廠房結構的抗震措施的討論

康旻楠

摘 要：主要根據廠房結構在地震中的呈現出的震害破壞的基礎上討論了廠房建筑結構在各個構件上的設計原則和抗震構造措施。

關鍵詞：廠房；結構；抗震

根據查閱單層廠房的大量震害表現，又經過汶川地震后所開展的結構構件抗震性能的研究，可清楚地看出這類廠房結構所存在的薄弱環節。設計時必須針對上述薄弱環節，正確確定結構布置，搞好結構構件選型，注意剛度協調，加強廠房的整體性，改進連接構造，保證構件和節點有足夠的強度和延性。設計過程中，我認為應注意下列設計原則和抗震構造措施。

1 體型與防震縫

單層廠房的平、立面布置應注意使體型簡單、平直，各部分結構的剛度和質量均勻對稱，避免凹凸曲折，盡可能選用長方形平面體型。當生產工藝確有必要采用較復雜的平立面布置時，應用防震縫將其分成體型簡單的獨立單元。

對于單層磚柱廠房，抗震規范規定，當為木屋蓋和輕鋼屋架、瓦楞鐵、石棉瓦屋面等輕型屋蓋時，可不設防震縫；當為鋼筋混凝土屋蓋時，宜在與其貼建房屋之間設防震縫，縫寬可采用50～70mm。

調查表明，單層空曠房屋各部分的連接處不設防震縫時震害亦不重。為避免設縫時帶來構造上的困難，抗震規范建議，大廳與前、后廳之間不宜設置防震縫，大廳與兩側附屬房屋之間可不設防震縫，但應加強相互的連接，避免拉脫或由于應力集中造成破壞。

對于單層鋼筋混凝土柱廠房，抗震規范規定，當為多跨廠房宜采用等高廠房；當廠房體型復雜或有貼建房屋時，宜設防震縫，在廠房縱橫跨交接處設縫時縫寬可采用100～150mm，其它情況下縫寬可采用50～90mm；廠房側邊貼建的房屋，宜沿縱墻或山墻布置，不宜在縱墻與山墻交匯的角部布置，以避免由于廠房角度受力復雜和增大扭轉效應而加重震害。

2 屋蓋體系

單層廠房的結構選型，應使結構構件自身抗震性能良好，并有利于提高廠房的整體抗震能力，減輕屋蓋結構的重量，以減小地震時作用于廠房屋蓋的慣性力。因此，抗震規范規定，對于單層磚柱廠房，6～8度時宜采用輕型屋蓋，9度時應采用輕型屋蓋；對于單層鋼筋混凝土柱廠房，一般情況下宜采用預應力混凝土或鋼筋混凝土屋架，當跨度大于24m或8度Ⅲ、Ⅳ類場地和9度時可采用鋼屋架，柱距為12m時可采用預應力混凝土托架。

加強單層廠房屋蓋構件間的連接，對于保證廠房屋蓋的整體性和縱向地震力傳遞，極其有效。為此，抗震規范對無檁屋蓋構件的連接提出了下列要求：大型屋面板應與屋架（屋面梁）焊牢，靠柱列的屋面板與屋架（屋面梁）的連接焊縫不宜小于80mm；6度和7度時，有天窗廠房單元的端開間，或8度和9度時的各開間，宜采取措施將垂直屋架方向兩側相鄰大型屋面板的頂面彼此焊接，作為抵抗地震作用的第二道防線；8度和9度時，大型屋面板端頭底面的預埋件宜采用角鋼，并應與主筋焊牢，以加強預應力主筋的錨固；非標準屋面板宜采用裝配整體式接頭，或將板四角切掉后與屋架（屋面梁）焊牢；屋架（屋面梁）端部頂面預埋件的錨筋，8度時不宜小于4？準10，9度時不宜小于4？準12，以保證傳遞屋蓋邊緣的縱向地震力。

為了防止由于截面強度不足而出現的震害，抗震規范對鋼筋混凝土屋架的截面和配筋提出下列構造要求：屋架上弦第一節間和梯形屋架端豎桿的配筋，6度7度時不宜小于4？準12，8度和9度時不宜小于4？準14，梯形屋架的端豎桿截面寬度宜與上弦寬度相同；屋架上弦端部支承屋面板小立柱的截面不宜小于200×200mm，高度不宜大于500mm，主筋宜采用Π形，6度和7度時不宜小于4？準12，8度和9度時不宜少于4？準14，箍筋可采用？準6，間距l00mm。

