單層廠房抗震設(shè)計(jì)

1、第7章 單層廠房抗震設(shè)計(jì)7.1 震害分析和其他結(jié)構(gòu)相比較, 單層廠房的震害總的來說較輕, 且主要是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞。圍護(hù)墻實(shí)際上起到了承受和傳遞水平地震力的作用，其剛度和質(zhì)量分布對(duì)廠房的動(dòng)力反應(yīng)有很大影響。震害調(diào)查表明，圍護(hù)墻布置不合理是造成廠房震害的重要原因之一，且大型墻板的震害明顯輕于砌體墻。例如海城紡織機(jī)械廠和營(yíng)口中板廠都因墻體和柱拉結(jié)不良而在地震時(shí)發(fā)生墻面大片倒塌的現(xiàn)象（圖7-1）。 廠房的山墻也易倒塌。 如果山墻上直接鋪有屋面板, 山墻的倒塌也引起有關(guān)屋面板的墜落。圖7-1 中板廠震害P型天窗是廠房抗震的薄弱部位，在6度區(qū)就有震害的實(shí)例。震害主要表現(xiàn)為支撐桿件失穩(wěn)彎曲，支撐與天窗立柱連

2、接節(jié)點(diǎn)被拉脫，天窗立柱根部開裂或折斷等。這是因?yàn)镻型天窗位于廠房最高部位，地震效應(yīng)大。在大型屋面板屋蓋中，如屋面板與屋架或屋面梁焊接不牢，地震時(shí)往往造成屋面板錯(cuò)動(dòng)滑落，甚至引起屋架的失穩(wěn)倒塌。歷次地震的震害調(diào)查表明，廠房受縱向水平地震作用時(shí)的破壞程度重于受橫向地震作用時(shí)的破壞程度。主要的破壞形式有：(1) 天窗兩側(cè)豎向支撐斜桿拉斷，節(jié)點(diǎn)破壞，天窗架沿廠房縱向傾斜，甚至倒下砸塌屋蓋。(2) 屋面板與屋架的連接焊縫剪斷，屋面板從屋架上滑脫墜地。屋蓋的縱向地震力是通過屋面板焊縫從屋架中部向屋架的兩端傳遞的，屋架兩端的剪力最大。因此，屋架的震害主要是端頭混凝土酥裂掉角、支撐大型屋面板的支墩折斷、端節(jié)間

3、上弦剪斷等。(3) 在設(shè)有柱間支撐的跨間，由于其剛度大，屋架端頭與屋面板邊肋連接點(diǎn)處的剪力最為集中，往往首先被剪壞；這使得縱向地震力的傳遞轉(zhuǎn)移到內(nèi)肋，導(dǎo)致屋架上弦受到過大的縱向地震力而破壞。當(dāng)縱向地震力主要由支撐傳遞時(shí)，若支撐數(shù)量不足或布置不當(dāng)，會(huì)造成支撐的失穩(wěn)，引起屋面的破壞或屋蓋的倒塌。另外，柱根處也會(huì)發(fā)生沿廠房縱向的水平斷裂。(4) 縱向圍護(hù)磚墻出現(xiàn)斜裂縫。作為主要受力構(gòu)件的柱，由于其在設(shè)計(jì)中考慮了水平力的作用，故從整體上看，在7度區(qū)一般無震害，在8度和9度區(qū)出現(xiàn)裂縫，僅在烈度為10度的區(qū)域才有少數(shù)的倒塌。但柱的局部震害則較常見，主要有：（1）上柱柱身變截面處酥裂或折斷（圖7-2）。（2

4、）柱頂與屋面梁的連接處由于受力復(fù)雜易發(fā)生剪裂、壓酥、拉裂或錨筋拔出、鋼筋彎折等震害。（3）由于高振型的影響，高低跨兩個(gè)屋蓋產(chǎn)生相反方向的運(yùn)動(dòng)，使中柱柱肩產(chǎn)生豎向拉裂（圖7-3）。（4）下柱下部出現(xiàn)橫向裂縫或折斷，后者會(huì)造成倒塌等嚴(yán)重后果。（5）柱間支撐產(chǎn)生壓屈。圖7-2 上柱根部水平裂縫例如, 位于8度區(qū)的營(yíng)口中板廠軋鋼車間, 其柱子主要是雙肢管柱, 局部為工字形鋼筋混凝土柱。 地震后, 位于標(biāo)高9米圈梁以上的縱墻幾乎通長(zhǎng)倒塌, 吊車梁附近管柱有破壞, 個(gè)別柱的柱根有細(xì)裂縫。腹板開口的工字形柱和平腹桿雙肢柱的抗側(cè)剛度較差，在水平地震力作用下，側(cè)向位移較大，腹板或平腹桿處常發(fā)生剪切破壞。圖7-3

5、 柱肩豎向裂縫 磚柱廠房的抗震性能遠(yuǎn)不如鋼筋混凝土廠房。其屋蓋的震害現(xiàn)象有：屋面的瓦下滑和掉落；冷攤瓦屋面的木屋架沿廠房縱向向一側(cè)傾斜；木屋架及其氣樓間的豎向交叉支撐或結(jié)點(diǎn)拉脫，或木桿件被拉斷；重屋蓋的天窗兩側(cè)豎向支撐或結(jié)點(diǎn)拉脫，或鋼桿件被壓屈。磚柱的震害現(xiàn)象有：內(nèi)部獨(dú)立磚柱在底部發(fā)生水平裂縫；柱頂混凝土墊塊底面出現(xiàn)水平裂縫，少數(shù)發(fā)生錯(cuò)位；高低跨磚柱上柱水平折斷，或是支承低跨屋架的柱肩產(chǎn)生豎向裂縫。墻體的震害主要有：山墻外傾，檁條由墻頂拔出，嚴(yán)重時(shí)山墻尖向外傾倒，端開間屋面局部塌落；外縱墻在窗臺(tái)高度處出現(xiàn)細(xì)微水平裂縫，較嚴(yán)重時(shí)水平折斷，并常伴有壁柱磚塊局部壓碎崩落，更嚴(yán)重時(shí)整個(gè)廠房橫向傾倒。7

6、.2 抗震設(shè)計(jì)7.2.1 設(shè)計(jì)原則1. 結(jié)構(gòu)布置和選型（1） 平面布置和抗側(cè)力結(jié)構(gòu)形式首先，廠房的結(jié)構(gòu)布置應(yīng)合理。廠房的平面應(yīng)盡可能對(duì)稱，以避免顯著的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；平面復(fù)雜時(shí)，應(yīng)設(shè)防震縫隔成簡(jiǎn)單對(duì)稱的形狀。在廠房縱橫跨交接處，以及對(duì)大柱網(wǎng)廠房等可不設(shè)柱間支撐的廠房，防震縫寬度可采用100150mm，其他情況可采用5090mm。在豎向應(yīng)減少剛度突變，各跨的高度應(yīng)盡可能相同。兩個(gè)主廠房之間的過渡跨至少應(yīng)有一側(cè)采用防震縫與主廠房脫開。廠房?jī)?nèi)用于進(jìn)入吊車的鐵梯不應(yīng)靠近防震縫設(shè)置；多跨廠房各跨上吊車的鐵梯不宜設(shè)置在同一橫向軸線附近。工作平臺(tái)宜與廠房主體結(jié)構(gòu)脫開。廠房的同一結(jié)構(gòu)單元內(nèi)不應(yīng)采用不同的結(jié)構(gòu)型式，不

