单层厂房抗震设计.pptx

教学目标与要求 1.1.了解单层厂房的震害特征及原因。了解单层厂房的震害特征及原因。2.深刻理解单层厂房的抗震概念设计的要深刻理解单层厂房的抗震概念设计的要求。求。3.熟悉单层钢筋混凝土柱厂房的横、纵向熟悉单层钢筋混凝土柱厂房的横、纵向抗震计算方法。抗震计算方法。4.熟悉单层厂房的主要抗震构造措施。熟悉单层厂房的主要抗震构造措施。第1页/共103页 导入案例导入案例 5.12在汶川地震中，东方汽轮机厂的单层工业厂房排架柱一般完好，牛腿到屋顶柱有破坏；钢筋混凝土屋架与大型屋面板组成的屋盖破坏较重；厂房维护墙破坏严重；轻钢屋盖和轻钢维护结构破坏较轻。单层工业厂房的震害为什么具有上述特点呢？单层工业厂房结构抗震设计应包括哪些内容呢？我们可以通过本章的学习得到了解。第2页/共103页7.17.1震害分析 和其他结构相比较，单层厂房的震害总的和其他结构相比较，单层厂房的震害总的来说较轻，且主要是围护结构的破坏。震害来说较轻，且主要是围护结构的破坏。震害调查表明，围护墙布置不合理是造成厂房震调查表明，围护墙布置不合理是造成厂房震害的重要原因之一，且大型墙板的震害明显害的重要原因之一，且大型墙板的震害明显轻于砌体墙。轻于砌体墙。厂房的山墙也易倒塌。如果山墙上直接铺厂房的山墙也易倒塌。如果山墙上直接铺有屋面板，山墙的倒塌也引起有关屋面板的有屋面板，山墙的倒塌也引起有关屋面板的坠落。坠落。以下分别按厂房以下分别按厂房横向排架横向排架和和纵向柱列纵向柱列两个两个方向的震害来进行分析。方向的震害来进行分析。第3页/共103页横向地震作用下厂房主体结构的震害横向地震作用下厂房主体结构的震害 厂房的横向抗侧力体系常为屋盖横梁厂房的横向抗侧力体系常为屋盖横梁(屋架屋架)与柱铰接的排架形式。在地震作用与柱铰接的排架形式。在地震作用下，如果构件或节点承载力不足或变形过下，如果构件或节点承载力不足或变形过大，将会引起相应的破坏。主要震害现象大，将会引起相应的破坏。主要震害现象有：有：第4页/共103页1柱的局部震害柱的局部震害1）上柱柱身变截面处开裂或折断）上柱柱身变截面处开裂或折断(图图7-1)。上柱截面较弱，在屋盖及吊车上柱截面较弱，在屋盖及吊车的横向水平地震作用下承受着较大的横向水平地震作用下承受着较大的剪力，故柱子处于的剪力，故柱子处于压弯剪复合受压弯剪复合受力状态力状态，在柱子的变截面处因刚度，在柱子的变截面处因刚度突变而产生突变而产生应力集中应力集中，一般在，一般在吊车吊车梁顶面梁顶面附近易产生拉裂甚至折断附近易产生拉裂甚至折断。图图7-17-1上柱震害上柱震害第5页/共103页2）柱头及其与屋架联结的破坏。）柱头及其与屋架联结的破坏。柱顶与屋面梁的连接处由于受力复杂易发生柱顶与屋面梁的连接处由于受力复杂易发生剪裂、剪裂、压酥、拉裂或锚筋拔出、钢筋弯折压酥、拉裂或锚筋拔出、钢筋弯折等震害。等震害。3）柱肩竖向拉裂）柱肩竖向拉裂在高低跨厂房的中柱，常用柱肩或牛腿支承低跨在高低跨厂房的中柱，常用柱肩或牛腿支承低跨屋架，地震时由于高振型的影响，高低跨两个屋盖产屋架，地震时由于高振型的影响，高低跨两个屋盖产生相反方向的运动，柱肩或牛腿所受的水平地震作用生相反方向的运动，柱肩或牛腿所受的水平地震作用将增大许多，如果没有配置足够数量的水平钢筋，中将增大许多，如果没有配置足够数量的水平钢筋，中柱柱肩或牛腿产生柱柱肩或牛腿产生竖向拉裂竖向拉裂(图图7-2)。图7-2柱肩竖向裂缝 第6页/共103页4）下柱震害）下柱震害下柱下部出现横向裂缝或折断，后者会造成倒塌下柱下部出现横向裂缝或折断，后者会造成倒塌等严重后果。等严重后果。5)柱间支撑产生压屈。柱间支撑产生压屈。图图7-3 柱间支撑压屈柱间支撑压屈第7页/共103页型天窗是厂房抗震的薄弱部位，在型天窗是厂房抗震的薄弱部位，在6度区就有震度区就有震害的实例。震害主要表现为支撑杆件失稳弯曲，支撑害的实例。震害主要表现为支撑杆件失稳弯曲，支撑与天窗立柱连接节点被拉脱，天窗立柱根部开裂或折与天窗立柱连接节点被拉脱，天窗立柱根部开裂或折断等。这是因为断等。这是因为型天窗位于厂房最高部位，地震效型天窗位于厂房最高部位，地震效应大。应大。图图7-4天窗结构天窗结构（2）型天窗架与屋架联接节点的破坏型天窗架与屋架联接节点的破坏第8页/共103页（3）围护墙开裂外闪、局部或大面积倒倒塌。）围护墙开裂外闪、局部或大面积倒倒塌。