單層磚柱廠房抗震設計與加固研究

傅琳琳

【摘 要】單層磚柱廠房造價低廉、構造簡單、施工方便，由于材料的脆性性質，其抗震性能較差。筆者通過若干工程實例，詳細分析了單層磚柱廠房的震害，找出杭震的薄弱環節，結合結構體系與結構布置的原理，提出相應的抗震設計及加固工藝與構造措施。

【關鍵詞】單層廠房；磚柱；抗震設計；加固

單層磚柱廠房以磚柱（墻）作為承重和抗側力構件，磚柱廠房內部空曠、橫墻問距大、地震時的抗倒塌能力不如砌體結構的民用建筑。由于砌體材料的脆性性質，其抗震能力不如鋼筋混凝土柱廠房；筆者通過若干工程實例，詳細分析了單層磚柱廠房的震害，找出單層磚柱廠房抗震的薄弱環節，結合結構體系與結構布置的原理，提出相應的抗震措施與加固方法，對提高其抗震能力有很重要的現實意義。

1. 單層磚柱震害分析

（1）6、7度區：未經設防的單層磚結構廠房，多數只有輕微破壞或基本完好，少數為中等破壞。8度區：多數有破壞，部分受到中等破壞，個別倒塌。9度區：大多數有嚴重破壞或倒塌，只有個別在震后保留下來。

（2）6、7度區單層磚柱廠房破壞較輕，少數磚柱出現彎曲水平裂縫：縱墻水平裂縫、磚垛折斷、山墻斜裂縫。屋架支座聯結處的局部破壞。

（3）8度區出現縱墻水平裂縫、磚垛折斷、山墻斜裂縫、屋架支座聯結處的局部破壞、倒塌或局部倒塌，主體結構產生破壞；9度區廠房出現較為嚴重的破壞，倒塌率較大。如圖1、圖2。

圖1 磚柱出現裂縫圖

（4）從震害特點看，磚柱是廠房的薄弱環節，外縱墻的磚柱在窗臺高度或廠房底部產主水平裂縫，內縱墻的磚柱在底部產生水平裂縫，磚柱的破壞是廠房倒塌的主要原因。山墻在地震時產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，嚴重時山墻倒塌，端開間屋蓋塌落。屋蓋形式對廠房抗震性能有一定的影響，重屋蓋廠房的震害普遍重于輕屋蓋廠房，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，地震時屋蓋易產生傾斜。

圖2 磚墻出現裂縫圖

2. 結構體系與結構布置

（1）廠房的平立面應簡單規則。當平面為L、T形時，廠房陰角部位易產生震害。對于立面復雜的廠房，當屋面高低錯落時，由于振動的不協調而發主碰撞，震害更為嚴重。 當廠房體型復雜或有貼建的房屋（或構筑物）時，應設置防震縫將廠房與附屬建筑分割成各自獨立、體型簡單的抗震單元，以避免地震時產生破壞。

（2）地震時廠房破壞程度與屋蓋類型有關，一般來說重型屋蓋廠房震害重，輕型屋蓋廠房震害輕，在高烈度區影響更為明顯。因此要求6～8度時宜采用輕型屋蓋，9度時應采用輕型屋蓋。

（3）當廠房兩端為非承重山墻時，山墻頂部與檁條或屋面板很難連接，只能依靠屋架上弦與防風柱上端連接作為山墻頂部的支點，這不僅降低了房屋整體空間作用，對防止山墻的出平面破壞也不利，因此廠房兩端均應設置承重山墻。

（4）廠房的縱橫向內隔墻宜做成抗震墻，避免主體結構的破壞。當內隔墻不能做成抗震墻時，最好采用輕質隔墻，以避免墻體對柱及柱與屋架的連接節點產生不利影響。

（5）天窗架不應通至廠房單元的端開間，以免過分削弱屋蓋的剛度。天窗架采用磚壁承重時，將產生嚴重的震害甚至倒塌，地震區應避免使用。

3. 抗震承載力計算

3.1 橫向抗震計算。

（1）單層磚柱廠房橫向抗震計算的計算簡圖可按下列規定選取：當廠房柱為無筋磚柱或邊柱為組合磚柱、中柱為鋼筋混凝土柱時，可采用下端為固接、上端為鉸接的排架結構模型（單層磚柱廠房橫向抗震計算的計算簡圖見圖3）。

圖3 單層磚柱廠房橫向抗震計算的計算簡圖

（2）當廠房邊柱為無筋磚柱、中柱為鋼筋混凝士柱，在確定廠房自振周期時，磚柱下端按固接考慮，在計算水平地震作用時，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，無筋磚柱下端開裂并退出工作，因而全部橫向地震作用由中部的鋼筋混凝土柱承擔。輕型屋蓋單層磚柱廠房的橫向抗震計算，可以忽略空間工作影響。對于鋼筋混凝上屋蓋和密鋪望板的瓦木屋蓋廠房，其空間作用不能忽略，應按空間分析的方法進行計算：但為了簡化，對于一定條件下的廠房可以按平面排架進行計算，考慮到其空間工作影響，對計算的地震作用效應要進行調整。

3.2 縱向抗震計算。

（1）對于鋼筋混凝土屋蓋的等高多跨磚柱廠房，當考慮屋蓋為剛性時，縱向地震作用在各柱列之間的分配與柱列的側移剛度成正比：當考慮屋蓋的彈性進行空間分析時，側移剛度較大的柱列分配的地震作用比按剛性屋蓋分配的地震作用小，而側移剛度較小的柱列分配的地震作用比按剛性屋蓋分配的地震作用大。設計中為了利用剛性屋蓋假定時縱向地震作用分配形式簡單的優點，可以針對不同屋蓋形式對柱列的側移剛度乘以修正系數，作為縱向地震分配時的柱列剛度，并對所計算的廠房自振周期進行修正，以考慮屋蓋的彈性影響。

（2）對于縱墻對稱布置的單跨廠房，在廠房縱向沿跨中切開，取一個柱列進行縱向計算與對廠房進行整體分析結果是相同的。對于輕型屋蓋的多跨廠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，為了計算簡便，仍可假定各縱向柱列在地震時獨立振動，按柱列法進行計算。

4. 抗震構造措施

（1）單層磚柱廠房采用鋼筋混凝上屋蓋時的抗震構造措施可參照鋼筋混凝土柱廠房的有關規定。未設上弦及下弦水平支撐的楞攤瓦屋蓋，屋架產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，保證屋蓋沿縱向有足夠的剛度和穩定，以滿足抗震的要求。

（2）圈梁對增強廠房的整體性起到了重要作用，但預制圈梁抗震性能差，地震時在連接外容易拉斷，因此要求圈梁應現澆且在廠房柱頂標高處沿房屋外墻及承重內墻閉合。對于8度區還應沿墻高每隔3～4m增設一道圈梁，可提高磚墻的抗震性能，并能夠限制地震時墻體裂縫的開展，減輕墻體破壞。當地基為軟弱粘性土、液化土、新近填土或嚴重不均勻土層時，地震易出現裂縫，此時基礎頂面應設置基礎圈梁，以減輕地震災害。當圈梁兼做門窗過梁或抵抗不均勻沉降影響時，圈梁的截面和配筋除滿足抗震構造要求外，還應根據實際受力計算確定。