7、應(yīng)采用橫墻和排架混合承重。廠房各柱列的側(cè)移剛度宜均勻。天窗是薄弱環(huán)節(jié)，它削弱屋蓋的整體剛度。從抗震的角度，天窗在縱向的起始部位應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離伸縮縫區(qū)段（廠房單元）的端部。8度和9度時(shí)宜從廠房單元端部第三柱間開始設(shè)置。廠房的橫向抗側(cè)力體系常為屋蓋橫梁（屋架）與柱鉸接的排架形式。鋼柱廠房也可采用屋蓋橫梁與柱頂剛接的框架形式。其他還有門式剛架等結(jié)構(gòu)體系。廠房的縱向抗側(cè)力體系，是由縱向柱列形成的排架、柱間支撐和縱墻共同組成。鋼柱廠房的縱向抗側(cè)力體系宜采用柱間支撐，條件限制時(shí)也可采用剛架結(jié)構(gòu)。單層磚柱廠房是由磚墻（帶或不帶壁柱）、磚柱承重的單跨和多跨單層房屋。其跨度一般約為515m，個(gè)別達(dá)18m。有的廠房

8、還設(shè)有5t以下的小噸位吊車，此時(shí)磚柱為變截面階形柱。屋蓋結(jié)構(gòu)分為重、輕兩類。重屋蓋是指采用鋼筋混凝土實(shí)腹梁或屋架，上覆鋼筋混凝土槽形板或大型屋面板。輕型屋蓋是指木屋蓋和輕鋼屋架、瓦楞鐵、石棉瓦屋面的屋蓋。磚柱廠房由于造價(jià)低廉和施工方便，仍將被一些中小型企業(yè)采用。雖然就材料而言，其抗震性能不如鋼筋混凝土，但只要在其材料許可的范圍內(nèi)精心合理設(shè)計(jì)，仍可建造出具有相當(dāng)抗震能力的廠房結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)布置上，平面形狀力求規(guī)整，不規(guī)整時(shí)應(yīng)采用防震縫分成規(guī)整形狀。一般應(yīng)為單跨或等高多跨，以避免高振型的不利影響。68度時(shí)，跨度不宜大于15m且柱頂標(biāo)高不宜大于6.6m，且宜采用輕型屋蓋； 9度時(shí)跨度不宜大于12m且柱

9、頂標(biāo)高不宜大于4.5m，且應(yīng)采用輕型屋蓋。有抗震要求時(shí)一般不宜有橋式吊車。磚柱廠房?jī)啥司鶓?yīng)設(shè)置承重山墻。其縱、橫向內(nèi)隔墻宜做成抗震墻，非承重橫隔墻和非整體砌筑且不到頂?shù)目v向隔墻宜采用輕質(zhì)墻；當(dāng)采用非輕質(zhì)墻時(shí)，應(yīng)考慮隔墻對(duì)柱及其與屋架（梁）連接節(jié)點(diǎn)的附加地震剪力。獨(dú)立的縱、橫隔墻應(yīng)采用措施保證其平面外的穩(wěn)定性，且頂部應(yīng)設(shè)置現(xiàn)澆鋼筋混凝土壓頂梁。磚柱廠房的防震縫設(shè)置應(yīng)符合下列要求：（1）輕型屋蓋廠房可不設(shè)防震縫；（2）鋼筋混凝土屋蓋廠房與貼建的建（構(gòu)）筑物間宜設(shè)防震縫，其寬度可采用5070mm；（3）防震縫處宜設(shè)置雙柱或雙墻。磚柱廠房縱向的獨(dú)立磚柱柱列，可在柱間設(shè)置與柱等高的抗震墻來承受縱向地震作

10、用。磚抗震墻應(yīng)與柱同時(shí)咬搓砌筑，并應(yīng)設(shè)置基礎(chǔ)；未設(shè)磚抗震墻的柱頂應(yīng)設(shè)通長(zhǎng)水平壓桿。（2） 支撐的布置應(yīng)合理地布置支撐，使廠房形成空間傳力體系。柱間支撐除在廠房縱向的中部設(shè)置外，有吊車時(shí)或8度和9度時(shí)尚宜在廠房單元兩端增設(shè)上柱支撐；8度且跨度不小于18m的多跨廠房中柱和9度時(shí)多跨廠房的各柱，宜在縱向設(shè)置柱頂通長(zhǎng)水平壓桿（圖7-4），此壓桿可與梯形屋架支座處通長(zhǎng)水平系桿合并設(shè)置，鋼筋混凝土系桿端頭與屋架間的空隙應(yīng)采用混凝土填實(shí)。廠房單元較長(zhǎng)時(shí)，或8度III、IV類場(chǎng)地和9度時(shí)，可在廠房單元中部1/3區(qū)段內(nèi)設(shè)置兩道柱間支撐，且下柱支撐應(yīng)與上柱支撐配套設(shè)置。圖7-4 柱間支撐有檁屋蓋的支撐布置應(yīng)符合表

11、7-1的要求。 無檁屋蓋的支撐布置應(yīng)符合表7-2的要求；8度和9度跨度不大于15m的屋面梁屋蓋，可僅在廠房單元兩端各設(shè)豎向支撐一道。表7-1 有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廠房單元端開間各設(shè)一道廠房單元端開間及廠房單元長(zhǎng)度大于66m的柱間支撐開間各設(shè)一道；天窗開洞范圍的兩端各增設(shè)局部的支撐一道。廠房單元端開間及廠房單元長(zhǎng)度大于42m的柱間支撐開間各設(shè)一道；天窗開洞范圍的兩端各增設(shè)局部的上弦橫向支撐一道。下弦橫向支撐同非抗震設(shè)計(jì)跨中豎向支撐端部豎向支撐屋架端部高度大于900mm時(shí)，廠房單元端開間及柱間支撐開間各設(shè)一道。天窗架支撐上弦橫向支撐廠房單元天窗端開間各設(shè)一道

12、廠房單元天窗端開間及每隔30m各設(shè)一道廠房單元天窗端開間及每隔18m各設(shè)一道兩側(cè)豎向支撐廠房單元天窗端開間及每隔36m各設(shè)一道表7-2 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屋架跨度小于18m時(shí)同非抗震設(shè)計(jì)，跨度不小于18m時(shí)在廠房單元端開間各設(shè)一道廠房單元端開間及柱間支撐開間各設(shè)一道，天窗開洞范圍的兩端各增設(shè)局部的支撐一道上弦通長(zhǎng)水平系桿同非抗震設(shè)計(jì)沿屋架跨度不大于15m設(shè)一道，但裝配整體式屋面可不設(shè)；圍護(hù)墻在屋架上弦高度有現(xiàn)澆圈梁時(shí)，其端部處可不另設(shè)沿屋架跨度不大于12m設(shè)一道，但裝配整體式屋面可不設(shè)；圍護(hù)墻在屋架上弦高度有現(xiàn)澆圈梁時(shí)，其端部處可不另設(shè)下弦橫向支撐同非

13、抗震設(shè)計(jì)同上弦橫向支撐跨中豎向支撐兩端豎向支撐屋架端部高度£900mm廠房單元端開間各設(shè)一道廠房單元端開間及每隔48m各設(shè)一道屋架端部高度>900mm廠房單元端開間各設(shè)一道廠房單元端開間及柱間支撐開間各設(shè)一道廠房單元端開間、柱間支撐開間及每隔30m各設(shè)一道天窗架支撐天窗兩側(cè)豎向支撐廠房單元天窗端開間及每隔30m各設(shè)一道廠房單元天窗端開間及每隔24m各設(shè)一道廠房單元天窗端開間及每隔18m各設(shè)一道上弦橫向支撐同非抗震設(shè)計(jì)天窗跨度³9m時(shí)，廠房單元天窗端開間及柱間支撐開間各設(shè)一道廠房單元端開間及柱間支撐開間各設(shè)一道上“屋面”一詞，上次錯(cuò)印為“屋里”木屋蓋的支撐布置，宜符合表