其中高悬墙、女儿墙受鞭端效应的影响，破坏最为严其中高悬墙、女儿墙受鞭端效应的影响，破坏最为严重。重。图图7-6J砖墙大部分倒塌砖墙大部分倒塌 第9页/共103页纵向地震作用下厂房主体结构的震害纵向地震作用下厂房主体结构的震害（1）屋面板错动坠落）屋面板错动坠落在大型屋面板屋盖中，如屋面板与屋架或在大型屋面板屋盖中，如屋面板与屋架或屋面梁焊接不牢，地震时往往造成屋面板错动屋面梁焊接不牢，地震时往往造成屋面板错动滑落，甚至引起屋架的失稳倒塌（图滑落，甚至引起屋架的失稳倒塌（图7-6）。）。历次地震的震害调查表明，厂房受纵向水平历次地震的震害调查表明，厂房受纵向水平地震作用时的破坏程度重于横向地震作用时的地震作用时的破坏程度重于横向地震作用时的破坏程度。主要的破坏形式有：破坏程度。主要的破坏形式有：第10页/共103页图7-6局部屋面板掉落第11页/共103页（2）天窗两侧天窗两侧竖向支撑斜杆拉断，节点破坏，竖向支撑斜杆拉断，节点破坏，天窗架沿厂房纵向倾斜，甚至倒下砸塌屋盖。天窗架沿厂房纵向倾斜，甚至倒下砸塌屋盖。（3）屋架破坏）屋架破坏屋盖的纵向地震力是通过屋面板焊缝从屋屋盖的纵向地震力是通过屋面板焊缝从屋架中部向屋架的两端传递的，屋架两端的剪力架中部向屋架的两端传递的，屋架两端的剪力最大。因此，屋架的震害主要是端头混凝土酥最大。因此，屋架的震害主要是端头混凝土酥裂掉角、支撑大型屋面板的支墩折断、端节间裂掉角、支撑大型屋面板的支墩折断、端节间上弦剪断等。上弦剪断等。第12页/共103页图7-7屋架与柱顶连接处严重破坏 第13页/共103页（4）支撑震害）支撑震害在设有柱间支撑的跨间，由于其刚度大，屋架端头与在设有柱间支撑的跨间，由于其刚度大，屋架端头与屋面板边肋连接点处的剪力最为集中，往往首先被剪坏；屋面板边肋连接点处的剪力最为集中，往往首先被剪坏；这使得纵向地震力的传递转移到内肋，导致屋架上弦受到这使得纵向地震力的传递转移到内肋，导致屋架上弦受到过大的纵向地震力而破坏。当纵向地震力主要由支撑传递过大的纵向地震力而破坏。当纵向地震力主要由支撑传递时，若支撑数量不足或布置不当，会造成支撑的失稳，引时，若支撑数量不足或布置不当，会造成支撑的失稳，引起屋面的破坏或屋盖的倒塌。另外，柱根处也会发生沿厂起屋面的破坏或屋盖的倒塌。另外，柱根处也会发生沿厂房纵向的水平断裂。房纵向的水平断裂。（5）纵向地震作用下围护结构的震害有山墙、山尖外闪）纵向地震作用下围护结构的震害有山墙、山尖外闪或局部塌落。或局部塌落。第14页/共103页 图7-8山墙倒塌 第15页/共103页砖柱厂房的抗震性能远不如钢筋混凝土厂房。其屋盖的震砖柱厂房的抗震性能远不如钢筋混凝土厂房。其屋盖的震害现象有：害现象有：屋面瓦下滑和掉落；楞摊瓦屋面的木屋架沿厂房纵向屋面瓦下滑和掉落；楞摊瓦屋面的木屋架沿厂房纵向向一侧倾斜；木屋架及其气楼间的竖向交叉支撑或节点被向一侧倾斜；木屋架及其气楼间的竖向交叉支撑或节点被拉脱，或木杆件被拉断；重屋盖的天窗两侧竖向支撑或节拉脱，或木杆件被拉断；重屋盖的天窗两侧竖向支撑或节点被拉脱，或钢杆件被压屈。点被拉脱，或钢杆件被压屈。砖柱的震害现象有：砖柱的震害现象有：内部独立砖柱在底部发生水平裂缝，柱顶混凝土垫块内部独立砖柱在底部发生水平裂缝，柱顶混凝土垫块底面出现水平裂缝，少数发生错位；高低跨砖柱上柱水平底面出现水平裂缝，少数发生错位；高低跨砖柱上柱水平折断，或支承低跨屋架的柱肩产生竖向裂缝。折断，或支承低跨屋架的柱肩产生竖向裂缝。墙体的震害主要有：墙体的震害主要有：山墙外倾，檩条由墙顶拔出，严重时山墙尖向外倾倒，山墙外倾，檩条由墙顶拔出，严重时山墙尖向外倾倒，端开间屋面局部塌落；外纵墙在窗台高度处出现细微水平端开间屋面局部塌落；外纵墙在窗台高度处出现细微水平裂缝，较严重时水平折断，并常伴有壁柱砖块局部压碎崩裂缝，较严重时水平折断，并常伴有壁柱砖块局部压碎崩落，更严重时整个厂房横向倾倒。落，更严重时整个厂房横向倾倒。第16页/共103页7.2抗震设计721设计原则设计原则1结构布置和选型结构布置和选型单层厂房的平面布置应注意体型简单、规则、各部分单层厂房的平面布置应注意体型简单、规则、各部分结构刚度、质量均匀对称，尽量避免体型曲折复杂、凹凸结构刚度、质量均匀对称，尽量避免体型曲折复杂、凹凸变化，尽可能选用长方形平面体型。变化，尽可能选用长方形平面体型。厂房的毗连房屋沿厂房纵墙或山墙布置，而不宜布置厂房的毗连房屋沿厂房纵墙或山墙布置，而不宜布置在厂房角部和紧邻防震缝处。