湯海濤

摘要:磚柱廠房是以磚柱(墻)做為承重和抗側(cè)力構(gòu)件,由于材料的脆性性質(zhì),其抗震性能比鋼筋混凝土柱廠房差;由于磚往廠房?jī)?nèi)部空曠、橫墻問距大,地震時(shí)的抗倒塌能力不如砌體結(jié)構(gòu)的民用建筑。因此根據(jù)磚柱廠房的震害特點(diǎn),找出杭震的薄弱環(huán)節(jié),提出相應(yīng)的抗震措施,提高其抗震能力是必要的。本文根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》編制的原則,通過對(duì)單層磚柱廠房震害分析,提出相應(yīng)的抗震設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞:磚柱廠房 地震震害 抗震設(shè)計(jì) 構(gòu)造方法

1 我國抗震設(shè)計(jì)的一般規(guī)定

1.1 適用范圍 本節(jié)適用于下列范圍內(nèi)的燒結(jié)普通磚柱(墻垛)承重的中小型廠房和倉庫:

1.1.1單跨和等高多跨且無橋式吊的車間、倉庫等。

1.1.2 6～8度,跨度不大于15m且柱頂標(biāo)高不大于6.6m。

1.1.3 9度,跨度不大于12m且柱頂標(biāo)高不大于4.5m。

超出以上范圍的單層磚柱廠房,應(yīng)專門研究采取更有效的措施。

2 抗震設(shè)計(jì)基本要求

2.1 地震時(shí)磚排架廠房的破壞程度,不僅決定于各主要抗側(cè)力構(gòu)件的材料和強(qiáng)度,還與整個(gè)房屋的振動(dòng)性狀密切相關(guān)。平面或體形不規(guī)則,墻體布置不對(duì)稱,會(huì)使廠房在地震作用下不僅出現(xiàn)空間剪切變形,還會(huì)伴有扭轉(zhuǎn)振動(dòng),使震害加重,而且復(fù)雜體形引起的強(qiáng)烈局部振動(dòng)將加重突變部位的震害。因此,為了增加房屋的總體抗震能力,消除局部震害,廠房的平立面體型應(yīng)簡(jiǎn)單規(guī)正,力求從總體上使結(jié)構(gòu)質(zhì)量和剛度分布均勻,質(zhì)量中心與剛度中心重合,避免剛度突變部位的震害。

2.2 廠房的震害程度與地震烈度、屋蓋結(jié)構(gòu)類型、體形規(guī)則程度和廠房尺寸有關(guān),高烈度區(qū)、重屋蓋或體型高大的廠房地震反應(yīng)大,震害破壞重。因此,有條件時(shí)磚排架廠房宜采用輕型屋蓋,并控制不同烈度地區(qū)的廠房跨度和高度。

2.3 磚砌體屬脆性材料,變形能力差,抗剪、抗拉、抗彎強(qiáng)度很低,地震作用下產(chǎn)生的側(cè)向變形,就會(huì)使磚柱發(fā)生水平斷裂,隨著側(cè)移的增加,裂縫向磚柱的內(nèi)部延伸,使磚柱截面受壓區(qū)減小,局壓增大,以致砌體壓碎、崩落,造成廠房橫向倒塌。為了保證廠房的抗震性能,除限制磚排架的使用范圍外,尚應(yīng)合理選擇磚排架柱的截面型式。

2.4 地震震害表明,加強(qiáng)整體性,充分發(fā)揮房屋的空間作用是提高單層磚柱廠房抗震性能的有效措施。為此,有條件時(shí)單層磚柱廠房宜采用質(zhì)量較輕又能保證廠房空間工作的屋蓋,如鋼筋混凝土有檁屋蓋或輕型無檁屋蓋;有條件時(shí)宜適當(dāng)加大房屋的跨度,減小房屋的長(zhǎng)度,控制山墻的間距;內(nèi)橫墻宜做成抗震墻;加強(qiáng)屋蓋支撐系統(tǒng);設(shè)置柱頂閉合圈梁等措施,使廠房的橫向水平地震作用盡可能多地通過屋蓋系統(tǒng)傳遞給山、橫墻,以減輕磚排架在地震作用下的負(fù)擔(dān)。瓦木屋蓋的廠房,在抗震驗(yàn)算中雖不能考慮空間作用,但歷次地震表明,即使這種輕型屋蓋房屋,在地震作用下,空間作用的反應(yīng)還是比較明顯的。因此,當(dāng)必須采用瓦木屋蓋時(shí),宜架設(shè)木望扳。

