鋼筋混凝土柱單層廠房的抗震設計

鋼筋混凝土柱單層廠房抗震設計學習目標：

了解單層鋼筋混凝土柱廠房的震害特點；

掌握單層鋼筋混凝土柱廠房抗震的概念設計；

熟悉單層鋼筋混凝土柱廠房抗震計算；

熟悉單層鋼筋混凝土柱廠房抗震構造措施。學習重點：概念設計學習難點：

抗震計算單擊顯示菜單廠房立體圖單擊顯示廠房立體圖屋架端頭頂面預埋板松動和板下混凝土開裂屋架上弦第一節間剪斷8.1概述廠房立體圖梯形屋架端豎桿剪斷屋架向一邊嚴重傾斜8.1概述廠房立體圖鋼天窗架嚴重傾斜天窗架立柱在側板連接處酥裂8.1概述廠房立體圖吊車梁頂面標高處混凝土壓碎、縱筋彎曲上柱根部與吊車梁頂面處開裂8.1概述廠房立體圖下柱根部破壞下柱根部開裂8.1概述廠房立體圖平腹桿兩端剪斷不等高廠房高低跨交接處中柱高跨部分上柱水平剪裂8.1概述廠房立體圖大柱網廠房中柱根部對角破壞預制腹板上下開孔間交叉剪切開裂8.1概述廠房立體圖柱頭混凝土酥落、主筋彎曲破壞柱頭斜向開裂8.1概述廠房立體圖廠房端部緊貼山墻的角柱柱頭破壞有嵌砌內隔墻的柱子柱頭破壞8.1概述廠房立體圖支撐低跨屋蓋柱牛腿斜向拉裂鋼筋側向壓曲、柱頭混凝土破壞8.1概述廠房立體圖交叉形天窗支撐壓曲變形支撐低跨屋蓋的柱肩豎向劈裂破壞8.1概述廠房立體圖M形天窗支撐壓曲變形柱間支撐斜壓桿壓曲破壞8.1概述廠房立體圖山墻連同圈梁倒塌縱墻柱頂以上部分倒塌8.1概述廠房立體圖不等高廠房高跨封墻砸壞低跨屋蓋不等高廠房中柱牛腿頂面預埋件位移破壞8.1概述廠房立體圖上柱支撐連接節點板拉脫下柱支撐下節點拔出破壞8.1概述廠房立體圖構件7度8度9度10度11柱基本完好破壞輕微，有的上部柱根開裂破壞較重，有的上部柱根酥裂或折斷破壞嚴重或倒塌廠房普遍倒塌矩形天窗架局部地方混凝土開裂裂縫較多，部分立柱根部折斷大面積倒塌幾乎全部倒塌重屋蓋體系基本完好，個別柱間支撐處屋面板支座酥裂屋面板錯位、移位、震落，造成局部倒塌屋架傾斜，屋面板大量錯動、移位，屋蓋部分脫落大部分倒塌維護墻破壞輕微，有不同程度的裂縫、外閃，個別封檐墻、山墻頂部倒塌破壞普遍，封檐墻、山墻頂部、高側懸墻部分倒塌破壞嚴重，倒塌現象普遍大面積倒塌支撐系統基本完好，天窗架支撐易壓彎天窗架支撐破壞較重;柱間支撐、屋蓋垂直支撐常被壓彎;中列柱柱間支撐破壞率比邊列柱高大量柱間支撐壓彎,上柱支撐更嚴重；柱間支撐節點板扭折,錨筋拉脫使支撐失效；屋蓋垂直支撐普遍失效；中柱柱間支撐破壞更嚴重未設防單層混凝土廠房主要構件震害情況表廠房立體圖8.1概述總體震害縱向的震害一般較橫向嚴重；橫向排架上部柱根和高低跨廠房中柱的支撐低端跨屋架處，為抗震薄弱部位；天窗結構突出屋面的天窗結構地震作用較大，抗震能力較弱，縱向比橫向更弱；支撐系統抗震能力很弱，按一般構造要求設置，破壞嚴重。屋蓋系統較重，產生的地震作用較大，整體性不夠，局部區域往往破壞或塌落構件連接預制構件的連接，構造單薄，在地震作用下往往強度和延性不足；維護墻與柱、屋蓋拉結不牢，圈梁設置不足，圈梁與柱連接不強，布置不盡合理。廠房立體圖抗震概念設計結構布置概念設計結構選型結構整體性節點連接平面布置豎向布置總體布置防震縫設置天窗架選型屋架選型柱子選型柱間支撐維護結構屋蓋整體性圈梁的設置友情提示：單擊各紅色邊框顯示詳細內容廠房立體圖8.3單層廠房的橫向抗震計算計算原則雙向計算，雙向受力計算范圍