14、73的要求。鋼屋架、瓦楞鐵、石棉瓦等屋面的支撐可按表中無望板屋蓋的規(guī)定設(shè)置，不應(yīng)在端開間設(shè)置下弦水平系桿與山墻連接；支撐與屋架或天窗架應(yīng)采用螺栓連接；木天窗架的邊柱，宜采用通長(zhǎng)木夾板或鐵板、螺栓加強(qiáng)柱與屋架上弦的連接。表73 木屋蓋的支撐布置支撐名稱烈度6、789各類屋蓋滿鋪望板稀鋪望板或無望板滿鋪望板稀鋪望板或無望板無天窗有天窗屋架支撐上弦橫向支撐同非抗震設(shè)計(jì)房屋單元兩端天窗開洞范圍內(nèi)各設(shè)一道屋架跨度大于6m時(shí)，房屋單元兩端第二開間及每隔20m設(shè)一道屋架跨度大于6m時(shí)，房屋單元兩端第二開間各設(shè)一道屋架跨度大于6m時(shí)，房屋單元兩端第二開間及每隔20m設(shè)一道下弦橫向支撐同非抗震設(shè)計(jì)屋架跨度大于6

15、m時(shí)，房屋單元兩端第二開間及每隔20m設(shè)一道跨中豎向支撐同非抗震設(shè)計(jì)隔間設(shè)置并加下弦通長(zhǎng)水平系桿天窗架支撐天窗兩側(cè)豎向支撐天窗兩端第一開間各設(shè)一道天窗兩端第一開間及每隔20m左右各設(shè)一道上弦橫向支撐跨度較大的天窗，參照無天窗屋架的支撐布置（3） 圍護(hù)墻的布置圍護(hù)墻的布置應(yīng)盡量均勻、對(duì)稱。當(dāng)廠房的一端設(shè)縫而不能布置橫墻時(shí)，則另一端宜采用輕質(zhì)掛板山墻。多跨廠房的砌體圍護(hù)墻宜采用外貼式，不宜采用嵌砌式。否則，邊柱列（嵌砌有墻）與中柱列（一般只有柱間支撐）的剛度相差懸殊，導(dǎo)致邊跨屋蓋因扭轉(zhuǎn)效應(yīng)過大而發(fā)生震害。廠房?jī)?nèi)部有砌體隔墻時(shí)，也不宜嵌砌于柱間，可采用與柱脫開或與柱柔性連接的構(gòu)造處理方法，以避免局部

16、剛度過大或形成短柱而引起震害。鋼結(jié)構(gòu)廠房的圍護(hù)墻，7、8度時(shí)宜采用輕質(zhì)墻板或與柱柔性連接的鋼筋混凝土墻板，不應(yīng)采用嵌砌砌體墻；8度時(shí)尚應(yīng)采取措施使墻體不妨礙廠房柱列沿縱向的水平位移；9度時(shí)宜采用輕質(zhì)墻板。單層鋼筋混凝土柱廠房的圍護(hù)墻宜采用輕質(zhì)墻板或鋼筋混凝土大型墻板，外側(cè)柱距為12m時(shí)應(yīng)采用輕質(zhì)墻板或鋼筋混凝土大型墻板；不等高廠房的高跨封墻和縱橫向廠房交接處的懸墻宜采用輕質(zhì)墻板，8、9度時(shí)應(yīng)采用輕質(zhì)墻板。廠房圍護(hù)墻、女兒墻的布置和構(gòu)造，應(yīng)符合有關(guān)對(duì)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震要求的規(guī)定。（4） 天窗架和屋架的選型天窗架宜采用突出屋面較小的避風(fēng)型天窗架，應(yīng)優(yōu)先選用抗震性能好的結(jié)構(gòu)。突出屋面的天窗宜采用鋼結(jié)構(gòu)，

17、68度時(shí)也可采用桿件截面為矩形的鋼筋混凝土天窗架。天窗的側(cè)板、端壁板與屋面板宜采用輕質(zhì)板材，不宜采用大型屋面板。有條件時(shí)或9度區(qū)最好不要采用突出屋面的P形天窗，而宜采用重心低的下沉式天窗。廠房宜采用鋼屋架或重心較低的預(yù)應(yīng)力混凝土、鋼筋混凝土屋架。當(dāng)跨度不大于15m時(shí)，可采用鋼筋混凝土屋面梁。在68度地震區(qū)可采用預(yù)應(yīng)力混凝土或鋼筋混凝土屋架，但在8度區(qū)III、IV類場(chǎng)地和9度區(qū)，或屋架跨度大于24m時(shí)，宜采用鋼屋架。柱距為12m時(shí)，可采用預(yù)應(yīng)力混凝土托架（梁）；當(dāng)采用鋼屋架時(shí)，亦可采用鋼托架（梁）。有突出屋面天窗架的屋蓋不宜采用預(yù)應(yīng)力混凝土或鋼筋混凝土空腹屋架。磚柱廠房的天窗不應(yīng)通至廠房單元的端

18、開間，且天窗不應(yīng)采用端磚壁承重。（5） 柱的選型柱子的結(jié)構(gòu)形式，在8、9度地震區(qū)宜采用矩形、工字形或斜腹桿雙肢柱，不宜采用薄壁工字形柱、腹板開孔柱、預(yù)制腹板的工字形柱和管柱，也不宜采用平腹桿雙肢柱。柱底至室內(nèi)地坪以上500mm范圍內(nèi)和階形柱的上柱宜采用矩形截面，以增強(qiáng)這些部位的抗剪能力。對(duì)磚柱廠房，6度和7度時(shí)，可采用十字形截面的無筋磚柱；8度和9度時(shí)應(yīng)采用組合磚柱，且中柱在8度III、IV類場(chǎng)地和9度時(shí)宜采用鋼筋混凝土柱。2. 抗震計(jì)算的一般原則7度I、II類場(chǎng)地，柱高不超過10m且結(jié)構(gòu)單元兩端均有山墻的單跨及等高多跨廠房（鋸齒形廠房除外），當(dāng)按抗震規(guī)范的規(guī)定采取抗震構(gòu)造措施時(shí)，可不進(jìn)行橫向

19、及縱向的截面抗震驗(yàn)算。廠房抗震計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)屋蓋高差和吊車設(shè)置情況，分別采用單質(zhì)點(diǎn)、雙質(zhì)點(diǎn)或多質(zhì)點(diǎn)模型計(jì)算地震作用。有吊車的廠房，當(dāng)按平面框（排）架進(jìn)行抗震計(jì)算時(shí)，對(duì)設(shè)置一層吊車的廠房，在每跨可取兩臺(tái)吊車，多跨時(shí)不多于四臺(tái)。當(dāng)按空間框架進(jìn)行抗震計(jì)算時(shí)，吊車取實(shí)際臺(tái)數(shù)。輕質(zhì)墻板或與柱柔性連接的預(yù)制鋼筋混凝土墻板，應(yīng)計(jì)入墻體的全部自重，但不應(yīng)計(jì)入剛度。與柱貼砌且與柱拉結(jié)的砌體圍護(hù)墻，應(yīng)計(jì)入全部自重，在平行于墻體方向計(jì)算時(shí)可計(jì)入等效剛度，其等效剛度系數(shù)可根據(jù)柱列側(cè)移的大小取0.20.6（詳見后）。一般單層廠房需要進(jìn)行水平地震作用下的橫向和縱向抗側(cè)力構(gòu)件的抗震強(qiáng)度驗(yàn)算。沿廠房橫向的主要抗側(cè)力構(gòu)件是由柱

