单层钢筋混凝土柱厂房的震害及其分析

陈琬灵

摘 要：本文主要阐述了单层钢筋混凝土柱厂房在地震中受到的破坏，根据其破坏的表现分析震害在各个构件上所引起的原因，找出房屋的抗震薄弱环节，总结出有益的抗震措施。

关键词：地震；单层厂房；震害；混凝土

单层钢筋混凝土柱厂房是我国当前建筑业中使用最广泛的一种建筑厂房形式，由于厂房结构构件组成和链接方式与一般民用混凝土框架建筑有相当大的区别，使之具有脆性性质，结构的抗剪、抗拉、抗弯的强度低，未经合理抗震设计的多数遭到严重破坏。鉴于未来地震施加给结构物的地震作用具有很大的不确定性，过高地要求技术结构的地震作用效应和地震反应，目前还很困难。因此必须重视房屋震害的实地考察，找出房屋的抗震薄弱环节，总结出有益的抗震措施。

单层钢筋混凝土柱厂房的一般震害表现为：在6地震烈度、7地震烈度地区主体结构完好，少数围护砖墙开裂外闪，突出屋面的Π形天窗架局部损坏；在8地震烈度区主体结构有不同程度的破坏，例如，有相当多的上柱裂缝，与柱和屋盖拉结不好的围护墙局部倒塌，Π形天窗架倾倒，个别重屋盖厂房屋盖塌落等；在9地震烈度区主体结构破坏严重，砖围护墙大量倒塌，Π形天窗架大量倾倒，不少厂房屋盖塌落；在10地震烈度、11地震烈度地区，大多数厂房倒塌毁坏。

从震害调查结果来看，现有未抗震设防的单层钢筋混凝土柱厂房，凡经正规设计而由于考虑了类似于水平地震作用的风荷载和吊车水平荷载，对于抵抗7地震烈度地震作用是有足够能力的，但也存在若干薄弱环节；而对于7地震烈度以上地震，则显示出其抵抗能力的不足。特别是单层钢筋混凝土柱厂房存在着纵向抗震能力较差以及构件联结构造单薄，支撑体系较弱，构件若干截面强度不足等薄弱环节。位于第Ⅳ类建筑场地的厂房震害加重，主要是由于厂房自振周期与场地土卓越周期接近而产生了类共振所造成的。单层钢筋混凝土柱厂房的主要震害表现如下：

1 屋盖体系

屋盖体系在7地震烈度区基本完好，仅在个别柱间支撑处屋面板支座酥裂；8地震烈度区发生屋面板错动、移位、震落，造成屋盖局部倒塌；9地震烈度区发生屋架倾斜、位移，屋盖部分塌落，屋面板犬量开裂、错位；9地震烈度以上地区则发生屋盖大面积倒塌。

屋面板的端部预埋件小，且预应力屋面板的预埋件又未与板肋内主筋焊接，加上施工中有的屋面板搁置长度不足，屋面板与屋架焊接连接点数量不足，焊接质量差甚至漏焊，板间没有灌缝或灌缝质量很差等原因，造成大型屋面板与屋架上弦间的连结质量差，同时屋盖支撑布置稀少或不符合抗震传力的要求，这样将使很多厂房因屋盖整体刚度差，而导至地震时屋盖体系发生上述的震害。

另外，从屋盖纵向地震作用的传递来看，柱间支撑所在开间是屋盖地震作用最后集中的地方。由于在这一开间没有设置屋盖上弦水平支撑，地震力由屋面板集中传递，结果则造成在柱间支撑的开间内屋面板与屋架的连接破坏。连接较强时，则可能引起强度不足的屋架端角破坏，甚至使屋架上弦剪切破坏，并可能导至屋盖倒塌。

2 天窗架

Π形天窗架的震害普遍。7地震烈度区出现天窗架立柱与侧板连接处及立柱与天窗架垂直支撑连接处混凝土开裂的现象；在8地震烈度区，上述裂缝贯穿全截面，混凝土酥碎，严重者天窗架在立柱底部折断倒塌，并引起厂房屋盖倒塌；9-10地震烈度区Π形天窗架大面积倾倒。这充分地反映了突出屋面天窗架纵向抗震能力的薄弱。Π形天窗架的震害如此严重，其主要原因是天窗架垂直支撑布置不合理和不足；另外，天窗架本身在设计和构造上也存在一些问题，天窗架竖杆截面强度不足，天窗侧板与竖杆刚性连接形成刚度突变，易于造成应力集中。突出屋面天窗架的纵向侧移刚度要比厂房柱列刚度小得多，这样，高振型的影响使天窗纵向水平地震作用显著增大。在纵向地震作用下，一旦支撑破坏而退出工作，地震作用全部由天窗架承受，而天窗架本身又存在上述缺陷，当天窗架承受不了这此地震作用时，必然沿纵向破坏。由于天窗架的纵向倒塌也可能引起屋盖倒塌。调查表明，井式天窗降低了厂房高度，震后基本完好，是抗震性能较好的一种天窗型式。

