不大于100mm的鋼筋網(wǎng)。烈度較高時(shí),屋蓋承受的地震作用較大,與墊塊整體澆注的圈粱受到較大的扭矩,墊塊兩側(cè)各500mm范圍內(nèi)圈梁的箍筋應(yīng)加密,其間距不應(yīng)大子100mm。
5. 4山墻是磚柱廠(chǎng)房抗震的薄弱部位,地震時(shí)產(chǎn)生外傾、局部倒塌甚至全部倒塌,震害的主要原因是山墻頂部與屋蓋系統(tǒng)拉結(jié)不牢。為了使屋蓋與山墻可靠連接,應(yīng)在山培頂部設(shè)置鋼筋混凝上臥梁,通過(guò)臥梁內(nèi)的預(yù)埋件與屋蓋構(gòu)件錨拉。
由于山墻比較高大,在橫向地震作用下,墻體內(nèi)的平面彎曲應(yīng)力使墻體產(chǎn)主水平裂縫,墻體內(nèi)的剪力使墻體產(chǎn)生交叉裂縫;在縱向地震作用下,墻體產(chǎn)生平面外傾倒。在山墻壁柱中配筋,可以防止或減輕上述震害的產(chǎn)生,壁柱的截面和配筋不應(yīng)小于排架柱,并應(yīng)通到墻頂與臥梁、屋面構(gòu)件連接。
為了防止山墻和橫墻的剪切破壞,對(duì)其開(kāi)侗應(yīng)有所限制,開(kāi)洞的水平截面面積不應(yīng)超過(guò)總截面面積的50% 。8、9度時(shí)在山墻和橫墻兩端應(yīng)設(shè)置構(gòu)造柱,9度時(shí)在高大洞口兩側(cè)應(yīng)設(shè)置構(gòu)造柱。
參考文獻(xiàn)
中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(征求意見(jiàn)稿),北京1998。
劉大海等《單層與多層房屋抗震設(shè)計(jì)》,西安,陜西科學(xué)技術(shù)出版社, 1987。
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