在厂房角部和紧邻防震缝处。第17页/共103页平面复杂时，在侧向刚度或高差变化很大的部位，以平面复杂时，在侧向刚度或高差变化很大的部位，以及沿厂房侧边有贴建房屋时，宜设防震缝。防震缝的两侧及沿厂房侧边有贴建房屋时，宜设防震缝。防震缝的两侧应布置墙或柱。在厂房纵横跨交接处，以及对大柱网厂房应布置墙或柱。在厂房纵横跨交接处，以及对大柱网厂房等可不设柱间支撑的厂房，防震缝宽度可采用等可不设柱间支撑的厂房，防震缝宽度可采用100150mm，其他情况可采用，其他情况可采用5090mm。在竖向应减少刚度。在竖向应减少刚度突变，各跨的高度应尽可能相同。突变，各跨的高度应尽可能相同。两个主厂房之间的过渡跨至少应有一侧采用防震缝与两个主厂房之间的过渡跨至少应有一侧采用防震缝与主厂房脱开。主厂房脱开。厂房内用于进入吊车的铁梯不应靠近防震缝设置；多厂房内用于进入吊车的铁梯不应靠近防震缝设置；多跨厂房各跨上吊车的铁梯不宜设置在同一横向轴线附近。跨厂房各跨上吊车的铁梯不宜设置在同一横向轴线附近。第18页/共103页第19页/共103页工作平台宜与厂房主体结构脱开。工作平台宜与厂房主体结构脱开。厂房的同一结构单元内不应采用不同的结构型式，也厂房的同一结构单元内不应采用不同的结构型式，也不应采用横墙和排架混合承重。不应采用横墙和排架混合承重。厂房各柱列的侧移刚度宜均匀。厂房各柱列的侧移刚度宜均匀。第20页/共103页2厂房天窗架的设置厂房天窗架的设置天窗是薄弱环节，它削弱屋盖的整体刚度。从抗震的角度，厂房天窗架的设置应符合下列要求：1）天窗宜采用突出屋面较小的避风型天窗，有条件或9度时宜采用下沉式天窗。2）突出屋面的天窗宜采用钢天窗架；68度时，可采用矩形截面杆件的钢筋混凝土天窗架。3）8度和9度时，天窗宜宜从厂房单元端部第三柱间开始设置。4）天窗屋盖、端壁板和侧板，宜采用轻型板材。第21页/共103页应合理地布置支撑，使厂房形成空间传力体系。应合理地布置支撑，使厂房形成空间传力体系。(2)支撑的布置支撑的布置柱间支撑除在厂房纵向的中部设置外，有吊车时或柱间支撑除在厂房纵向的中部设置外，有吊车时或8度度和和9度时尚宜在厂房单元两端增设上柱支撑；度时尚宜在厂房单元两端增设上柱支撑；8度且跨度不小于度且跨度不小于18m的多跨厂房中柱和的多跨厂房中柱和9度时多跨厂度时多跨厂房的各柱，宜在纵向设置柱顶通长水平压杆房的各柱，宜在纵向设置柱顶通长水平压杆(图图74)，此，此压杆可与梯形屋架支座处通长水平系杆合并设置，钢筋混压杆可与梯形屋架支座处通长水平系杆合并设置，钢筋混凝土系杆端头与屋架间的空隙应采用混凝土填实。凝土系杆端头与屋架间的空隙应采用混凝土填实。厂房单元较长时，或厂房单元较长时，或8度度、类场地和类场地和9度时，可在度时，可在厂房单元中部厂房单元中部13区段内设置两道柱间支撑，且下柱支撑区段内设置两道柱间支撑，且下柱支撑应与上柱支撑配套设置。应与上柱支撑配套设置。第22页/共103页有檩屋盖的支撑布置应符合表有檩屋盖的支撑布置应符合表7-1的要求。的要求。无檩屋盖的支撑布置应符合表无檩屋盖的支撑布置应符合表7-2的要求；的要求；8度和度和9度跨度跨度不大于度不大于15m的屋面梁屋盖，可仅在厂房单元两端各设竖的屋面梁屋盖，可仅在厂房单元两端各设竖向支撑一道。向支撑一道。第23页/共103页第24页/共103页第25页/共103页第26页/共103页(3)围护墙的布置围护墙的布置围护墙的布置应尽量均匀、对称。围护墙的布置应尽量均匀、对称。当厂房的一端设缝而不能布置横墙时，则另一端宜采当厂房的一端设缝而不能布置横墙时，则另一端宜采用轻质挂板山墙。用轻质挂板山墙。多跨厂房的砌体围护墙宜采用外贴式，不宜采用嵌砌多跨厂房的砌体围护墙宜采用外贴式，不宜采用嵌砌式。否则，边柱列式。否则，边柱列(嵌砌有墙嵌砌有墙)与中柱列与中柱列(一般只有柱间支撑一般只有柱间支撑)的刚度相差悬殊，导致边跨屋盖因扭转效应过大而发生的刚度相差悬殊，导致边跨屋盖因扭转效应过大而发生震害。震害。厂房内部有砌体隔墙时，也不宜嵌砌于柱间，可采用厂房内部有砌体隔墙时，也不宜嵌砌于柱间，可采用与柱脱开或与柱柔性连接的构造处理方法，以避免局部刚与柱脱开或与柱柔性连接的构造处理方法，以避免局部刚度过大或形成短柱而引起震害。度过大或形成短柱而引起震害。厂房端部宜设置屋架，不宜采用山墙承重。厂房端部宜设置屋架，不宜采用山墙承重。