3 柱

钢筋混凝土柱在7地震烈度区基本完好；在8地震烈度、9地震烈度区破坏一般较轻，个别比较严重者，发现有上柱根部折断的震害；在10地震烈度、11地震烈度区有部分厂房发生倾倒。一般情况下，钢筋混凝土柱具有一定的抗震能力，但它的局部震害是普遍的，有时甚至严重的，下面分项叙述其震害情况：

3.1 上柱根部或吊车梁处出现水平裂缝、酥裂或折断。上述震害的原因是，上柱在地震中承受着直接从屋盖传来的地震力，而上柱的截面与侧向刚度都比下柱要小，其变形与内力比下柱大；上柱根部或吊车梁顶处（吊车梁也起到嵌固作用）是刚度突变和应力集中的部位；对于高低跨厂房的中柱；受高振型的影响，弯矩较大，上柱本身也存在着抗震强度不足的缺陷。

3.2 高低跨厂房中柱支承低跨屋盖的牛腿（肩梁）的竖向劈裂。这一震害的发生，主要是因为高低跨厂房在地震时存在着高振型的影响，高低两个屋盖产生相反方向的运动；增大了柱牛腿（肩梁）的地震水平拉力，致使其竖向开裂。

3.3 设有柱间支撑的厂房，在柱间支撑与柱的联结部位，由于支撑的拉力作用和应力集中的影响，柱上多有水平裂缝出现，严重者，也有柱间支撑把柱脚剪断的震害。

3.4 实腹柱下柱由于弯矩和剪力过大，强度不足，在柱根附近往往产生水平裂缝或环裂，严重时可发生酥碎或错位乃至折断。

平腹杆双支柱由于刚度较小和腹杆构造单薄，多数在平腹杆两端有环形裂缝。开孔的预制腹板工字形柱，多数在腹板孔间产生交叉裂缝。

4 连接

房装配式构件的连接破坏是相当普遍的震害现象。前面已叙述了屋面板与屋架、天窗架与屋架间连接薄弱所造成的震害。在8地震烈度、9地震烈度区，屋架与柱顶连接发生一般损坏或破坏；10地震烈度区，则往往遭到严重破坏。由于上述连接的破坏而使屋盖坠落，带来了严重的震害。这是由于这些连接部位未考虑抗震必需的强度和一定延性的要求，屋架与柱顶采用刚性焊接，受力后不起铰接作用；柱顶范围箍筋配置稀少，类似素混凝土构件。在水平地震作用下，连接节点处于弯矩、水平剪力和竖向轴力等的共同作用。由于柱顶混凝土承受不了上述外力作用，轻则柱顶开裂压酥，重则混凝土剥落，埋件拔出，锚筋拉断，屋架端头破裂，甚至将上柱折断。位于厂房单元中部的柱，由于变形大上述震害更明显。

此外，在纵向地震作用下，个别厂房吊车梁与柱连接破坏，使吊车梁缴向位移，甚至掉落。山墙柱上端与屋架的连接处，震后也常见有不同程度的破损现象。

5 支撑系统

在厂房支撑系统的震害中，以天窗架垂直支撑最为严重，其次是屋盖垂直支撑和柱间支撑。在过去未抗震设防的厂房中，支撑只按构造设置，间距过大、支撑数量不足、形式不尽合理、杆件刚度偏弱、强度偏低、节点构造单薄等，地震后即发生杆件压曲、部分节点扭折、焊缝撕开、锚件拉脱、，锚筋拉断等现象，也有个别杆件拉断的。上述破坏使支撑部分失效或完全失效，结果造成主体结构错位或倾倒。有时，震后支撑虽未失效，但因间距过大造成其撑杆对厂房结构的应力集中，则可能导致主体结构的破坏。