20、、屋架（屋面梁）組成的排架和剛性橫墻；沿廠房縱向的主要抗側(cè)力構(gòu)件是由柱、柱間支撐、吊車梁、連系梁組成的柱列和剛性縱墻。在8度和9度地震區(qū)，對(duì)跨度大于24m的屋架，尚需考慮豎向地震作用。8度III、IV類場(chǎng)地和9度時(shí)，對(duì)高大的單層鋼筋混凝土柱廠房的橫向排架應(yīng)進(jìn)行彈塑性變形驗(yàn)算。按規(guī)范規(guī)定采取構(gòu)造措施的單層磚柱廠房，當(dāng)符合下列條件時(shí)，可不進(jìn)行橫向或縱向截面抗震驗(yàn)算：（1）7度I、II類場(chǎng)地，柱頂標(biāo)高不超過4.5m，且結(jié)構(gòu)單元兩端均有山墻的單跨及等高多跨磚柱廠房，可不進(jìn)行橫向和縱向抗震驗(yàn)算。（2）7度I、II類場(chǎng)地，柱頂標(biāo)高不超過6.6m，兩側(cè)設(shè)有厚度不小于240mm且開洞截面面積不超過50%的外縱

21、墻、結(jié)構(gòu)單元兩端均有山墻的單跨廠房，可不進(jìn)行縱向抗震驗(yàn)算。3. 單層廠房的質(zhì)量集中系數(shù)房屋的質(zhì)量一般是分布的。當(dāng)采用有限自由度模型時(shí)，通常需把房屋的質(zhì)量集中到樓蓋或屋蓋處；此時(shí)，當(dāng)自由度數(shù)目較少時(shí)，特別是取單質(zhì)點(diǎn)模型時(shí)，集中質(zhì)量一般并不是簡(jiǎn)單地把質(zhì)量“就近”向樓蓋（屋蓋）處堆，否則會(huì)引起較大的誤差。不同處的質(zhì)量折算入總質(zhì)量時(shí)需乘的系數(shù)就是該處質(zhì)量的質(zhì)量集中系數(shù)。集中質(zhì)量一般位于屋架下弦（柱頂）處。質(zhì)量集中系數(shù)應(yīng)根據(jù)一定的原則確定。例如，計(jì)算結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性時(shí)，應(yīng)根據(jù)“周期等效”的原則；計(jì)算結(jié)構(gòu)的地震作用時(shí)，對(duì)于排架柱應(yīng)根據(jù)柱底“彎矩相等”的原則，對(duì)于剛性剪力墻應(yīng)根據(jù)墻底“剪力相等”的原則，經(jīng)過換

22、算分析后確定。下面以柱和吊車梁為例說明質(zhì)量集中系數(shù)的確定方法。圖7-5 排架柱的質(zhì)量集中系數(shù)計(jì)算簡(jiǎn)圖取單跨對(duì)稱廠房排架柱，分別按多質(zhì)點(diǎn)體系和相應(yīng)的單質(zhì)點(diǎn)體系進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，如圖7-5所示。計(jì)算時(shí)，取柱和外貼墻沿高度的均布質(zhì)量3000）kg/m，屋蓋集中質(zhì)量M= （02），其中h為計(jì)算模型的高度（圖7-5）。圖7-5中等效多質(zhì)點(diǎn)體系中，m1= m2 = m3 =m4 = ，m5 = 。排架柱的側(cè)移剛度只考慮柱截面的彎曲變形剛度EI的影響。設(shè)單質(zhì)點(diǎn)系的等效集中質(zhì)量為，其中b即為分布質(zhì)量集中系數(shù)；當(dāng)按周期等效時(shí)，記b = bT；當(dāng)按地震內(nèi)力等效時(shí)，記b = bM。先計(jì)算周期等效時(shí)的分布質(zhì)量集中系數(shù)bT

23、。為此，使多質(zhì)點(diǎn)系與相應(yīng)的單質(zhì)點(diǎn)系的基本自振周期相等，即可求得bT如表7-4所示。表7-4 沿柱高的均布質(zhì)量按周期等效時(shí)的分布質(zhì)量集中系數(shù)bT01.02.0(kg/m)10000.2520.2470.24630000.2500.2470.246實(shí)際上，沿柱高的分布質(zhì)量是非均勻分布的，按此實(shí)際情況計(jì)算，bT的變化也較小。故近似取bT = 0.25。下面再計(jì)算地震內(nèi)力等效時(shí)的分布質(zhì)量集中系數(shù)bM。計(jì)算結(jié)果表明，按柱底彎矩等效時(shí)的分布質(zhì)量集中系數(shù)bM = 0.450.5；按柱底剪力等效時(shí)的分布質(zhì)量集中系數(shù)bV = 0.650.95。對(duì)于排架柱，抗彎強(qiáng)度計(jì)算是主要的，因此在計(jì)算地震內(nèi)力時(shí)，取沿柱高分布

24、質(zhì)量的集中系數(shù)b = bM = 0.5。類似地，柱身某處的集中質(zhì)量m（例如吊車梁），也應(yīng)經(jīng)換算后移至柱頂。相應(yīng)的計(jì)算簡(jiǎn)圖示于圖7-6。換算后的質(zhì)量記為bm。當(dāng)?shù)踯嚵焊叨认禂?shù)（吊車梁高度與柱頂高度之比）h = 0.750.80，屋蓋集中質(zhì)量M與吊車梁質(zhì)量m之比M/m = 04，上柱截面與下柱截面抗彎剛度之比EI1/EI2 = 0.51.0時(shí)，按周期等效算出的換算系數(shù)bT = 0.420.51，按柱底彎矩等效算出的換算系數(shù)bM = 0.770.81。因此，近似取bT = 0.5；取bM = 0.75。圖7-6 柱身集中質(zhì)量移至柱頂?shù)膿Q算現(xiàn)將單層排架廠房墻、柱、吊車梁等質(zhì)量集中于屋架下弦處時(shí)的質(zhì)量集

25、中系數(shù)匯總于表7-5。高低跨交接柱上高跨一側(cè)的吊車梁靠近低跨屋蓋而將其質(zhì)量集中于低跨屋蓋時(shí)，質(zhì)量集中系數(shù)取1.0。表7-5 單層排架廠房的質(zhì)量集中系數(shù)構(gòu)件類型計(jì)算階段彎曲型墻和柱剪切型墻柱上吊車梁計(jì)算自振周期時(shí)0.250.350.50計(jì)算地震作用效應(yīng)時(shí)0.500.700.757.2.2 橫向抗震驗(yàn)算4. 計(jì)算簡(jiǎn)圖單層廠房是空間結(jié)構(gòu)。一般地，廠房的橫向抗震計(jì)算應(yīng)考慮屋蓋平面內(nèi)的變形，按圖7-7所示的多質(zhì)點(diǎn)空間結(jié)構(gòu)計(jì)算。按平面排架計(jì)算時(shí)，應(yīng)把計(jì)算結(jié)果乘以調(diào)整系數(shù)，以考慮空間工作和扭轉(zhuǎn)的影響。以下主要講按平面排架計(jì)算的方法。圖7-7 橫向計(jì)算時(shí)的多質(zhì)點(diǎn)空間結(jié)構(gòu)模型等高排架可簡(jiǎn)化為單自由度體系，如圖7