第27页/共103页 单层钢筋混凝土柱厂房的围护墙宜采用轻质墙板或单层钢筋混凝土柱厂房的围护墙宜采用轻质墙板或钢筋混凝土大型墙板，外侧柱距为钢筋混凝土大型墙板，外侧柱距为12m12m时应采用轻质墙板时应采用轻质墙板或钢筋混凝土大型墙板；不等高厂房的高跨封墙和纵横向或钢筋混凝土大型墙板；不等高厂房的高跨封墙和纵横向厂房交接处的悬墙宜采用轻质墙板，厂房交接处的悬墙宜采用轻质墙板，8 8、9 9度时应采用轻质度时应采用轻质墙板。墙板。厂房围护墙、女儿墙的布置和构造，应符合有关对非厂房围护墙、女儿墙的布置和构造，应符合有关对非结构构件抗震要求的规定。结构构件抗震要求的规定。钢结构厂房的围护墙，钢结构厂房的围护墙，7、8度时宜采用轻质墙板或与柱柔性连度时宜采用轻质墙板或与柱柔性连接的钢筋混凝土墙板，不应采用嵌砌砌体墙；接的钢筋混凝土墙板，不应采用嵌砌砌体墙；8度时尚应采取措施度时尚应采取措施使墙体不妨碍厂房柱列沿纵向的水平位移；使墙体不妨碍厂房柱列沿纵向的水平位移；9度时宜采用轻质墙板。度时宜采用轻质墙板。第28页/共103页3厂房屋架的设置厂房屋架的设置厂房宜采用钢屋架或重心较低的预应力混凝土、钢筋厂房宜采用钢屋架或重心较低的预应力混凝土、钢筋混凝土屋架。当跨度不大于混凝土屋架。当跨度不大于15m15m时，可采用钢筋混凝土屋时，可采用钢筋混凝土屋面梁。在面梁。在6-86-8度地震区可采用预应力混凝土或钢筋混凝土度地震区可采用预应力混凝土或钢筋混凝土屋架，但在屋架，但在8 8度区度区、类场地和类场地和9 9度区，或屋架跨度大于度区，或屋架跨度大于24m24m时，宜采用钢屋架。时，宜采用钢屋架。柱距为柱距为12m时，可采用预应力混凝土托架时，可采用预应力混凝土托架(梁梁)；当采；当采用钢屋架时，亦可采用钢托架用钢屋架时，亦可采用钢托架(梁梁)。有突出屋面天窗架的屋盖不宜采用预应力混凝土或有突出屋面天窗架的屋盖不宜采用预应力混凝土或钢筋混凝土空腹屋架。钢筋混凝土空腹屋架。第29页/共103页4厂房厂房柱的设置柱的设置柱子的结构形式，在柱子的结构形式，在8 8、9 9度地震区宜采用矩形、工字度地震区宜采用矩形、工字形或斜腹杆双肢柱，不宜采用薄壁工字形柱、腹板开孔柱、形或斜腹杆双肢柱，不宜采用薄壁工字形柱、腹板开孔柱、预制腹板的工字形柱和管柱，也不宜采用平腹杆双肢柱。预制腹板的工字形柱和管柱，也不宜采用平腹杆双肢柱。柱底至室内地坪以上柱底至室内地坪以上500mm范围内和阶形柱的上柱宜范围内和阶形柱的上柱宜采用矩形截面，以增强这些部位的抗剪能力。采用矩形截面，以增强这些部位的抗剪能力。第30页/共103页7.2.2单层钢结构厂房的一般规定单层钢结构厂房的一般规定单层钢结构厂房(不含轻型钢结构厂房)抗震设计结构布置的总原则与钢筋混凝土柱厂房相同。厂房的横向抗侧力体系可采用屋盖横梁与柱顶刚接或铰接的框架、门式刚架。悬壁柱或其他结构体系，纵向可采用柱间支撑，条件受限制时也可采用刚架结构。构件在可能产生塑性铰的最大应力区内，应避免焊接接头，对于厚度大、无法采用螺栓连接者，可采用对焊焊缝等强度连接。屋盖横梁与柱顶铰接时，宜采用螺栓连接，刚接框架的屋架上弦与柱相连的连接板，不应出现塑性变形。第31页/共103页柱间支撑杆件应采用整根材料，超过材料长度最大规格时可采用对焊焊缝等强度连接；柱间支撑与构件的连接，不应小于支撑杆件塑性承载力的1.2倍。当横梁为实腹梁时，梁与柱连接及梁与梁拼接的受弯、受剪极限承载力应能分别承受梁全截面屈服时受弯、受剪承载力的1.2倍。第32页/共103页723单层砖柱厂房的一般规定单层砖柱厂房的一般规定单层砖柱厂房抗震设计的一般规定主要有：单层砖柱厂房适用范围限定为单跨或等 高多跨且无桥式吊车的车间、仓库等中小型厂房，68度时跨度不大于15m且柱顶标高不大于6.6m，9度时跨度不大于12m且柱顶标高不大于4.5m。由于采用轻型屋盖震害较轻，规定68度时宜采用、9度时应采用轻型屋盖(即：木屋盖和轻钢屋架、压型钢板、瓦楞铁、石棉瓦屋面的屋盖)。单层砖柱厂房结构平、立面布置宜符合721节的有关规定，但其中防震缝的要求有所不同：采用轻型屋盖时可不设缝，采用钢筋混凝土屋盖时缝宽可取5070mm，防震缝处要设双柱或双墙。第33页/共103页 为使柱能达到不同烈度时的抗震要求，8、9度时应采用组合砖柱，且中柱在8度、类场地和9度时宜采用钢筋混凝土柱，6、7度时可采用十字形截面的无筋砖柱。