可不驗算7度區I、Ⅱ類場地，

H≤10m且兩端山墻單跨及等高多跨非鋸齒形廠房應該驗算除上述之外計算方法按空間結構分析(一般情況的混凝土屋蓋)按平面排架分析(符合條件的混凝土屋蓋)

(柱距相等輕型屋蓋)抗構措施廠房立體圖8.3單層廠房的橫向抗震計算計算簡圖簡圖

計算單元一個柱距的單榀平面排架.計算簡圖計算單元質量集中在排架柱頂標高處的多質點平面豎桿體系。荷載集中原則計算基本周期——基本周期等效原則。計算地震作用——地震作用等效原則(柱底)。結果質量等效集中系數表。天窗處理

計算地震作用——增加一個質點。計算自振周期——不增加該質點。廠房立體圖8.3單層廠房的橫向抗震計算計算簡圖吊車處理

臺數：單跨廠房——一臺。

多跨廠房——兩臺每跨一臺，任選兩臺，按對柱截面受力最不利進行內力組合。

吊重：軟鉤吊車——不考慮。

硬鉤吊車——30%吊重。

水平制動力——

不考慮。

地震作用——橋架產生的水平地震作用左右兩柱均分。

重力荷載——橋架重力荷載代表值計算基本周期時不考慮，當噸位較大或臺數較多時才考慮，可將吊車重力荷載平均分配給每榀排架后再進行集中。

廠房立體圖8.3單層廠房的橫向抗震計算基本周期計算：Gi——第i質點的重力荷載代表值(kN)；xi——第i質點在相當于重力荷載代表值的水平力作用下產生的水平側翼(m)。折減：原因——屋架與柱非完全鉸接；縱墻對排架剛度影響。取值——下表。條件折減系數混凝土柱鋼屋架或鋼筋混凝土屋架有縱墻0.8無縱墻0.9磚柱鋼屋架或鋼筋混凝土屋架0.8由木屋架、鋼木屋架或輕鋼屋架1.0廠房立體圖地震作用(底部剪力法，第三章已講述)總值：分配：8.3單層廠房的橫向抗震計算友情提示:單擊播放動畫廠房立體圖吊車重產生的橫向水平地震作用Gcri——第i跨吊車重作用于一根柱上的重力荷載，取一臺吊車自重輪壓在一根柱上的牛腿反力；Hcri——第i

跨吊車梁頂面標高處的高度；Hi

——吊車所在跨柱頂高度；α1

——按廠房平面排架橫向地震作用計算所取的α1值。注：多跨廠房，各跨吊車地震作用應分別計算8.3單層廠房的橫向抗震計算Hcr2H2Fcr2Fcr1H1Hcr1廠房立體圖天窗架的橫向水平地震作用Gsl——突出屋面部分天窗架的等效集中重力荷載代表值。