26、-8所示。不等高排架，可按不同高度處屋蓋的數(shù)量和屋蓋之間的連接方式，簡(jiǎn)化成多自由度體系。例如，當(dāng)屋蓋位于兩個(gè)不同高度處時(shí)，可簡(jiǎn)化為二自由度體系，如圖7-9所示。圖7-10示出了在三個(gè)高度處有屋蓋時(shí)的計(jì)算簡(jiǎn)圖。應(yīng)注意的是，在圖7-10中，當(dāng)H1H2時(shí)，仍為三質(zhì)點(diǎn)體系。圖7-8 等高排架的計(jì)算簡(jiǎn)圖圖7-9 不等高排架的計(jì)算簡(jiǎn)圖（二質(zhì)點(diǎn)體系）圖7-10 不等高排架的計(jì)算簡(jiǎn)圖（三質(zhì)點(diǎn)體系）(1) 計(jì)算自振周期時(shí)的質(zhì)量集中根據(jù)前述質(zhì)量集中的原理，在計(jì)算自振周期時(shí)，各集中質(zhì)量的重量可計(jì)算如下。1）等高廠房圖7-8中等高廠房的G的計(jì)算式為：G = 1.0 G屋蓋 + 0.5G吊車梁 + 0.25G柱 + 0

27、.25G縱墻（71）2）不等高廠房圖7-9中不等高廠房的G1的計(jì)算式為：G1 = 1.0 G低跨屋蓋 + 0.5G低跨吊車梁 + 0.25G低跨邊柱 + 0.25G低跨縱墻 + 1.0G高跨吊車梁（中柱） + 0.25G中柱下柱 + 0.5G中柱上柱 + 0.5G高跨封墻（72）圖7-9中不等高廠房的G2的計(jì)算式為：G2 = 1.0 G高跨屋蓋 + 0.5G高跨吊車梁（邊跨） + 0.25G高跨邊柱 + 0.25G高跨外縱墻 + 0.5G中柱上柱 + 0.5G高跨封墻（73）上面各式中，G屋蓋等均為重力荷載代表值（屋蓋的重力荷載代表值包括作用于屋蓋處的活荷載和檐墻的重力荷載代表值）。上面還假定

28、高低跨交接柱上柱的各一半分別集中于低跨和高跨屋蓋處。高低跨交接柱的高跨吊車梁的質(zhì)量可集中到低跨屋蓋，也可集中到高跨屋蓋，應(yīng)以就近集中為原則。當(dāng)集中到低跨屋蓋時(shí)，如前所述，質(zhì)量集中系數(shù)為1.0；當(dāng)集中到高跨屋蓋時(shí)，質(zhì)量集中系數(shù)為0.5。吊車橋架對(duì)排架的自振周期影響很小。因此，在計(jì)算自振周期時(shí)可不考慮其對(duì)質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量的貢獻(xiàn)。這樣做一般是偏于安全的。(2) 計(jì)算地震作用時(shí)的質(zhì)量集中在計(jì)算地震作用時(shí)，各集中質(zhì)量的重量可計(jì)算如下。1）等高廠房圖7-8中等高廠房的G的計(jì)算式為：G = 1.0 G屋蓋 + 0.75G吊車梁 + 0.5G柱 + 0.5G縱墻（74）2）不等高廠房圖7-9中不等高廠房的G1的計(jì)算式

29、為：G1 = 1.0 G低跨屋蓋 + 0.75G低跨吊車梁 + 0.5G低跨邊柱 + 0.5G低跨縱墻 + 1.0G高跨吊車梁（中柱） + 0.5G中柱下柱 + 0.5G中柱上柱 + 0.5G高跨封墻（75）圖7-9中不等高廠房的G2的計(jì)算式為：G2 = 1.0 G高跨屋蓋 + 0.75G高跨吊車梁（邊跨） + 0.5G高跨邊柱 + 0.5G高跨外縱墻 + 0.5G中柱上柱 + 0.5G高跨封墻（76）圖711 吊車橋架處理為質(zhì)點(diǎn)確定廠房的地震作用時(shí)，對(duì)設(shè)有橋式吊車的廠房，除將廠房重力荷載按前述彎矩等效原則集中于屋蓋標(biāo)高處外，還應(yīng)考慮吊車橋架的重力荷載；如系硬鉤吊車，尚應(yīng)考慮最大吊重的30%。

30、一般是把某跨吊車橋架的重力荷載集中于該跨任一柱吊車梁的頂面標(biāo)高處。如兩跨不等高廠房均設(shè)有吊車，則在確定廠房地震作用時(shí)可按四個(gè)集中質(zhì)點(diǎn)考慮（圖711）。應(yīng)注意的是這種模型僅在計(jì)算地震作用時(shí)才能采用，在計(jì)算結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性（如周期等）時(shí)，是不能采用這種模型的；這是因?yàn)榈踯嚇蚣苁蔷植抠|(zhì)量，此局部質(zhì)量不能有效地對(duì)整體結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性產(chǎn)生可觀的影響。5. 自振周期的計(jì)算計(jì)算簡(jiǎn)圖確定后，就可用前面講過的方法計(jì)算基本自振周期。對(duì)單自由度體系，自振周期T的計(jì)算公式為（77）其中m為質(zhì)量，k為剛度。對(duì)多自由度體系，可用能量法計(jì)算基本自振周期T1，公式為：（78）其中，mi和Gi分別為第i質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量和重量，ui為在全

31、部Gi (i = 1, ., n)沿水平方向的作用下第i質(zhì)點(diǎn)的側(cè)移，n為自由度數(shù)?？拐鹨?guī)范規(guī)定，按平面排架計(jì)算廠房的橫向地震作用時(shí)，排架的基本自振周期應(yīng)考慮縱墻及屋架與柱連接的固結(jié)作用。因此，按上述公式算出的自振周期還應(yīng)進(jìn)行如下調(diào)整：由鋼筋混凝土屋架或鋼屋架與鋼筋混凝土柱組成的排架，有縱墻時(shí)取周期計(jì)算值的80%，無縱墻時(shí)取90%。（磚柱廠房的相應(yīng)調(diào)整方法見后。）6. 排架地震作用的計(jì)算(1) 底部剪力法排架的地震作用可用前面講過的方法計(jì)算。用底部剪力法計(jì)算地震作用時(shí)，總地震作用的標(biāo)準(zhǔn)值為：(7-9)其中，a1為相應(yīng)于基本周期T1的地震影響系數(shù)；Geq為等效重力荷載代表值，單質(zhì)點(diǎn)體系取全部重力荷

32、載代表值，多質(zhì)點(diǎn)體系取全部重力荷載代表值的85%。當(dāng)為二質(zhì)點(diǎn)體系時(shí)，由于較為接近單質(zhì)點(diǎn)體系，Geq也可取全部重力荷載代表值的95%。質(zhì)點(diǎn)i的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值為(7-10)其中，Gi和Hi分別為第i質(zhì)點(diǎn)的重力荷載代表值和至柱底的距離，n為體系的自由度數(shù)目。求出各質(zhì)點(diǎn)的水平地震作用后，就可用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法求出相應(yīng)的排架內(nèi)力。底部剪力法的缺點(diǎn)是很難反映高振型的影響。(2) 振型分解法對(duì)較為復(fù)雜的廠房，例如高低跨高度相差較大的廠房，采用底部剪力法計(jì)算時(shí)，由于不能反映高振型的影響，誤差較大。高低跨相交處柱牛腿的水平拉力主要由高振型引起，此拉力的計(jì)算是底部剪力法無法實(shí)現(xiàn)的。在這些情況下，就需要采用振型分解

33、法。采用振型分解法的計(jì)算簡(jiǎn)圖與底部剪力法相同，每個(gè)質(zhì)點(diǎn)有一個(gè)水平自由度。用前面介紹過的振型分解法的標(biāo)準(zhǔn)過程，就可求出各振型各質(zhì)點(diǎn)處的水平地震作用，從而求出各振型的地震內(nèi)力?？偟牡卣饍?nèi)力則為各振型地震內(nèi)力的按平方和開方的組合。對(duì)二質(zhì)點(diǎn)的高低跨排架，用柔度法計(jì)算較方便，相應(yīng)的振型分解法的計(jì)算步驟如下：1）計(jì)算平面排架各振型的自振周期、振型幅值和振型參與系數(shù)記二質(zhì)點(diǎn)的水平位移坐標(biāo)分別為x1和x2，其質(zhì)量分別為m1和m2，第一、二振型的圓頻率分別為w1、w2，則有（711）取w1<w2，則第一、二自振周期分別為（712）記第i振型第j質(zhì)點(diǎn)的幅值為(i,j=1,2)，則有（713）第一、 二振型參