为增强纵向抗震能力，在纵向柱列柱间可砌筑与柱等高且整体连接的砖墙并设置砖墙基础，以代替柱间支撑。无此砖墙时，要在砖柱顶部设压杆。厂房两端应设承重山墙，天窗不应通到厂房单元端开间，且不应用端砖壁承重。第34页/共103页2厂抗震计算的一般原则 厂房抗震计算时，应根据屋盖高差和吊车设置情况，分别采用单质点、双质点或多质点模型计算地震作用。有吊车的厂房，当按平面框(排)架进行抗震计算时，对设置一层吊车的厂房，在每跨可取两台吊车，多跨时不多于四台。当按空间框架进行抗震计算时，吊车取实际台数。抗震规范规定，对于设防烈度7度，、类场地，柱高不超过l0m且结构单元两端均有山墙的单跨及等高多跨厂房(锯齿形厂房除外)，当按抗震规范的规定采取抗震构造措施时，可不进行横向及纵向的截面抗震验算。第35页/共103页 沿厂房横向的主要抗侧力构件是由柱、屋架(屋面梁)组成的排架和刚性横墙；沿厂房纵向的主要抗侧力构件是由柱、柱间支撑、吊车梁、连系梁组成的柱列和刚性纵墙。一般单层厂房需要进行水平地震作用下的横向和纵向抗侧力构件的抗震强度验算。第36页/共103页横向抗震计算横向抗震计算1计算方法的选择计算方法的选择厂房的横向地震作用计算可采用以下三种方法：1）混凝土无檩和有檩屋盖厂房，一般情况下，宜计及屋盖的横向弹性变形，按多质点空间结构分析(图7-7)。2）混凝土无檩和有檩屋盖厂房，当符合下列条件时，可采用平面排架计算柱的地震剪力和弯矩，但要进行考虑空间作用和扭转影响的调整。第37页/共103页7度和8度；厂房单元屋盖长度与总跨度之比小于8或厂房总跨度大于12m(其中屋盖长度指山墙到山墙的间距，仅一端有山墙时，应取所考虑排架至山墙的距离；高低跨相差较大的不等高厂房，总跨度可不包括低跨)；山墙的厚度不小于240mm，开洞所占的水平截面积不超过总面积的50，并与屋盖系统有良好的连接；柱顶高度不大于15m。对于9度区的单层钢筋混凝土柱厂房，由于砌体墙的开裂，空间作用影响明显减弱，可不考虑调整。3）轻型屋盖（屋面为压型钢板，楞铁，石棉瓦等有檩屋盖）厂房，柱距相等时，可按平面排架计算。第38页/共103页图7-7多质点空间结构分析模型第39页/共103页 平面排架计算法是一种简化计算方法，便于手算，以下主要介绍按平面排架计算的方法。等高排架可简化为单自由度体系，如图7-10所示。不等高排架，可按不同高度处屋盖的数量和屋盖之间的连接方式，简化成多自由度体系。例如，当屋盖位于两个不同高度处时，可简化为二自由度体系，如图7-11所示。图7-12示出了在三个高度处有屋盖时的计算简图。应注意的是，在图7-12中，当H1=H2时，仍为三质点体系。2计算简图计算简图第40页/共103页图7-10等高排架的计算简图图7-11不等高排架的计算简图（二质点体系）图7-12不等高排架的计算简图（三质点体系）第41页/共103页3单层厂房的质量集中单层厂房的质量集中房屋的质量一般是分布的。当采用有限自由度模型时，房屋的质量一般是分布的。当采用有限自由度模型时，通常需把房屋的质量集中到楼盖或屋盖处；此时，当自由通常需把房屋的质量集中到楼盖或屋盖处；此时，当自由度数目较少时，特别是取单质点模型时，集中质量一般并度数目较少时，特别是取单质点模型时，集中质量一般并不是简单地把质量不是简单地把质量“就近就近”向楼盖向楼盖(屋盖屋盖)处堆成即可，若处堆成即可，若随意堆成则会引起较大的误差。将不同处的质量折算入总随意堆成则会引起较大的误差。将不同处的质量折算入总质量时需乘以的系数就是该处质量的质量时需乘以的系数就是该处质量的质量集中系数质量集中系数。集中集中质量一般位于屋架下弦质量一般位于屋架下弦(柱顶柱顶)处。处。第42页/共103页质量集中系数应根据一定的原则确定。质量集中系数应根据一定的原则确定。计算结构的动力特性时，应根据计算结构的动力特性时，应根据“周期等效周期等效”的原则；的原则；计算结构的地震作用时，对于排架柱应根据柱底计算结构的地震作用时，对于排架柱应根据柱底“弯矩弯矩相等相等”的原则；的原则；对于刚性剪力墙应根据墙底对于刚性剪力墙应根据墙底“剪力相等剪力相等”的原则，经过的原则，经过换算分析后确定。换算分析后确定。第43页/共103页现将单层排架厂房墙、柱、吊车梁等质量集中于屋架下弦处时的质量集中系数列于表7-3中。高低跨交接柱上高跨一侧的吊车梁靠近低跨屋盖，而将其质量集中于低跨屋盖时，质量集中系数取1.0。