Gsl=1.0G天窗架+0.5G天窗積雪+0.5G天窗積灰Hsl——天窗屋蓋標高的高度，從廠房柱基礎頂面算起。內力分析

化動為靜，靜力分析

8.3單層廠房單的橫向抗震計算FEkF1FslH1HslG1Gsl廠房立體圖內力調整——排架

原因：考慮空間作用和扭轉作用。條件：取值：非高低跨交接處柱按附表。

高低跨交接處柱按下式：8.3單層廠房橫向抗震計算⑴設防烈度不高于8度；⑵Lt/B≤8或B＞12m；Lt-廠房單元屋蓋長度；B-總跨度⑶山墻厚度不小于240mm，開洞所占的水平截面積不超過總面積的50%，且與屋蓋系統有良好的連接；⑷柱頂高度不大于15mηh——高跨跨數；n0——計算跨數：一側有低跨時取總跨數，二側均有低跨時取總跨數與高跨跨數之和；GEl——低跨屋蓋標高處總重力荷載代表值；GEh——集中于高跨柱頂標高處總重力荷載代表值；ξ2——高低跨交接處（中柱牛腿以上截面）鋼筋混凝土上柱的空間工作影響系數，表廠房立體圖內力調整——橋架

原因：較大的移動質量，強烈的局部振動取值：（M、V）內力組合

S=γGSGE+γEhSEhk

（第三章已講述）截面驗算S≤R/γRE（第三章已講述）8.3單層廠房的橫向抗震算屋蓋類型山墻邊柱高低跨柱其它中柱鋼筋混凝土無檁屋蓋兩端山墻2.02.53.0一端山墻1.52.02.5鋼筋混凝土有檁屋蓋兩端山墻1.52.02.5一端山墻1.52.02.0廠房立體圖設計方法：修正剛度法設計原理：柱列分析，適當調整適用范圍：

⑴剛性、彈性、柔性等各類型屋蓋的單跨廠房

⑵采用瓦楞鐵皮等輕質屋面材料的多跨等高廠房計算模型：計算簡圖：基本周期：單跨，多跨等高H≤15m且l≤30m

敞開、半敞開或墻板與柱柔性連接的廠房，折減。

8.4單層廠房的縱向抗震計算ψ1——屋蓋類型系數，大型屋面板鋼筋混凝土屋架取1.0，鋼屋架取0.85L——廠房跨度（m），多跨廠房可取各跨平均值；H——基礎頂面到柱頂的高度（m）。ψ2——維護墻影響系數，小于1.0取1.0。廠房立體圖地震作用：等高多跨鋼筋混凝土屋蓋廠房柱頂

吊車梁頂

8.4單層廠房的縱向抗震計算α1——相應于廠房縱向基本自振周期的水平地震影響系數；Ki

——i柱柱列頂的總側移剛度；ψ3——柱列側移剛度的維護墻影響系數；P192表8-5ψ4——柱列側移剛度的柱間支撐影響系數；P192表8-6Hci——i列柱吊車梁頂高度Hi——i列柱柱頂高度；Kc、Kb、Kw——一根柱、一片支撐、一片貼砌磚維護墻側剛。廠房立體圖8.5單層鋼筋混凝土柱廠房構造措施屋蓋系統抗構措施柱與柱列維護系統整體連接支撐布置構件連接局部加強柱身構造支撐布置柱架連接抗風柱與柱連接抗剪強度圈梁設置廠房立體圖8.5單層鋼筋混凝土柱廠房抗震構造措施有檁屋蓋系統：連接:⑴屋架與檁條；⑵雙脊檁間；⑶瓦與檁條。支撐:按表。廠房立體圖8.5單層鋼筋混凝土柱廠房抗震構造措施無檁屋蓋系統：

連接：⑴屋面板與屋架；⑵屋面板相互間；⑶屋面板預埋件。支撐：按表。

廠房立體圖無檁屋蓋支撐布置圖（有天窗）文本無檁屋蓋支撐布置圖（無天窗）文本井式天窗屋蓋支撐布置圖文本廠房立體圖8.5單層鋼筋混凝土柱廠房構造措施屋蓋支撐：⑴天窗開洞范圍內設支撐；⑵屋架跨中豎向支撐間距；⑶水平系桿與豎向支撐配合；⑷托架區段及相鄰開間；⑸支撐桿件宜型鋼；⑹天窗架立柱與側墻板。局部加強：