34、與系數(shù)（714）2）計(jì)算各振型的地震作用和地震內(nèi)力記第i振型第j質(zhì)點(diǎn)的地震作用為，則有，i,j = 1,2（715）即（716）然后按結(jié)構(gòu)力學(xué)方法求出各振型的地震內(nèi)力。3）計(jì)算最終的地震內(nèi)力設(shè)某一內(nèi)力S在第一振型的地震作用下的值為S1，在第二振型的地震作用下的值為S2，則該地震內(nèi)力的最終值S最終為（717）7. 考慮空間工作和扭轉(zhuǎn)影響的內(nèi)力調(diào)整顯然，上述計(jì)算僅考慮了單個(gè)平面排架。當(dāng)廠房的布置引起明顯的空間作用或扭轉(zhuǎn)影響時(shí)，應(yīng)對(duì)前面求出的內(nèi)力進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。規(guī)范規(guī)定，對(duì)于鋼筋混凝土屋蓋的單層鋼筋混凝土柱廠房，按上述方法確定基本自振周期且按平面排架計(jì)算的排架柱的地震剪力和彎矩，當(dāng)符合下列要求時(shí)，可

35、考慮空間工作和扭轉(zhuǎn)影響：(1) 7度和8度；(2) 廠房單元屋蓋長(zhǎng)度與總跨度之比小于8或廠房總跨度大于12m (其中屋蓋長(zhǎng)度指山墻到山墻的間距，僅一端有山墻時(shí)，應(yīng)取所考慮排架至山墻的距離；高低跨相差較大的不等高廠房，總跨度可不包括低跨)；(3) 山墻的厚度不小于240mm，開洞所占的水平截面積不超過總面積的50%，并與屋蓋系統(tǒng)有良好的連接；(4) 柱頂高度不大于15m。當(dāng)符合上述要求時(shí)，為考慮空間作用和扭轉(zhuǎn)影響，排架柱的彎矩和剪力應(yīng)分別乘以相應(yīng)的調(diào)整系數(shù) (高低跨交接處的上柱除外)，調(diào)整系數(shù)的值可按表7-6采用。表7-6 鋼筋混凝土柱(除高低跨交接處上柱外)考慮空間作用和扭轉(zhuǎn)影響的效應(yīng)調(diào)整系數(shù)

36、屋 蓋山墻屋蓋長(zhǎng)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鋼筋混凝土無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1.01.051.11.11.151.15

37、1.151.21.21.21.251.25圖712 不等高排架的第二振型8. 高低跨交接處上柱地震作用效應(yīng)的調(diào)整當(dāng)排架按第二主振型振動(dòng)時(shí)，高跨橫梁和低跨橫梁的運(yùn)動(dòng)方向相反，使高低跨交接處上柱的兩端之間產(chǎn)生了較大的相對(duì)位移D（圖712）。由于上柱的長(zhǎng)度一般較短，側(cè)移剛度較大，故此處產(chǎn)生的地震內(nèi)力也較大。按底部剪力法計(jì)算時(shí)，由于主要反映了第一主振型的情況，算得的高低跨交接處上柱的地震內(nèi)力偏小較多。因此，抗震規(guī)范規(guī)定，高低跨交接處的鋼筋混凝土柱的支承低跨屋蓋牛腿以上各截面，按底部剪力法求得的地震彎矩和剪力應(yīng)乘以增大系數(shù)h，其值可按下式采用：(7-18)其中，z為不等高廠房高低跨交接處的空間工作影響系

38、數(shù)，可按表7-7采用；nb為高跨的跨數(shù)；n0為計(jì)算跨數(shù)，僅一側(cè)有低跨時(shí)應(yīng)取總跨數(shù)，兩側(cè)均有低跨時(shí)應(yīng)取總跨數(shù)與高跨跨數(shù)之和；GEL為集中于交接處一側(cè)各低跨屋蓋標(biāo)高處的總重力荷載代表值；GEh為集中于高跨柱頂標(biāo)高處的總重力荷載代表值。表7-7 高低跨交接處鋼筋混凝土上柱空間工作影響系數(shù)z屋蓋山墻屋蓋長(zhǎng)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1.059. 吊車

39、橋架引起的地震作用效應(yīng)增大系數(shù)吊車橋架是一個(gè)較大的移動(dòng)質(zhì)量，在地震時(shí)往往引起廠房的強(qiáng)烈局部振動(dòng)。因此，應(yīng)考慮吊車橋架自重引起的地震作用效應(yīng)，并乘以效應(yīng)增大系數(shù)。按底部剪力法等簡(jiǎn)化方法計(jì)算時(shí)，計(jì)算步驟如下：（1） 計(jì)算一臺(tái)吊車對(duì)一根柱子產(chǎn)生的最大重力荷載Gc。 （2）計(jì)算該吊車重力荷載對(duì)一根柱子產(chǎn)生的水平地震作用。此時(shí)有兩種計(jì)算方法。1）當(dāng)橋架不作為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)時(shí)，該水平地震作用可近似按下式計(jì)算：（719）其中，F(xiàn)c為吊車橋架引起的并作用于一根柱吊車梁頂面處的水平地震作用；a1為相應(yīng)于排架基本周期T1的地震影響系數(shù)；hc為吊車梁頂面高度；Hc為吊車梁所在柱的高度。2）當(dāng)橋架作為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)時(shí)，該處的水平

40、地震作用可直接由底部剪力法求出。（2） 按結(jié)構(gòu)力學(xué)求地震作用效應(yīng)（內(nèi)力）。（3） 將地震作用效應(yīng)乘以表7-8所示的增大系數(shù)。表7-8 吊車橋架引起的地震剪力和彎矩增大系數(shù)屋蓋類型山墻邊柱高低跨柱其他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1.52.02.010. 排架內(nèi)力組合和構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算(1) 內(nèi)力組合在抗震設(shè)計(jì)中，地震作用效應(yīng)組合是指與地震作用同時(shí)存在的其他重力荷載代表值引起的荷載效應(yīng)的不利組合。在單層廠房排架的地震作用效應(yīng)組合中，一般不考慮風(fēng)荷載效應(yīng)，不考慮吊車橫向水平制動(dòng)力引起的內(nèi)力，也不考慮豎向地震

41、作用。從而可得單層廠房的地震作用效應(yīng)組合的表達(dá)式為：S = gGCGGE + gEhCEhEhk(7-20)其中，gG和gEh分別為重力荷載代表值和水平地震作用的分項(xiàng)系數(shù)，CG和CEh分別為重力荷載代表值和水平地震作用的效應(yīng)系數(shù)，GE和Ehk分別為重力荷載代表值和水平地震作用。當(dāng)重力荷載效應(yīng)對(duì)構(gòu)件的承載能力有利時(shí)(例如，柱為大偏心受壓時(shí)，軸力N可提高構(gòu)件的承載力)，其分項(xiàng)系數(shù)gG應(yīng)取1.0。這種地震荷載效應(yīng)組合再與其他規(guī)定的荷載效應(yīng)組合一起進(jìn)行最不利組合。顯然，當(dāng)?shù)卣鹱饔眯?yīng)組合引起的內(nèi)力小于非抗震荷載組合時(shí)的內(nèi)力時(shí)，后者應(yīng)控制設(shè)計(jì)。(2) 柱的截面抗震驗(yàn)算排架柱一般按偏心受壓構(gòu)件驗(yàn)算其截面承