表表73单层排架厂房的质量集中系数单层排架厂房的质量集中系数第44页/共103页高低跨交接柱的高跨吊车梁的质量可集中到低跨屋盖，也可集中到高跨屋盖，应以就近集中为原则。当集中到低跨屋盖时，质量集中系数为1.0；当集中到高跨屋盖时，质量集中系数为0.5。吊车桥架对排架的自振周期影响很小。因此，在计算自振周期时可不考虑其对质点质量的贡献。这样做一般是偏于安全的。第45页/共103页确定厂房的地震作用时，对设有桥式吊车的厂房，除将厂房重力荷载按前述弯矩等效原则集中于屋盖标高处外，还应考虑吊车桥架的重力荷载（软钩吊车不考虑吊重，硬钩吊车尚应考虑最大吊重的30）。一般是把某跨吊车桥架的重力荷载集中于该跨任一柱吊车梁的顶面标高处。应注意的是这种模型仅在计算地震作用时才能采用，在计算结构的动力特性(如周期等)时，是不能采用这种模型的。这是因为吊车桥架是局部质量，此局部质量不能有效地对整体结构的动力特性产生明显的影响。第46页/共103页图7-13考虑吊车桥架重量的排架地震作用计算简图第47页/共103页自振周期自振周期T1的计算公式为：的计算公式为：（7-7）其中其中m为质量，为质量，K为刚度。为刚度。对多自由度体系，可用能量法计算基本自振周期对多自由度体系，可用能量法计算基本自振周期T1，公式，公式为：为：（7-8）其中，其中，mi和和Gi分别为第分别为第i质点的质量和重量，质点的质量和重量，ui为在全部为在全部Gi(i=1，n)沿水平方向的作用下第沿水平方向的作用下第i质点的侧移，质点的侧移，n为自由为自由度数。度数。4自振周期的计算自振周期的计算第48页/共103页抗震规范规定，按平面排架计算厂房的横向地震作用抗震规范规定，按平面排架计算厂房的横向地震作用时，排架的基本自振周期应考虑纵墙及屋架与柱连接的固时，排架的基本自振周期应考虑纵墙及屋架与柱连接的固结作用。结作用。因此，按上述公式算出的自振周期还应进行如下调整：因此，按上述公式算出的自振周期还应进行如下调整：由钢筋混凝土屋架或钢屋架与钢筋混凝土柱组成的排架，由钢筋混凝土屋架或钢屋架与钢筋混凝土柱组成的排架，有纵墙有纵墙时取周期计算值的时取周期计算值的80，无纵墙无纵墙时取时取90。第49页/共103页用底部剪力法计算地震作用时，总地震作用的标准值为：用底部剪力法计算地震作用时，总地震作用的标准值为：FEk=1Geq(7-9)其中，其中，1为相应于基本周期为相应于基本周期T1的地震影响系数；的地震影响系数；Geq为等为等效重力荷载代表值，单质点体系取全部重力荷载代表值，效重力荷载代表值，单质点体系取全部重力荷载代表值，多质点体系取全部重力荷载代表值的多质点体系取全部重力荷载代表值的85。当为二质点。当为二质点体系时，由于较为接近单质点体系，体系时，由于较为接近单质点体系，Geq也可取全部重力也可取全部重力荷载代表值的荷载代表值的95。3排架地震作用的计算排架地震作用的计算第50页/共103页质点质点i的水平地震作用标准值为的水平地震作用标准值为 (7-10)(7-10)其中，其中，Gi和和Hi分别为第分别为第i质点的重力荷载代表值和至柱底的质点的重力荷载代表值和至柱底的距离，距离，n为体系的自由度数目。求出各质点的水平地震作为体系的自由度数目。求出各质点的水平地震作用后，就可用结构力学方法求出相应的排架内力。底部剪用后，就可用结构力学方法求出相应的排架内力。底部剪力法的缺点是很难反映高振型的影响。对于高振型厂房而力法的缺点是很难反映高振型的影响。对于高振型厂房而言，可采用振型分解反应谱法。言，可采用振型分解反应谱法。第51页/共103页在求得地震作用后，便可将作用于排架上的Fi，视为静力荷载，作用于排架相应的i点，如图7-14所示。6排架地震作用效应的计算及调整排架地震作用效应的计算及调整图7-14排架地震作用计算简图第52页/共103页按结构力学的方法对此平面排架进行内力分析，求出按结构力学的方法对此平面排架进行内力分析，求出各柱控制截面的地震作用效应，并将此简化结果作如下修各柱控制截面的地震作用效应，并将此简化结果作如下修正：正：（1）考虑空间工作及扭转影响对柱考虑空间工作及扭转影响对柱(除高低跨交接处外除高低跨交接处外)地震作用效应的调整；地震作用效应的调整；（2）高低跨交接处上柱地震作用效应的调整；高低跨交接处上柱地震作用效应的调整；（3）吊车桥架引起的地震作用效应增大系数。吊车桥架引起的地震作用效应增大系数。