⑴屋架上弦第一節間；⑵梯形屋架的端豎桿；⑶屋架上弦的小立柱；⑷屋架構件截面形式。廠房柱：⑴箍筋加密范圍；⑵加密箍筋間距；⑶大柱網廠房柱。廠房立體圖8.5單層鋼筋混凝土柱廠房構造措施抗風柱：

⑴箍筋加密；⑵加設縱筋。柱間支撐：⑴布置；⑵選型；⑶長細比；⑷節點板。連接節點：⑴屋架與柱節點；⑵柱頂的預埋件；⑶柱肩的預埋件；⑷支撐與柱節點。廠房立體圖托架區段設置下弦縱向水平支撐側板與天窗架立柱柔性連接示意圖屋架第一節間上弦配筋加強梯形屋架端豎桿配筋加強廠房立體圖屋架上弦端頭立柱配筋加強柱頭箍筋加強柱頂預埋件廠房立體圖上部柱根截面配筋加強柱牛腿配筋構造廠房立體圖上部柱根截面配筋加強屋架與柱牛腿連接構造廠房立體圖柱撐與柱連接節點加強柱變位約束部位箍筋加強廠房立體圖鋼板鉸連接節點構造螺栓連接節點構造廠房立體圖柱間支撐的布置廠房立體圖抗風柱上部截面加強抗風柱頂與屋架上弦連接構造廠房立體圖墻體與廠房柱拉結1不等高廠房高跨封墻與柱的拉結墻體與廠房柱拉結2混凝土墻板與柱的拉結圈梁與柱、圈梁與圈梁連接本章小結⑴單廠震害柱頭、柱肩，上柱柱身，下柱柱根，維護墻天窗架立柱，屋架、屋面板，各連接節點。⑵概念設計結構布置、結構選型、節點連接、結構整體性。⑶地震作用橫向空間分析方法、平面分析方法、底部剪力法、自振周期、內力調整。縱向修正剛度法。⑷構造措施有檁、無檁的連接與支撐布置，屋架和柱截面及配筋，柱間支撐設置及構造、連接，維護墻構造。G1G1F1FEkH1G1G3G1F2FEkH1G2F1F3H2H3G1G2G3FEkG2F1G1F2H1H2G1G2單層廠房抗震計算簡圖屋蓋山墻屋蓋長度（m）<303642485460667278849096鋼筋混凝土無檁屋蓋兩端山墻等高廠房0.750.750.750.80.80.80.850.850.850.9不等高廠房0.850.850.850.90.90.90.950.950.951.0一端山墻1.051.151.21.251.31.31.31.31.351.351.351.35鋼筋混凝土有檁屋蓋兩端山墻等高廠房0.80.850.90.950.951.01.01.051.051.1不等高廠房0.850.90.951.01.01.051.051.11.11.15一端山墻1.01.051.11.11.151.151.151.21.21.21.251.25屋蓋山墻屋蓋長度（m）3642485460667278849096鋼筋混凝土無檁屋蓋兩端山墻0.70.760.820.880.941.01.061.061.061.06一端山墻1.25鋼筋混凝土有檁屋蓋兩端山墻0.91.01.051.11.11.151.151.151.21.2一端山墻1.05鋼筋混凝土柱考慮空間工作和扭轉影響的效應調整系數高低跨交接處鋼筋混凝土上柱空間工作影響系數

支撐名稱6、7度8度9度上弦橫向支撐下弦橫向支撐廠房單元端開間各設一道廠房單元端開間及柱間支撐開間各設一道上弦通長水平系桿天窗范圍內屋架跨中上弦節點處設置下弦通長水平系桿天窗兩側及天窗范圍內屋架下弦節點處設置跨中豎向支撐有上弦橫向支撐開間設置，設置與下弦通長系桿相對應兩端豎向支撐Hd≤900mm同非抗震設計有上弦橫向支撐開間且間距不大于48mHd>900mm廠房單元端開間各設一道有上弦橫向支撐開間且間距不大于48m有上弦橫向支撐開間且間距不大于30m中間井式天窗無檁屋蓋支撐布置