42、載力。驗(yàn)算的一般表達(dá)式為(7-21)其中，S為截面的作用效應(yīng)；R為相應(yīng)的承載力設(shè)計(jì)值；gRE為承載力抗震調(diào)整系數(shù)，可按表3-16取用。兩個(gè)主軸方向柱距均不小于12m、無橋式吊車且無柱間支撐的大柱網(wǎng)廠房，柱截面驗(yàn)算時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮兩個(gè)主軸方向的水平地震作用，并應(yīng)考慮位移引起的附加彎矩。8度和9度時(shí)，高大山墻的抗風(fēng)柱應(yīng)進(jìn)行平面外的截面抗震驗(yàn)算。柱的截面抗震驗(yàn)算可按前述框架柱的方法進(jìn)行，且應(yīng)符合第7.3節(jié)的構(gòu)造要求。(3) 支承低跨屋蓋牛腿的水平受拉鋼筋抗震驗(yàn)算為防止高低跨交接處支承低跨屋蓋的牛腿在地震中豎向拉裂(如圖7-13所示)，應(yīng)按下式確定牛腿的水平受拉鋼筋截面面積As：(7-22)圖713 支承

43、低跨屋蓋的柱牛腿其中，NG為柱牛腿面上重力荷載代表值產(chǎn)生的壓力設(shè)計(jì)值；a為牛腿面上重力作用點(diǎn)至下柱近側(cè)邊緣的距離，當(dāng)小于0.3h0時(shí)采用0.3h0；h0為牛腿根部截面(最大豎向截面)的有效高度；NE為柱牛腿面上地震組合的水平拉力設(shè)計(jì)值；gRE為承載力抗震調(diào)整系數(shù)，其值可采用1.0。(4) 其他部位的抗震驗(yàn)算當(dāng)抗風(fēng)柱與屋架下弦相連接時(shí)，連接點(diǎn)應(yīng)設(shè)在下弦橫向支撐的節(jié)點(diǎn)處，并且應(yīng)對(duì)下弦橫向支撐桿件的截面和連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行抗震承載力驗(yàn)算。當(dāng)工作平臺(tái)和剛性內(nèi)隔墻與廠房主體結(jié)構(gòu)連接時(shí)，應(yīng)采用與廠房實(shí)際受力相適應(yīng)的計(jì)算簡(jiǎn)圖，以考慮工作平臺(tái)和剛性內(nèi)隔墻對(duì)廠房的附加地震作用影響。11. 突出屋面的天窗架的橫向抗震計(jì)

44、算實(shí)際震害表明，突出屋面的鋼筋混凝土天窗架，其橫向的損壞并不明顯。計(jì)算分析表明，常用的鋼筋混凝土帶斜撐桿的三鉸拱式天窗架的橫向剛度很大，其位移與屋蓋基本相同，故可把天窗架和屋蓋作為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)（其重力為G屋蓋，其中包括天窗架質(zhì)點(diǎn)的重量G天窗）按底部剪力法計(jì)算。設(shè)算得的作用在G屋蓋上的地震作用為F屋蓋，則天窗架所受的地震作用F天窗為(7-23)然而，當(dāng)9度時(shí)或天窗架跨度大于9m時(shí)，天窗架部分的慣性力將有所增大。這時(shí)若仍把天窗架和屋蓋作為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)按底部剪力法計(jì)算，則天窗架的橫向地震作用效應(yīng)宜乘以增大系數(shù)1.5，以考慮高振型的影響。對(duì)鋼天窗架的橫向抗震計(jì)算也可采用底部剪力法。對(duì)其他情況下的天窗架，可采用

45、振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算其橫向水平地震作用。12. 單層磚柱廠房的橫向抗震計(jì)算磚柱廠房可按平面排架計(jì)算。在計(jì)算結(jié)構(gòu)的剛度時(shí)所用的方法，除柱應(yīng)采用砌體的彈性模量之外，其他與前述方法基本相同。質(zhì)量集中的方法也與前述相同。剛度和質(zhì)量算出后，即可計(jì)算結(jié)構(gòu)的基本自振周期，通常按單自由度體系計(jì)算即可。對(duì)計(jì)算出的基本自振周期，也需考慮縱墻及屋架與柱連接的固結(jié)作用加以調(diào)整，但采用的調(diào)整系數(shù)與前述不同。規(guī)范規(guī)定，按理論公式算出的磚柱廠房的自振周期還應(yīng)進(jìn)行如下調(diào)整：（1）由鋼筋混凝土屋架或鋼屋架與磚柱組成的排架，取周期計(jì)算值的90%。（2）由木屋架、鋼木屋架或輕鋼屋架與磚柱組成的排架，取周期計(jì)算值。排架集中質(zhì)點(diǎn)處（柱

46、頂）的水平地震作用FEK可按下式計(jì)算FEKa1 （724）其中各符號(hào)的意義與前述相同。當(dāng)符合下列要求時(shí)，可考慮空間工作，對(duì)按平面排架計(jì)算的排架柱的地震剪力和彎矩加以調(diào)整：（1）采用鋼筋混凝土屋蓋或密鋪望板的瓦木屋蓋；（2）基本自振周期是按上述方法確定；（3）7度或8度；（4）兩端均有承重山墻；（5）山墻或承重（抗震）橫墻的厚度不小于240mm，開洞所占的水平截面積不超過總面積的50%，并與屋蓋系統(tǒng)有良好的連接；（6）山墻或承重（抗震）橫墻的長(zhǎng)度不宜小于其高度；（7）單元屋蓋長(zhǎng)度（山墻到山墻或承重（抗震）橫墻的間距）與總跨度之比小于8或廠房總跨度大于12m。調(diào)整的方法是對(duì)排架柱的剪力和彎矩分別乘

47、以表79所列的調(diào)整系數(shù)。表79 磚柱考慮空間作用的效應(yīng)調(diào)整系數(shù)屋蓋類型山墻或承重（抗震）橫墻間距（m）£1218243036424854606672鋼筋混凝土無檁屋蓋0.600.650.700.750.800.850.850.900.950.951.00鋼筋混凝土有檁屋蓋或密鋪望板瓦木屋蓋0.650.700.750.800.900.950.951.001.051.051.10 偏心受壓磚柱的抗震驗(yàn)算，應(yīng)符合下列要求：（1）無筋磚柱由地震作用標(biāo)準(zhǔn)值和重力荷載代表值所產(chǎn)生的總偏心距，不宜超過0.9倍截面形心到軸向力所在方向截面邊緣的距離；承載力抗震調(diào)整系數(shù)可采用0.9。（2）組合磚柱的配

48、筋應(yīng)按計(jì)算確定，承載力抗震調(diào)整系數(shù)可采用0.85。7.1.2 縱向抗震驗(yàn)算 前面已經(jīng)提及，單層廠房受縱向地震力作用時(shí)的震害是較嚴(yán)重的。因此，必須對(duì)單層廠房的縱向進(jìn)行抗震計(jì)算?？v向抗震計(jì)算的目的在于：確定廠房縱向的動(dòng)力特性和地震作用，驗(yàn)算廠房縱向抗側(cè)力構(gòu)件如柱間支撐、天窗架縱向支撐等在縱向水平地震力作用下的承載能力?？拐鹨?guī)范規(guī)定，鋼筋混凝土無檁和有檁屋蓋及有較完整支撐系統(tǒng)的輕型屋蓋廠房，其縱向抗震驗(yàn)算可采用下列方法：（1）一般情況下，宜考慮屋蓋的縱向彈性變形、圍護(hù)墻與隔墻的有效剛度以及扭轉(zhuǎn)的影響，按多質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)分析；（2）柱頂標(biāo)高不大于15m且平均跨度不大于30m的單跨或等高多跨的鋼筋混凝

