单层混凝土工业用地纵向抗震理念研究

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1、单层混凝土工业用地纵向抗震理念研究1绪论1.1课题背景1.1.1单层工业厂房的结构形式50年来，出于大量基建工程的需要，我国兴建大量工业厂房，厂房震害的严重性也由此突显出来。特别是1975年海城地震【3】和1976年唐山地震⑷，大量厂房遭到严重破坏甚至倒塌，造成重大经济损失和人员伤亡⑸。在坟川震区，有些厂房是二十世纪六、七十年代兴建的，这些大型屋面板重型屋盖结构厂房破坏尤其严重，甚至由于厂房的严重破坏和倒塌而导致企业或车间震后处于停产状态，如东方汽轮机厂、宏达化工厂等【6】。值得一提的是，许多工业厂房虽然是严格按照国家规范设计建造的，但是在罕遇地震

2、作用下，该类厂房仍然受到较大的破坏【7】。要减少地震造成的损失，必须提高厂房的抗震能力，而釆取抗震构造措施是否合理是影响其抗震性能的重要因素。因此，对单层厂房的抗震研究工作刻不容缓。地震对单层工业厂房的破坏形式是多种多样的，包括沿厂房横向（排架方向）和沿厂房纵向（垂直于排架方向）的破坏，也包括沿某个方向或扭转的破坏【8】。坟川地震中钢筋混凝土柱单层工业厂房的震害主要出现在屋面体系、围护结构、支撑体系和阶梯柱变阶部位等，从发生震害的部位来看，有以下几种【9】：(1)屋盖体系的震害单层工业厂房屋盖，尤其是重型屋盖，集中了整个厂房绝大部分的质量，是地震作

3、用首当其冲之处，也是厂房主体结构最易遭到地震破坏的部位。而且屋盖是厂房形成整体稳定性的重要部位，屋盖构件连接或屋盖支撑体系的局部破坏往往会引起严重后果。若屋面板与屋架（梁）的燥接质量差，地震时往往造成屋面板错动和大面积滑脱坠落（图1-3)，甚至造成屋架因失去侧向支承而倒塌；屋架的震害主要是端头混凝土酥裂掉角等；设有柱间支撑的跨间，纵向刚度大，屋盖纵向水平地震力在该处最为集中，震害在该处也最为常见；多跨厂房中，当边列砖围护墙采用柱间嵌砲式时，地震时会因各纵向柱列刚度悬殊,纵向侧移不均，使屋架出平面扭转而倒塌。(2)柱及柱间支撑的震害柱与屋架连接的柱顶

4、，由于直接承受来自屋盖强大的纵向、横向和竖向地震作用，柱顶会因强度不足而发生裂缝、混凝土压碎、错筋拔出等震害（图1-4)，尤其设有柱间支撑的柱头，吸收的水平地震力更大，更易发生上述震害上柱根部或吊车梁面高度处因断面突变，易造成应力、变形集中，便会产生水平裂缝，甚至折断倒塌；下柱根部由于水平地震力过大，柱子截面强度不足，地坪以上至窗台这一区段的柱子常会发生横向裂缝；此外，在柱间支撑下端节点处，柱子常被强大的支撑作用力剪断；设有柱间支撑的厂房，支撑承受着厂房绝大部分的纵向地震力，但未经抗震设计的厂房，柱间支撑常按构造设置，当支撑数量不足或撑长细比过大时

5、，撑杆多被曲，若柱间支撑与柱的连接节点薄弱，还会发生节点脱妈、铺件被拔出等震害。(3)围护墙的震害单层厂房的围护墙多数采用外贴式的自承重砖墙，墙体高，自重大，强度低。如果与主体结构拉结不好，地震时容易幵裂、外倾或倒塌。综上所述，单层钢筋混凝土柱厂房的地震破坏，主要发生在屋盖、排架柱及支撑、围护墙体三个部位。历次地震造成的严重损失，使得工业厂房的抗震研究越发的重要，我国地震工程工根据我国多次地震经验，通过对震害的分析、实验、实测和实例验算，对工业厂房抗震设计理论和方法，进行了深入地研究。50年代，我国计算方法基本套用国外的计算方法，现如今已逐步达到建

6、立新的空间分析理论以及数值分析方法，并总结出了一套完整的适用于许多种类型工业厂房的抗震理论设计方法。(1)单榀排架和框排架的分析方法：在50年代，我国工业厂房的建筑形式和结构体系，都是参照苏联建筑。对于工业厂房的地震反应分析，横向取一棍排架或框排架为计算单元；纵向取一个柱列，并不考虑厂房的整体作用。厂房屋盖水平刚度看作零，地震发生时各棍排架框排架和山墙是独立而互不影响的。(2)空间理论的提出：在60年代初，研究者根据单层厂房的各种实测数据，对厂房空间整体工作进行了研究，并提出了空间振动理论，为工业厂房抗震空间整体分析奠定了理论基础。此外根据实测数据

7、所获得的厂房整体变形结果，研究者提出单层工业厂房可简化为用屋盖把一系列排架联系起来而形成一个空间体系，从整体来看，工业厂房屋盖的横向变形以剪切变形为主，因此在结构分析中可视屋盖为水平剪切梁。空间理论虽然已经提出多年，但却迟迟未能应用于实际工禾呈。(3)在70年代初，学者对单层工业厂房的整体空间作用进行了更加深入的研究，并先后对钢筋混凝土有檩屋盖厂房和大型层面板屋盖厂房进行强拉变形实测。通过分析，取得了可供工程应用的屋盖水平刚度具体数值，解决了空间理论向实用转化的一个关键环节。之后又进行了厂房模型整体试验和屋盖模型刚度测定，进一步确认和校核了屋盖水平

8、刚度的取值。2模型的建立及反应谱分析2.1模型的建立2.1.1模型建立背景平面排架假设是建立在没有吊车且未考虑山墙对整体结