2.5 山墻在單層磚柱廠房的抗震中具有重要作用,它既可以通過廠房的空間工作,分擔(dān)廠房傳來的一部分橫向水平地震作用,減輕磚排架的負(fù)擔(dān),同時(shí)還承受一部分屋面荷載。在地震作用下,即使是山墻頂部的破壞,也可能導(dǎo)致廠房端開間屋蓋的倒塌。因此,在抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)著重保證山墻構(gòu)件的強(qiáng)度和穩(wěn)定。

2 結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)

2.1 地震時(shí)廠房破壞程度與屋蓋類型有關(guān),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(qū)影響更為明顯。因此要求6-8度時(shí)宜采用輕型屋蓋,9度時(shí)應(yīng)采用輕型屋蓋。地震震害調(diào)查表明:6、7度時(shí)的單跨和等高多跨磚柱廠房基本完好或輕微破壞,8、9度時(shí)排架柱有一定的震害甚至倒塌。因此《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(G8Jll一89)規(guī)定:6、7度時(shí)可采用十字形截面的無筋磚柱,8度1、2類場(chǎng)地應(yīng)采用組合磚柱,8度3、4類場(chǎng)地及9度時(shí)邊柱宣采用組合磚柱,中柱直采用鋼筋混凝土柱。經(jīng)過地震震害分析發(fā)現(xiàn):非抗震設(shè)計(jì)的單層磚柱廠房經(jīng)過8度地震也有相當(dāng)數(shù)量的廠房基本完好,所倒塌的廠肩大部份在設(shè)計(jì)和施工上也存在先天不足,因此正常設(shè)計(jì)正常施工和正常使用的無筋磚柱單層廠后,在8度區(qū)仍然具有一定的抗震能力。

2.2 對(duì)于單層磚柱廠房的縱向仍然要求具有足夠的強(qiáng)度和剛度,單靠磚柱做為抗側(cè)力構(gòu)件是不夠的,如果象鋼筋混凝土柱廠房那樣設(shè)置柱間支撐,會(huì)吸引相當(dāng)大的地震剪力。使磚拄剪壞。為了增強(qiáng)廠房的縱向抗震承載力,在柱間砌筑與柱整體連接的縱向磚墻,以代替柱間支撐的作用,這是經(jīng)濟(jì)有效的方法。

2.3 當(dāng)廠房?jī)啥藶榉浅兄厣綁r(shí),山墻頂部與檁條或屋面板恨難連接,只能依靠屋架上弦與防風(fēng)柱上端連接做為山墻頂部的支點(diǎn),這不僅降低了房屋整體空間作用,對(duì)防止山墻的出平面破壞也不利,因此廠房?jī)啥司鶓?yīng)設(shè)置承重山墻。

2.4 廠房的縱橫向內(nèi)隔墻宣做成抗震墻,其目的充分利用培體的功能,避免主體結(jié)構(gòu)的破壞。當(dāng)內(nèi)隔墻不能做成抗震墻時(shí),最好采用輕質(zhì)隔墻,以避免墻體對(duì)柱及柱與屋架連接節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生不利影響,如果采用非輕質(zhì)隔墻,則應(yīng)考慮隔墻對(duì)柱及其與屋架節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的附加剪力。

2.5 無窗架不應(yīng)通至廠房單元的端開間,以免過份削弱屋蓋的剛度。天窗架采用磚壁承重時(shí),將產(chǎn)生嚴(yán)重的震害甚至倒塌,地震區(qū)應(yīng)避免使用。

3 抗震構(gòu)造措施

3.1 單層磚柱廠房采用鋼筋混凝上屋蓋時(shí)的抗震構(gòu)造措施可參照鋼筋混凝土柱廠房的有關(guān)規(guī)定。采用瓦木屋蓋時(shí),設(shè)有滿鋪望板的抗震能力比無望板強(qiáng)得多,望板能起到阻止屋架傾斜的作用。地震震害表明,未設(shè)上弦及下弦水平支撐的楞攤瓦屋蓋,屋架產(chǎn)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(tǒng),保證屋蓋沿縱向有足夠的剛度和穩(wěn)定,以滿足抗震的要求。