49、土柱廠房，宜采用修正剛度法計(jì)算。（3）縱向質(zhì)量和剛度基本對(duì)稱的鋼筋混凝土屋蓋等高廠房，可不考慮扭轉(zhuǎn)的影響，采用振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算。規(guī)范還規(guī)定，縱墻對(duì)稱布置的單跨廠房和輕型屋蓋的多跨廠房，可按柱列分片獨(dú)立計(jì)算。規(guī)范規(guī)定，對(duì)于鋼柱廠房，當(dāng)采用輕質(zhì)墻板或與柱柔性連接的大型墻板時(shí)，其縱向可按單質(zhì)點(diǎn)計(jì)算。此時(shí)，各柱列的地震作用應(yīng)按以下原則分配：（1）采用鋼筋混凝土無檁屋蓋時(shí)，可按柱列剛度比例分配；（2）采用輕型屋蓋時(shí)，可按柱列承受的重力荷載代表值的比例分配；（3）采用鋼筋混凝土有檁屋蓋時(shí)，可取上述兩種分配結(jié)果的平均值。1. 空間分析法空間分析法適用于任何類型的廠房。屋蓋模型化為有限剛度的水平剪切梁，各

50、質(zhì)量均堆聚成質(zhì)點(diǎn)，堆聚的程度視結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度以及需要計(jì)算的內(nèi)容而定。一般需用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。同一柱列的柱頂縱向水平位移相同，且僅關(guān)心縱向水平位移時(shí)，則可對(duì)每一縱向柱列只取一個(gè)自由度，把廠房連續(xù)分布的質(zhì)量分別按周期等效原則（計(jì)算自振周期時(shí)）和內(nèi)力等效原則（計(jì)算地震作用時(shí)）集中至各柱列柱頂處，并考慮柱、柱間支撐、縱墻等抗側(cè)力構(gòu)件的縱向剛度和屋蓋的彈性變形，形成“并聯(lián)多質(zhì)點(diǎn)體系”的簡(jiǎn)化的空間結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，如圖714所示。圖714 簡(jiǎn)化的空間結(jié)構(gòu)計(jì)算模型一般的空間結(jié)構(gòu)模型，其結(jié)構(gòu)特性由質(zhì)量矩陣M、代表各自由度處位移的位移向量X和相應(yīng)的剛度矩陣K完全表示。可用前面講過的振型分解法求解其地震作用。下面

51、對(duì)圖714所示的簡(jiǎn)化的空間結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，給出其用振型分解法求解的步驟。(1) 柱列的側(cè)移剛度和屋蓋的剪切剛度由圖7-14的計(jì)算簡(jiǎn)圖，可得柱列的側(cè)移剛度為Ki = Kcij + Kbij + yk Kwij (7-25)其中，Ki為第i柱列的柱頂縱向側(cè)移剛度；Kcij為第i柱列第j柱的縱向側(cè)移剛度；Kbij為第i柱列第j片柱間支撐的側(cè)移剛度；Kwij為第i柱列第j柱間縱墻的縱向側(cè)移剛度；m、n、q分別為第i柱列中柱、柱間支撐、柱間縱墻的數(shù)目。式7-25中的yk為貼砌磚墻的剛度降低系數(shù)，對(duì)地震烈度為7度、8度、和9度，yk的值可分別取0.6、0.4和0.2。（1）柱的側(cè)移剛度等截面柱的側(cè)移剛度Kc

52、為(7-26)其中，Ec為柱混凝土的彈性模量；Ic為柱在所考慮方向的截面慣性矩；H為柱的高度；m為屋蓋、吊車梁等縱向構(gòu)件對(duì)柱側(cè)移剛度的影響系數(shù)，無吊車梁時(shí)，m1.1，有吊車梁時(shí)，m1.5。變截面柱側(cè)移剛度的計(jì)算公式參見有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)，但需注意考慮m的影響。（2）縱墻的側(cè)移剛度對(duì)于砌體墻，若彈性模量為E，厚度為t，墻的高度為H，墻的寬度為B，并取r H/B，同時(shí)考慮彎曲和剪切變形，則對(duì)其頂部作用水平力的情況，相應(yīng)的剛度為(7-27)根據(jù)此公式，可對(duì)如圖715所示的受兩個(gè)水平力作用的開洞磚墻計(jì)算其剛度矩陣。在這種情況下，洞口把磚墻分為側(cè)移剛度不同的若干層。在計(jì)算各層墻體的側(cè)移剛度時(shí)，對(duì)無窗洞的層可只

53、考慮剪切變形（也可同時(shí)考慮彎曲變形）。只考慮剪切變形時(shí)，式727變?yōu)椋?7-28)對(duì)有窗洞的層，各窗間墻的側(cè)移剛度可按式727計(jì)算，即第i層第j段窗間墻的側(cè)移剛度為(7-29)其中，tij和rij分別為相應(yīng)墻的厚度和高寬比。第i層墻的剛度為，該層在單位水平力作用下的相對(duì)側(cè)移為。因此，墻體在單位水平力作用下的側(cè)移等于有關(guān)各層磚墻的側(cè)移之和。從而可得（以圖715為例）：(7-30)(7-31)對(duì)此柔度矩陣求逆，即可得相應(yīng)的剛度矩陣。圖715 開洞磚墻的剛度計(jì)算（3）柱間支撐的側(cè)移剛度柱間支撐桁架系統(tǒng)是由型鋼斜桿和鋼筋混凝土柱和吊車梁等組成，是超靜定結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，通常假定各桿相交處均為鉸接，從

54、而得到靜定鉸接桁架的計(jì)算簡(jiǎn)圖。同時(shí)略去截面應(yīng)力較小的豎桿和水平桿的變形，只考慮型鋼斜桿的軸向變形。在同一高度的兩根交叉斜桿一根受拉，另一根受壓；受壓斜桿與受拉斜桿的應(yīng)力比值因斜桿的長(zhǎng)細(xì)比不同而不同。當(dāng)斜桿的長(zhǎng)細(xì)比l200時(shí)，壓桿將較早地受壓失穩(wěn)而退出工作，所以此時(shí)可僅考慮拉桿的作用。當(dāng)l200時(shí)，壓桿與拉桿的應(yīng)力比值將是l的函數(shù)；顯然，l越小，壓桿參加工作的程度就越大。因此，在計(jì)算上可認(rèn)為：l150時(shí)為柔性支撐，此時(shí)不計(jì)壓桿的作用；40£l£150時(shí)為半剛性支撐，此時(shí)可以認(rèn)為壓桿的作用是使拉桿的面積增大為原來的（1j）倍，并且除此之外不再計(jì)處壓桿的其他影響，其中j為壓桿的穩(wěn)定系數(shù)；l40時(shí)為剛性支撐，此時(shí)壓桿與拉桿的應(yīng)力相同。據(jù)此，考慮柱間支撐有n層（圖716示出了三層的情況），設(shè)柱間支撐所在柱間的凈距為L(zhǎng)，從上面數(shù)起第i層的斜桿長(zhǎng)度為L(zhǎng)i，斜桿面積為Ai，斜桿的彈性模量為E，斜壓桿的穩(wěn)定系數(shù)為ji，則可得出如下的柱間支撐系統(tǒng)的柔度和剛度的計(jì)算公式。1）柔性支撐的柔度和剛度（l150）如圖716所示，此時(shí)斜壓桿不起作用。相應(yīng)于力F1和F2作用處的坐標(biāo)（F1和F2分別作用在頂層和第二層的頂面），第i層拉桿的力為Pil Li/L，從而可得支撐系統(tǒng)的柔度矩陣的各元素為：(7-32)(7-33)相應(yīng)的剛度