烈度和場地類別6度和7度I、II場地7度III、IV類場地和8度I、II場地8度III、IV類場地和9度箍筋最大肢距(mm)300250200箍筋最小直徑一般柱頭和柱根A6A8A10角柱柱頭A8A10A10上柱牛腿和有支撐的柱根A8A8A10有支撐的柱頭和柱變位受約束部位A8A10A10柱加密區箍筋最大肢距和最小箍筋直徑

支撐名稱烈度6、789屋架支撐上弦橫向支撐廠房單元端開間各沒一道廠房單元端開間及廠房單元長度大于66m的柱間支撐開間各設一道；天窗開洞范圍的兩端各增設局部的支撐—道廠房單元端開間及廠房單元長度大于42m的柱間支撐開間各設一道；天窗開洞范圍的兩端各增設局部的上弦橫向支撐—道下弦橫向支撐同非抗震設計跨中豎向支撐端部豎向支撐屋架瑞部高度大于900mm時，廠房單元端開間及柱間支撐開間各設一道。天窗架支撐上弦橫向支撐廠房單元天窗端開間各設一道廠房單元天窗端開間及每隔30m各設一道廠房單元天窗端開間及每隔18m各設一道兩側豎向支撐廠房單元天窗端開間及每隔36m各設一道有檁屋蓋的支撐布置無檁屋蓋的支撐布置支撐名稱烈度6、789屋架支撐上弦橫向支撐L＜18m同非抗震，L≥18m廠房單元端開間各設一道廠房單元端開間及柱間支撐開間各設一道，天窗開洞范圍的兩端各增設局部的支撐一道上弦通長水平系桿同非抗震設計沿屋架L≤15m設一道，沿屋架L≤12m設一道，但裝配整體式屋面可不設；圍護墻在屋架上弦高度有現澆圈梁時，其端部處可不另設下弦橫向支撐同非抗震設計同上弦橫向支撐跨中豎向支撐兩端橫向支撐Hd≤900mm廠房單元端開間各設一道廠房單元端開間及每隔48m各設一道Hd>900mm廠房單元端開間各設一道廠房單元端開間及柱間支撐開間各設一道廠房單元端開間、柱間支撐開間每隔30m各設一道天窗架支撐天窗兩側豎向支撐廠房單元天窗端開間及每隔30m各設一道廠房單元天窗端開間及每隔24m各設一道廠房單元天窗端開間及每隔18m各設一道上弦橫向支撐同非抗震設計天窗跨度≥9m時，廠房單元天窗端開間和柱間支撐開間各設一道廠房單元端開間和柱間支撐開間各設一道主要構件7度8度9度10度11度柱基本完好破壞輕微，有的上部柱根開裂破壞較重，有的上部柱根酥裂或折斷破壞嚴重或倒塌廠房普遍倒塌矩形天窗架局部地方混凝土開裂裂縫較多，部分立柱根部折斷大面積倒塌幾乎全部倒塌重屋蓋體系基本完好，個別柱間支撐處屋面板支座酥裂屋面板錯位、移位、震落，造成局部倒塌屋架傾斜，屋面板大量錯動、移位，屋蓋部分脫落大部分倒塌維護墻破壞輕微，有不同程度的裂縫、外閃，個別封檐墻、山墻頂部倒塌破壞普遍，封檐墻、山墻頂部、高側懸墻部分倒塌破壞嚴重，倒塌現象普遍大面積倒塌支撐系統基本完好，天窗架支撐易壓彎天窗架支撐破壞較重;柱間支撐、屋蓋垂直支撐常被壓彎;中列柱柱間支撐破壞率比邊列柱高大量柱間支撐壓彎,上柱支撐更嚴重；柱間支撐節點板扭折,錨筋拉脫使支撐失效；屋蓋垂直支撐普遍失效；中柱柱間支撐破壞更嚴重未設防單層混凝土廠房主要構件震害情況表質量等效集中系數集中到柱頂的各部分結構重力荷載等效集中系數周期內力位于柱頂以上部位的結構及屋面重力荷載（屋蓋、雪、檐墻等）1.01.0柱單跨及等高多跨廠房、不等高廠房的邊柱0.250.5不等高廠房高低跨交接柱上柱分別集中到高跨和低跨0.50.5高低跨鉸接柱下柱集中到低跨柱頂0.250.5墻與柱等高的縱墻0.250.5高低跨封墻分別集中到低跨柱頂和高跨柱頂0.50.5吊車梁一般吊車梁集中到柱頂0.50.75高低跨交接柱吊車梁靠近低跨屋蓋時集中到低跨柱頂1.01.0高低跨吊車梁位置介于低跨與高跨柱頂之間時分別集中到低跨和高跨柱頂0.50.5⑴體型簡單、對稱均勻、