為使有檁屋蓋具有一定的抗震能力，抗震規范對有檁屋蓋構件的連接提出下列構造要求：檁條應與屋架（屋面梁）焊牢，并有足夠的支承長度；采用雙脊檁時，每對檁條應在跨度的1/3處相互拉結；檁條上的槽瓦、瓦楞鐵、石棉瓦等應與檁條拉結。

3 天窗架

由于鋼筋混凝土兀形天窗架的震害比較普遍和嚴重，為保證天窗和整個廠房的安全，關于天窗架的選型和布置，抗震規范作如下規定：突出屋面的天窗架，宜采用鋼天窗架；6度、7度和8度時，可采用桿件截面為矩形的鋼筋混凝土天窗架；9度時，可采用重心低的下沉式（井式）天窗；天窗屋蓋與端壁板宜采用輕型板材；天窗架宜從廠房單元端部第三柱間開始設置。

抗震規范要求，突出屋面的鋼筋混凝土天窗架，其兩側墻板與天窗架立柱宜采用螺栓連接。這樣，在縱向地震作用下側板將不致在天窗立柱連接處形成剛性節點，從而減小側板剛度對天窗變形的約束影響；此外，尚可通過側板的縱向變位吸收一部分地震能量，以減輕天窗架立柱的受力。

4 柱

由于磚砌體抗剪強度低、延性差等原因，地震區的單層磚柱廠房發生有大量的嚴重震害，所以抗震規范規定，對于單層磚柱廠房，6度和7度時可采用十字形截面的無筋磚柱，8度I、Ⅱ類場地時應采用有豎向配筋的組合磚柱；8度Ⅲ、Ⅳ類場地和9度時，邊柱宜采用上述組合磚柱，中柱宜采用鋼筋混凝土柱。空曠磚房大廳磚柱宜采用組合磚柱，柱上端鋼筋應錨入屋架底部的鋼筋混凝土圈梁內，組合磚柱的縱向鋼筋應按計算確定，且6度Ⅲ、Ⅳ類場地和7度時不應少于4？準12，8度和9度時不應少于6？準14。

對于單層鋼筋混凝土柱廠房柱的選型，抗震規范規定如下：8度和9度時，宜采用矩形、工字形截面柱或斜腹桿雙肢柱，不宜采用薄壁開孔或預制腹板的工字形柱；柱底至設用4？16；有柱間支撐的柱，柱頂預埋件還應增設抵抗地震剪力的抗剪鋼板。山墻抗風柱的柱頂應設置預埋板，使柱頂與端屋架的上弦（屋面梁上翼緣）可靠連接，連接節點應具有傳遞縱向地震作用的足夠強度和變形能力。

5 支撐系統

廠房支撐系統是裝配式廠房傳遞和抵抗水平地震作用的主要構件，應保證結構支撐系統的完整性和穩定性，以提高廠房的抗震能力。在總結唐山、海城等地震大量震害經驗和分析研究的基礎上，抗震規范對各種屋蓋支撐和柱間支撐都作了具體規定，現分述如下：

5.1 木屋蓋支撐

磚柱廠房一般多采用瓦木屋蓋。對于這類屋蓋，當有滿鋪望板時，在7～9度地震內，只有個別廠房因構造不合理造成屋架歪斜。如為未設上弦及下弦水平支撐的冷灘瓦屋蓋，8度地震時造成屋架歪斜的震害已很多，9度地震所造成的震害更加嚴重。為了保證屋蓋縱向有足夠的剛度和穩定性，抗震規范對木屋蓋的支撐布置和間距作了規定。支撐與屋架、天窗架應采用螺栓連接。

5.2 鋼筋混凝土屋蓋支撐

鋼筋混凝土有檁屋蓋是具有一定柔性的屋蓋體系，其剛度主要靠檁條與屋架的連接來保障，檁條上的瓦材是剛度較差的擱置構件，這顯然是不能滿足抗震要求的。為了保證屋蓋的整體性和屋蓋地震作用的傳遞，計地坪以上500mm范圍內和階形柱的上柱宜采用矩形截面。震害經驗表明，上述選型規定，除了保證結構構件本身具有較好的抗震性能外，還有利于提高廠房的整體抗震能力。

為了避免磚山墻倒塌而造成端開間屋蓋塌落的嚴重震害，對于鋼筋混凝土柱廠房，抗震規范規定，廠房端部宜設屋架，不宜用山墻承重。對于單層磚柱廠房，抗震規范要求廠房兩端均應設置承重山墻，因為山墻承受豎向壓力，將對其抗剪能力有所提高。