第53页/共103页1）7度和度和8度；度；2)厂房单元屋盖长度与总跨度之比小于厂房单元屋盖长度与总跨度之比小于8或厂房总跨度大于或厂房总跨度大于12m(其中屋盖长度指山墙到山墙的间距，仅一端有山墙时，应取所考其中屋盖长度指山墙到山墙的间距，仅一端有山墙时，应取所考虑排架至山墙的距离；高低跨相差较大的不等高厂房，总跨度可虑排架至山墙的距离；高低跨相差较大的不等高厂房，总跨度可不包括低跨不包括低跨)；规范规定，对于钢筋混凝土屋盖的单层钢筋混凝土柱厂房，按规范规定，对于钢筋混凝土屋盖的单层钢筋混凝土柱厂房，按上述方法确定基本自振周期且按平面排架计算排架柱的地震剪力和上述方法确定基本自振周期且按平面排架计算排架柱的地震剪力和弯矩，当符合下列要求时，可考虑空间工作和扭转影响：弯矩，当符合下列要求时，可考虑空间工作和扭转影响：3)山墙的厚度不小于山墙的厚度不小于240mm，开洞所占的水平截面积不超过总面，开洞所占的水平截面积不超过总面积的积的50，并与屋盖系统有良好的连接；，并与屋盖系统有良好的连接；4)柱顶高度不大于柱顶高度不大于15m。（1）考虑空间工作及扭转影响对柱考虑空间工作及扭转影响对柱(除高低跨交接处外除高低跨交接处外)地震作地震作用效应的调整用效应的调整单层厂房的排架柱、山墙和屋盖连成一个空间受力体系，在地单层厂房的排架柱、山墙和屋盖连成一个空间受力体系，在地震作用下共同工作。震作用下共同工作。第54页/共103页当符合上述要求时，为考虑空间作用和扭转影响，排架柱的弯矩和当符合上述要求时，为考虑空间作用和扭转影响，排架柱的弯矩和剪力应分别乘以相应的调整系数剪力应分别乘以相应的调整系数(高低跨交接处的上柱除外高低跨交接处的上柱除外)，调整，调整系数的值可按表系数的值可按表74采用。采用。表表7-4 7-4 钢筋混凝土柱（除高低跨交接处上柱外）考虑空间作用钢筋混凝土柱（除高低跨交接处上柱外）考虑空间作用和扭转影响的效应调整系数和扭转影响的效应调整系数 第55页/共103页（2）高低跨交接处上柱地震作用效应的调整）高低跨交接处上柱地震作用效应的调整不等高厂房高低跨交接处柱，在支承低跨屋盖的牛腿以上各截不等高厂房高低跨交接处柱，在支承低跨屋盖的牛腿以上各截面按底部剪力法求得的地震弯矩和剪力应乘以增大系数面按底部剪力法求得的地震弯矩和剪力应乘以增大系数。第56页/共103页因此，抗震规范规定，高低跨交接处的钢筋混凝土因此，抗震规范规定，高低跨交接处的钢筋混凝土柱的支承低跨屋盖牛腿以上各截面，按底部剪力法求柱的支承低跨屋盖牛腿以上各截面，按底部剪力法求得的地震弯矩和剪力应乘以增大系数得的地震弯矩和剪力应乘以增大系数，其值可按下式，其值可按下式采用：采用：其中其中可按表可按表7-7采用；采用；nb为高跨的跨数；为高跨的跨数；no为计算跨数，仅一侧有低跨时应取总跨数，两侧为计算跨数，仅一侧有低跨时应取总跨数，两侧均有低跨时应取总跨数与高跨跨数之和；均有低跨时应取总跨数与高跨跨数之和；GEI为集中于交接处一侧各低跨屋盖标高处的总重力为集中于交接处一侧各低跨屋盖标高处的总重力荷载代表值；荷载代表值；GEh为集中于高跨柱顶标高处的总重力荷载代表值。为集中于高跨柱顶标高处的总重力荷载代表值。第57页/共103页表表7-5高低跨交接处钢筋混凝土上柱空间工作影响系数高低跨交接处钢筋混凝土上柱空间工作影响系数z z第58页/共103页吊车桥架是一个较大的移动质量，在地震时往往吊车桥架是一个较大的移动质量，在地震时往往引起厂房的强烈局部振动。因此，应考虑吊车桥架自引起厂房的强烈局部振动。因此，应考虑吊车桥架自重引起的地震作用效应，并乘以效应增大系数。重引起的地震作用效应，并乘以效应增大系数。（3）吊车桥架引起的地震作用效应增大系数）吊车桥架引起的地震作用效应增大系数第59页/共103页v注意：注意：对有吊车的厂房，应将吊车梁顶面标高处的上柱截面内力对有吊车的厂房，应将吊车梁顶面标高处的上柱截面内力乘以吊车桥架引起的地震作用效应增大系数。乘以吊车桥架引起的地震作用效应增大系数。因为在单层厂房中，吊车是一个较大的移动质量，地震时它将因为在单层厂房中，吊车是一个较大的移动质量，地震时它将引起厂房的强烈局部振动，从而使吊车桥架所在的排架的地震作用引起厂房的强烈局部振动，从而使吊车桥架所在的排架的地震作用效应突出地增大，造成局部严重破坏，为了防止这种震害的发生，效应突出地增大，造成局部严重破坏，为了防止这种震害的发生，特将吊车桥架引起的地震作用效应予以放大。特将吊车桥架引起的地震作用效应予以放大。