規正平直、各跨等長。⑵貼建的建(構)筑物不宜布置在廠房角部。⑶貼建的建(構)筑物不宜布置在緊鄰防震縫處。⑷上吊車鐵梯不宜靠近防震縫布置。⑸多跨的鐵梯不宜布置在同一橫向軸線附近。平面布置

⑴力求質量和剛度分布均勻，盡量使質量中心與剛度中心重合；

⑵兩端山墻宜對稱設置；

⑶縱墻布置宜盡量使各柱列剛度均勻對稱；

⑷廠房內結構布置應避免產生局部剛度較大區域；⑸同一結構單元內不應采用不同的結構形式

⑴避免質量和剛度沿高度突變；

⑵多跨廠房各跨宜等高；

⑶屋蓋縱橫向宜同一標高。總體布置豎向布置設置——下列情況應設防震縫

⑴廠房體型復雜時；

⑵廠房的角部或防震縫處有貼建建（構）筑物；

⑶兩個主廠房之間的過度跨應至少有一側采用防震縫與主廠房分開；⑷震縫兩側應設墻或柱，不宜做成開口式，寬度——地震時相鄰結構單元相對變形而不發生碰撞：

50～90mm一般情況；

100－150mm

縱橫跨交接處、大柱網廠房或不設柱間支撐的廠房。

防震縫設置材料——輕質端壁板、側板——宜輕質材料，不宜大型屋面板；突出屋面天窗——宜用鋼結構；

可鋼筋混凝土天窗架(6-8，■)。形式——突出式：宜較小的避風型天窗，9°不宜II形天窗；下沉式：有條件或烈度為9。設置——宜從廠房單元端部第三柱間開始設置。天窗架選型因素——跨度、柱距、抗震設防烈度、場地情況。選擇——宜用鋼屋架或重心較低的預應力混凝土或鋼筋混凝土屋架；跨度不大于15m時．可鋼筋混凝土梁；跨度＞24m或8°ⅢⅣ類場地和9°，優先鋼屋架。宜整榀混凝土屋架；有突出式天窗不宜采用預應力混凝土或鋼筋混凝土空腹屋架。柱距12m，可用預應力混凝土托架（梁），當鋼屋架時，亦可用鋼托架。屋架選型托架選型抗震性能——鋼柱＞混凝土柱＞磚柱。柱子選用——鋼柱：條件所限，用量較少；混凝土柱：主要用材，性能較好；磚柱：性能較差，小型廠房。

備注：磚柱僅用在單跨和等高多跨且無橋式吊車的廠房6-8度跨度＜l5m且柱頂標高＜6.6m；9度時跨度＜12m且柱頂標高＜4.5m

。截面形式——良好抗側力剛度。宜用：矩形或工字形，或帶斜腹桿的雙肢柱．不宜：薄壁開孔或預制開孔腹板的工字形柱，平腹桿式的雙肢柱。抗側剛度——不宜過大。鋼筋配置——增強延性。柱子選型抗震作用——主要抗側力構件，K≥0.9K中柱列。選型原則——較大回轉半徑；較少的用鋼量；較小的長細比。截面形式——良好抗側力剛度；一般：T形組合截面或槽鋼。特殊：雙槽鋼的雙片支撐四角鋼格構式支撐立面布置——斜桿與水平面夾