单跨框架结构多层工业厂房的抗震设计探讨

蒋超 袁博

摘 要：我国是一个火山地震灾害频发的国家，而地震作为一种强烈的自然地质灾害，因其难以预测、巨大的破坏力等特点，已经成为危害人类生命财产安全的最严重的自然灾害。

关键词：单跨框架；多层；厂房；抗震设计

地震能使一个城市顷刻间变为废墟，而地震中大量伤亡是由于房屋倒塌所致。震后对房屋倒塌原因进行调查发现，大量早期学校等采用单跨框架结构形式，由于该类结构抗震冗余度不足、抗震防线缺失，在地震中一旦柱子发生了破坏会导致破坏迅速发展，进而导致整个结构的倒塌破坏，整个过程时间短，破坏程度大，所以对于新建建筑的抗震设计以及对于已有建筑物不符合抗震标准时的设计便显得至关重要。

1 单跨框架结构震害特征

地震作用千变万化，地震作用于单跨混凝土结构上由于结构设计、施工质量以及其他影响因素的不同，反映出的破坏特征也有所不同，综合历次大地震的震后调查，可以归纳为以下几点震害特征：

1.1 填充墙破坏

单跨框架結构是纵向由多榀框架组成，但在横向只有一跨的结构形式。由于横向结构过于简单，冗余度过少，便出现了结构的整体刚度偏小的情况，所以使得结构在地震作用下将会产生较大的位移，而填充墙在结构中不但起到划分空间的作用，同时也会随框架承担一定由底层向上传递的横向地震力，随着结构侧移的增大，墙体拉应力超过砌体所能承受最大拉应力，从而发生剪切破坏，导致填充墙发生开裂、破碎等破坏，失去承载能力。

1.2 单跨框架破坏

单跨框架结构究其破坏原因可分为形成梁铰和柱铰两种破坏机制，当框架形成梁铰机制时，由于梁刚度相对柱较小，且承担弯矩较大，使得在地震作用下梁先进入屈服阶段，两端形成了塑性铰，率先消耗地震能，结构位移较大，使框架具有良好的耗能能力与变形能力，保证了结构安全性。

1.3 框架节点破坏

框架节点的破坏不同于中所述的破坏，表现为节点处产生交叉或对角裂纹，主要原因是由于设计或施工时节点处的配箍量不够等，使框架梁柱节点处纵筋出现弯曲外鼓，造成节点出梁柱丧失连系失去承载能力。

1.4 短柱破坏

当结构中存在错层、半层填充墙、连系梁或加层时，易形成短柱。短柱由于刚度较大且剪跨比较小，地震作用下，会受到更大的地震力，易导致柱子剪切破坏形成脆性断裂，甚至会发生生命通道破坏及建筑物坍塌的后果。

1.5 顶部附属结构破坏

顶部附属结构指的是女儿墙及屋顶间等，由于附属结构的刚度及质量与下部主体相比相差很大，则易在屋顶处发生刚度与质量突变，在地震作用下，由于“鞭梢效应”的原因，使上部刚度突变处的附属结构承担较大地震力，使其极易发生破坏，甚至坍塌。

2 抗震设计主要措施

随着我国综合实力和对于科学技术的重视程度不断增强，从20世纪九十年代之后，建筑物抗震加固技术发展迅速，不但出现了一大批新型材料，还涌现了新的工艺与技术，都为建筑物的抗震设计提供了新的思路与途径。

2.1 增大截面法

该方法是在原构件外部新浇砼，通过增加构件的截面面积与配筋，来提高构件承载力、截面刚度达到加固的目的。

2.2 局部置换法

与上种方法相同的是局部置换法同样是直接针对构件的薄弱构件进行加固，不同之处是当构件局部强度过低或有蜂窝等严重缺陷，无法通过增大截面达到目的时，则需将该部位劣质砼剔除掉，换以相较原结构更高标号的优质混凝土以恢复结构基本功能，所以该方法具有能将结构加固后恢复原貌且不改变使用空间的优点。

2.3 外包钢加固法

该方法是通过在所需加固的构件外部直接外包或外粘钢材来直接提高构件承载力、延性等，而用来加固的钢材可依情况使用型钢和钢板等，对梁等都可采用此法，可在构件四角通常或局部设置角钢，横向利用箍板使外包钢构件形成钢构架，可通过胶黏剂与原构件连接使其共同工作，或不进行连接处理使其独立承担荷载单独工作以完成加固。而且该法能大幅提高构件承载力与抗裂性能，占用空间较小，施工周期短，施工简便，被广泛应用。

2.4 贴纤维复合材法

该方法是采用高性能黏结剂将纤维布粘贴在构件表面，使二者协同工作，起到提高结构承载能力等作用。纤维复合材通常指的是碳纤维和玻璃纤维，若将外贴钢材的方法称为刚性粘贴，而该法则可称为柔性粘贴法，是一种新型高效的结构修补加固技术。所用材料有着强度大、抗腐蚀、抗疲劳能力强、自重小、不影响结构自重与使用空间等特点，而且随着科技的发展，更优质的纤维材料越来越被广泛地应用于受弯和受拉承载力不足构件的加固，并取得了良好的效果。

2.5 加预应力法

外加预应力法是通过在原结构上，外加预应力的拉杆或撑杆，使所施加预应力分担原构件的部分荷载，改善了原构件受力与变形状态，间接增加原构件承载能力，从而起到抗震加固的作用。该方法所施加预应力可消除后加杆件的应力滞后现象，使杆件有效工作，且预应力产生的负弯矩，可有效抵消原构件部分荷载弯矩，进而有效减小构件挠度等。

2.6 设支点法

增设支点法又称为改变结构传力途径法，是通过在构件上增设支点减少构件计算跨度，改变结构原本受力体系，从而大幅度提高原结构承载力并减小梁板构件挠度的间接加固的方法。所加支点根据支撑情况和受力性能不同，可分为刚性支点和弹性支点两种。

3 结束语

综上所述，根据多层工业厂房单跨框架结构适用的抗震设计规定，根据当下单跨框架结构的实际特点，我们在日常操作中，可通过控制轴压比、采用增大截面、局部置换法、外包钢加固等措施，以提高多层单跨钢筋混凝土框架结构工业厂房的抗震性能及防倒塌能力。

参考文献

[1]朱炳寅.建筑抗震设计规范应用与分析（GB50011—2010）[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.