单层砖柱厂房抗震设计与加固研究

傅琳琳

【摘 要】单层砖柱厂房造价低廉、构造简单、施工方便，由于材料的脆性性质，其抗震性能较差。笔者通过若干工程实例，详细分析了单层砖柱厂房的震害，找出杭震的薄弱环节，结合结构体系与结构布置的原理，提出相应的抗震设计及加固工艺与构造措施。

【关键词】单层厂房；砖柱；抗震设计；加固

单层砖柱厂房以砖柱（墙）作为承重和抗侧力构件，砖柱厂房内部空旷、横墙问距大、地震时的抗倒塌能力不如砌体结构的民用建筑。由于砌体材料的脆性性质，其抗震能力不如钢筋混凝土柱厂房；笔者通过若干工程实例，详细分析了单层砖柱厂房的震害，找出单层砖柱厂房抗震的薄弱环节，结合结构体系与结构布置的原理，提出相应的抗震措施与加固方法，对提高其抗震能力有很重要的现实意义。

1. 单层砖柱震害分析

（1）6、7度区：未经设防的单层砖结构厂房，多数只有轻微破坏或基本完好，少数为中等破坏。8度区：多数有破坏，部分受到中等破坏，个别倒塌。9度区：大多数有严重破坏或倒塌，只有个别在震后保留下来。

（2）6、7度区单层砖柱厂房破坏较轻，少数砖柱出现弯曲水平裂缝：纵墙水平裂缝、砖垛折断、山墙斜裂缝。屋架支座联结处的局部破坏。

（3）8度区出现纵墙水平裂缝、砖垛折断、山墙斜裂缝、屋架支座联结处的局部破坏、倒塌或局部倒塌，主体结构产生破坏；9度区厂房出现较为严重的破坏，倒塌率较大。如图1、图2。

图1 砖柱出现裂缝图

（4）从震害特点看，砖柱是厂房的薄弱环节，外纵墙的砖柱在窗台高度或厂房底部产主水平裂缝，内纵墙的砖柱在底部产生水平裂缝，砖柱的破坏是厂房倒塌的主要原因。山墙在地震时产生以水平裂缝为代表的平面外弯曲破坏，山墙外倾、檩条拔出，严重时山墙倒塌，端开间屋盖塌落。屋盖形式对厂房抗震性能有一定的影响，重屋盖厂房的震害普遍重于轻屋盖厂房，楞摊瓦和稀铺望板的瓦木屋盖，其纵向水平刚度和空间作用较差，地震时屋盖易产生倾斜。

图2 砖墙出现裂缝图

2. 结构体系与结构布置

（1）厂房的平立面应简单规则。当平面为L、T形时，厂房阴角部位易产生震害。对于立面复杂的厂房，当屋面高低错落时，由于振动的不协调而发主碰撞，震害更为严重。 当厂房体型复杂或有贴建的房屋（或构筑物）时，应设置防震缝将厂房与附属建筑分割成各自独立、体型简单的抗震单元，以避免地震时产生破坏。

（2）地震时厂房破坏程度与屋盖类型有关，一般来说重型屋盖厂房震害重，轻型屋盖厂房震害轻，在高烈度区影响更为明显。因此要求6～8度时宜采用轻型屋盖，9度时应采用轻型屋盖。

（3）当厂房两端为非承重山墙时，山墙顶部与檩条或屋面板很难连接，只能依靠屋架上弦与防风柱上端连接作为山墙顶部的支点，这不仅降低了房屋整体空间作用，对防止山墙的出平面破坏也不利，因此厂房两端均应设置承重山墙。

（4）厂房的纵横向内隔墙宜做成抗震墙，避免主体结构的破坏。当内隔墙不能做成抗震墙时，最好采用轻质隔墙，以避免墙体对柱及柱与屋架的连接节点产生不利影响。

（5）天窗架不应通至厂房单元的端开间，以免过分削弱屋盖的刚度。天窗架采用砖壁承重时，将产生严重的震害甚至倒塌，地震区应避免使用。

3. 抗震承载力计算

3.1 横向抗震计算。

（1）单层砖柱厂房横向抗震计算的计算简图可按下列规定选取：当厂房柱为无筋砖柱或边柱为组合砖柱、中柱为钢筋混凝土柱时，可采用下端为固接、上端为铰接的排架结构模型（单层砖柱厂房横向抗震计算的计算简图见图3）。

图3 单层砖柱厂房横向抗震计算的计算简图

（2）当厂房边柱为无筋砖柱、中柱为钢筋混凝士柱，在确定厂房自振周期时，砖柱下端按固接考虑，在计算水平地震作用时，砖柱下端按铰接考虑。这主要是考宅到在地震作用下，随着变形的不断增加，无筋砖柱下端开裂并退出工作，因而全部横向地震作用由中部的钢筋混凝土柱承担。轻型屋盖单层砖柱厂房的横向抗震计算，可以忽略空间工作影响。对于钢筋混凝上屋盖和密铺望板的瓦木屋盖厂房，其空间作用不能忽略，应按空间分析的方法进行计算：但为了简化，对于一定条件下的厂房可以按平面排架进行计算，考虑到其空间工作影响，对计算的地震作用效应要进行调整。

3.2 纵向抗震计算。

（1）对于钢筋混凝土屋盖的等高多跨砖柱厂房，当考虑屋盖为刚性时，纵向地震作用在各柱列之间的分配与柱列的侧移刚度成正比：当考虑屋盖的弹性进行空间分析时，侧移刚度较大的柱列分配的地震作用比按刚性屋盖分配的地震作用小，而侧移刚度较小的柱列分配的地震作用比按刚性屋盖分配的地震作用大。设计中为了利用刚性屋盖假定时纵向地震作用分配形式简单的优点，可以针对不同屋盖形式对柱列的侧移刚度乘以修正系数，作为纵向地震分配时的柱列刚度，并对所计算的厂房自振周期进行修正，以考虑屋盖的弹性影响。

（2）对于纵墙对称布置的单跨厂房，在厂房纵向沿跨中切开，取一个柱列进行纵向计算与对厂房进行整体分析结果是相同的。对于轻型屋盖的多跨厂房虽然屋盖仍具有一定的水平刚度，考虑到屋盖与砖墙的弹性极限变形值相差较大，为了计算简便，仍可假定各纵向柱列在地震时独立振动，按柱列法进行计算。

4. 抗震构造措施

（1）单层砖柱厂房采用钢筋混凝上屋盖时的抗震构造措施可参照钢筋混凝土柱厂房的有关规定。未设上弦及下弦水平支撑的楞摊瓦屋盖，屋架产主倾斜甚至倒塌的震害较多，因此要有足够的屋盖支撑系统，保证屋盖沿纵向有足够的刚度和稳定，以满足抗震的要求。

（2）圈梁对增强厂房的整体性起到了重要作用，但预制圈梁抗震性能差，地震时在连接外容易拉断，因此要求圈梁应现浇且在厂房柱顶标高处沿房屋外墙及承重内墙闭合。对于8度区还应沿墙高每隔3～4m增设一道圈梁，可提高砖墙的抗震性能，并能够限制地震时墙体裂缝的开展，减轻墙体破坏。当地基为软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀土层时，地震易出现裂缝，此时基础顶面应设置基础圈梁，以减轻地震灾害。当圈梁兼做门窗过梁或抵抗不均匀沉降影响时，圈梁的截面和配筋除满足抗震构造要求外，还应根据实际受力计算确定。