3.2 圈梁對(duì)增強(qiáng)廠房的整體性起到了重要作用,但預(yù)制圈梁抗震性能差,地震時(shí)在連接外容易拉斷,因此要求圈梁應(yīng)現(xiàn)澆且在廠房柱頂標(biāo)高處沿房屋外墻及承重內(nèi)墻閉合。對(duì)于8、分度區(qū)還應(yīng)沿墻高每隔3-4m增設(shè)一道圈梁,可提高磚墻的抗震性能,并能夠限制地震時(shí)墻體裂縫的開展,減輕墻體破壞。當(dāng)?shù)鼗鶠檐浫跽承酝?、液化土、新近填土或?yán)重不均勻土層時(shí),地震易出現(xiàn)裂縫,如果裂縫穿過廠房將使房屋撕裂,基礎(chǔ)頂面應(yīng)設(shè)置基礎(chǔ)圈梁,以減輕地震災(zāi)害。當(dāng)圈梁兼做門窗過梁或抵抗不均勻沉降影響時(shí),圈梁的截面和配筋除滿足抗震構(gòu)造要求外,還應(yīng)根據(jù)實(shí)際受力計(jì)算確定。

采用鋼筋混凝土無檁屋蓋的磚柱廠房,地震時(shí)在屋蓋處圈梁下一至四皮磚的磚墻上易出現(xiàn)水平裂縫,因此8、9度時(shí),在墻頂沿墻長(zhǎng)每隔1m 左右埋設(shè)1根8豎向鋼筋,并插入頂部圈梁內(nèi),以避免上述震害的產(chǎn)生。

3.3 地震中屋架與磚柱連接不牢,柱頭產(chǎn)主破壞甚至屋蓋坍落的震例是較多的。為了加強(qiáng)屋架與磚柱的連接,柱頂墊塊應(yīng)與墻頂圈梁整體澆注,屋架與墊塊的預(yù)埋件采用螺栓連接或焊接。當(dāng)墊塊厚度或配筋過小時(shí)。預(yù)埋件的錨固不能滿足要求,墊塊厚度丁應(yīng)小于240mm,井配置兩層直徑不小于8間距不大于100mm的鋼筋網(wǎng)。烈度較高時(shí),屋蓋承受的地震作用較大,與墊塊整體澆注的圈粱受到較大的扭矩,墊塊兩側(cè)各500mm范圍內(nèi)圈梁的箍筋應(yīng)加密,其間距不應(yīng)大子100mm。

3.4 山墻是磚柱廠房抗震的薄弱部位,地震時(shí)產(chǎn)生外傾、局部倒塌甚至全部倒塌,震害的主要原因是山墻頂部與屋蓋系統(tǒng)拉結(jié)不牢。為了使屋蓋與山墻可靠連接,應(yīng)在山培頂部設(shè)置鋼筋混凝上臥梁,通過臥梁內(nèi)的預(yù)埋件與屋蓋構(gòu)件錨拉。

由于山墻比較高大,在橫向地震作用下,墻體內(nèi)的平面彎曲應(yīng)力使墻體產(chǎn)主水平裂縫,墻體內(nèi)的剪力使墻體產(chǎn)生交叉裂縫;在縱向地震作用下,墻體產(chǎn)生平面外傾倒。在山墻壁柱中配筋,可以防止或減輕上述震害的產(chǎn)生,壁柱的截面和配筋不應(yīng)小于排架柱,并應(yīng)通到墻頂與臥梁、屋面構(gòu)件連接。

為了防止山墻和橫墻的剪切破壞,對(duì)其開侗應(yīng)有所限制,開洞的水平截面面積不應(yīng)超過總截面面積的50%。8、9度時(shí)在山墻和橫墻兩端應(yīng)設(shè)置構(gòu)造柱,9度時(shí)在高大洞口兩側(cè)應(yīng)設(shè)置構(gòu)造柱。