表表7-6吊车桥架引起的地震剪力和弯矩增大系数吊车桥架引起的地震剪力和弯矩增大系数 第60页/共103页(1)内力组合内力组合在抗震设计中，地震作用效应组合，是指与地震作用同时存在在抗震设计中，地震作用效应组合，是指与地震作用同时存在的其他重力荷载代表值引起的荷载效应的不利组合。在单层厂房排的其他重力荷载代表值引起的荷载效应的不利组合。在单层厂房排架的地震作用效应组合中，架的地震作用效应组合中，一般不考虑风荷载效应，不考虑吊车横一般不考虑风荷载效应，不考虑吊车横向水平制动力引起的内力，也不考虑竖向地震作用。向水平制动力引起的内力，也不考虑竖向地震作用。从而可得单层从而可得单层厂房的地震作用效应组合的表达式为：厂房的地震作用效应组合的表达式为：7排架内力组合和构件强度验算排架内力组合和构件强度验算其中，其中，G和和Eh分别为重力荷载代表值和水平地震作用的分项分别为重力荷载代表值和水平地震作用的分项系数；系数；CG和和CEh分别为重力荷载代表值和水平地震作用的效应分别为重力荷载代表值和水平地震作用的效应 系数；系数；GE和和Ehk分别为重力荷载代表值和水平地震作用。分别为重力荷载代表值和水平地震作用。v这种地震荷载效应组合再与其他规定的荷载效应组合一起进行这种地震荷载效应组合再与其他规定的荷载效应组合一起进行最不利组合。显然，当地震作用效应组合引起的内力小于非抗震最不利组合。显然，当地震作用效应组合引起的内力小于非抗震荷载组合时的内力时，后者应控制设计。荷载组合时的内力时，后者应控制设计。第61页/共103页排架柱一般按偏心受压构件验算其截面承载力。验算的一排架柱一般按偏心受压构件验算其截面承载力。验算的一般表达式为般表达式为其中，其中，S为截面的作用效应；为截面的作用效应；R为相应的承载力设计值；为相应的承载力设计值；RE为承载力抗震调整系数，为承载力抗震调整系数，可按建筑抗震设计规范可按建筑抗震设计规范(GB5001-2001)表表5.4.2(本书表本书表3-13)取用。取用。两个主轴方向柱距均不小于两个主轴方向柱距均不小于12m、无桥式吊车且无柱间支、无桥式吊车且无柱间支撑的大柱网厂房，柱截面验撑的大柱网厂房，柱截面验算时应同时考虑两个主轴方向的水算时应同时考虑两个主轴方向的水平地震作用，并应考虑位移引起的附加弯矩。平地震作用，并应考虑位移引起的附加弯矩。8度和度和9度时，高大山墙的抗风柱应进行平面外的截面抗震度时，高大山墙的抗风柱应进行平面外的截面抗震验算。验算。(2)柱的截面抗震验算柱的截面抗震验算第62页/共103页为防止高低跨交接处支承低跨屋盖的牛腿在地震中竖为防止高低跨交接处支承低跨屋盖的牛腿在地震中竖向拉裂向拉裂(如图如图7-13所示所示)，应按下式确定牛腿的水平受拉钢，应按下式确定牛腿的水平受拉钢筋截面面积筋截面面积As：其中，其中，NG为柱牛腿面上重力荷载代表值产生的压力设计为柱牛腿面上重力荷载代表值产生的压力设计值；值；为牛腿面上重力作用点至下柱近侧边缘的距离，为牛腿面上重力作用点至下柱近侧边缘的距离，当小于当小于0.3h0时采用时采用0.3h0；h0为牛腿根部截面为牛腿根部截面(最大竖向截面最大竖向截面)的有效高度；的有效高度；NE为柱牛腿面上地震组合的水平拉力设计值：为柱牛腿面上地震组合的水平拉力设计值：RE为承载力抗震调整系数，其值可采用为承载力抗震调整系数，其值可采用1.0。(3)支承低跨屋盖牛腿的水平受拉钢筋抗震验算支承低跨屋盖牛腿的水平受拉钢筋抗震验算第63页/共103页图7-17支承低跨屋盖的柱牛腿第64页/共103页当抗风柱与屋架下弦相连接时，连接点应设在下弦横当抗风柱与屋架下弦相连接时，连接点应设在下弦横向支撑的节点处，并且应对下弦横向支撑杆件的截面和连向支撑的节点处，并且应对下弦横向支撑杆件的截面和连接节点进行抗震承载力验算。接节点进行抗震承载力验算。当工作平台和刚性内隔墙与厂房主体结构连接时，应当工作平台和刚性内隔墙与厂房主体结构连接时，应采用与厂房实际受力相适应的计算简图，以考虑工作平台采用与厂房实际受力相适应的计算简图，以考虑工作平台和刚性内隔墙对厂房的附加地震作用影响。和刚性内隔墙对厂房的附加地震作用影响。(4)其他部位的抗震验算其他部位的抗震验算第65页/共103页实际震害表明，突出屋面的钢筋混凝土天窗架，其横实际震害表明，突出屋面的钢筋混凝土天窗架，其横向的损坏并不明显，计算分析表明，常用的钢筋混凝土带向的损坏并不明显，计算分析表明，常用的钢筋混凝土带斜