單層鋼筋混凝土柱廠房的震害及其分析

陳琬靈

摘 要：本文主要闡述了單層鋼筋混凝土柱廠房在地震中受到的破壞，根據其破壞的表現分析震害在各個構件上所引起的原因，找出房屋的抗震薄弱環節，總結出有益的抗震措施。

關鍵詞：地震；單層廠房；震害；混凝土

單層鋼筋混凝土柱廠房是我國當前建筑業中使用最廣泛的一種建筑廠房形式，由于廠房結構構件組成和鏈接方式與一般民用混凝土框架建筑有相當大的區別，使之具有脆性性質，結構的抗剪、抗拉、抗彎的強度低，未經合理抗震設計的多數遭到嚴重破壞。鑒于未來地震施加給結構物的地震作用具有很大的不確定性，過高地要求技術結構的地震作用效應和地震反應，目前還很困難。因此必須重視房屋震害的實地考察，找出房屋的抗震薄弱環節，總結出有益的抗震措施。

單層鋼筋混凝土柱廠房的一般震害表現為：在6地震烈度、7地震烈度地區主體結構完好，少數圍護磚墻開裂外閃，突出屋面的Π形天窗架局部損壞；在8地震烈度區主體結構有不同程度的破壞，例如，有相當多的上柱裂縫，與柱和屋蓋拉結不好的圍護墻局部倒塌，Π形天窗架傾倒，個別重屋蓋廠房屋蓋塌落等；在9地震烈度區主體結構破壞嚴重，磚圍護墻大量倒塌，Π形天窗架大量傾倒，不少廠房屋蓋塌落；在10地震烈度、11地震烈度地區，大多數廠房倒塌毀壞。

從震害調查結果來看，現有未抗震設防的單層鋼筋混凝土柱廠房，凡經正規設計而由于考慮了類似于水平地震作用的風荷載和吊車水平荷載，對于抵抗7地震烈度地震作用是有足夠能力的，但也存在若干薄弱環節；而對于7地震烈度以上地震，則顯示出其抵抗能力的不足。特別是單層鋼筋混凝土柱廠房存在著縱向抗震能力較差以及構件聯結構造單薄，支撐體系較弱，構件若干截面強度不足等薄弱環節。位于第Ⅳ類建筑場地的廠房震害加重，主要是由于廠房自振周期與場地土卓越周期接近而產生了類共振所造成的。單層鋼筋混凝土柱廠房的主要震害表現如下：

1 屋蓋體系

屋蓋體系在7地震烈度區基本完好，僅在個別柱間支撐處屋面板支座酥裂；8地震烈度區發生屋面板錯動、移位、震落，造成屋蓋局部倒塌；9地震烈度區發生屋架傾斜、位移，屋蓋部分塌落，屋面板犬量開裂、錯位；9地震烈度以上地區則發生屋蓋大面積倒塌。

屋面板的端部預埋件小，且預應力屋面板的預埋件又未與板肋內主筋焊接，加上施工中有的屋面板擱置長度不足，屋面板與屋架焊接連接點數量不足，焊接質量差甚至漏焊，板間沒有灌縫或灌縫質量很差等原因，造成大型屋面板與屋架上弦間的連結質量差，同時屋蓋支撐布置稀少或不符合抗震傳力的要求，這樣將使很多廠房因屋蓋整體剛度差，而導至地震時屋蓋體系發生上述的震害。

另外，從屋蓋縱向地震作用的傳遞來看，柱間支撐所在開間是屋蓋地震作用最后集中的地方。由于在這一開間沒有設置屋蓋上弦水平支撐，地震力由屋面板集中傳遞，結果則造成在柱間支撐的開間內屋面板與屋架的連接破壞。連接較強時，則可能引起強度不足的屋架端角破壞，甚至使屋架上弦剪切破壞，并可能導至屋蓋倒塌。

2 天窗架

Π形天窗架的震害普遍。7地震烈度區出現天窗架立柱與側板連接處及立柱與天窗架垂直支撐連接處混凝土開裂的現象；在8地震烈度區，上述裂縫貫穿全截面，混凝土酥碎，嚴重者天窗架在立柱底部折斷倒塌，并引起廠房屋蓋倒塌；9-10地震烈度區Π形天窗架大面積傾倒。這充分地反映了突出屋面天窗架縱向抗震能力的薄弱。Π形天窗架的震害如此嚴重，其主要原因是天窗架垂直支撐布置不合理和不足；另外，天窗架本身在設計和構造上也存在一些問題，天窗架豎桿截面強度不足，天窗側板與豎桿剛性連接形成剛度突變，易于造成應力集中。突出屋面天窗架的縱向側移剛度要比廠房柱列剛度小得多，這樣，高振型的影響使天窗縱向水平地震作用顯著增大。在縱向地震作用下，一旦支撐破壞而退出工作，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，當天窗架承受不了這此地震作用時，必然沿縱向破壞。由于天窗架的縱向倒塌也可能引起屋蓋倒塌。調查表明，井式天窗降低了廠房高度，震后基本完好，是抗震性能較好的一種天窗型式。

3 柱

鋼筋混凝土柱在7地震烈度區基本完好；在8地震烈度、9地震烈度區破壞一般較輕，個別比較嚴重者，發現有上柱根部折斷的震害；在10地震烈度、11地震烈度區有部分廠房發生傾倒。一般情況下，鋼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，有時甚至嚴重的，下面分項敘述其震害情況：

3.1 上柱根部或吊車梁處出現水平裂縫、酥裂或折斷。上述震害的原因是，上柱在地震中承受著直接從屋蓋傳來的地震力，而上柱的截面與側向剛度都比下柱要小，其變形與內力比下柱大；上柱根部或吊車梁頂處（吊車梁也起到嵌固作用）是剛度突變和應力集中的部位；對于高低跨廠房的中柱；受高振型的影響，彎矩較大，上柱本身也存在著抗震強度不足的缺陷。

3.2 高低跨廠房中柱支承低跨屋蓋的牛腿（肩梁）的豎向劈裂。這一震害的發生，主要是因為高低跨廠房在地震時存在著高振型的影響，高低兩個屋蓋產生相反方向的運動；增大了柱牛腿（肩梁）的地震水平拉力，致使其豎向開裂。

3.3 設有柱間支撐的廠房，在柱間支撐與柱的聯結部位，由于支撐的拉力作用和應力集中的影響，柱上多有水平裂縫出現，嚴重者，也有柱間支撐把柱腳剪斷的震害。

3.4 實腹柱下柱由于彎矩和剪力過大，強度不足，在柱根附近往往產生水平裂縫或環裂，嚴重時可發生酥碎或錯位乃至折斷。

平腹桿雙支柱由于剛度較小和腹桿構造單薄，多數在平腹桿兩端有環形裂縫。開孔的預制腹板工字形柱，多數在腹板孔間產生交叉裂縫。

4 連接

房裝配式構件的連接破壞是相當普遍的震害現象。前面已敘述了屋面板與屋架、天窗架與屋架間連接薄弱所造成的震害。在8地震烈度、9地震烈度區，屋架與柱頂連接發生一般損壞或破壞；10地震烈度區，則往往遭到嚴重破壞。由于上述連接的破壞而使屋蓋墜落，帶來了嚴重的震害。這是由于這些連接部位未考慮抗震必需的強度和一定延性的要求，屋架與柱頂采用剛性焊接，受力后不起鉸接作用；柱頂范圍箍筋配置稀少，類似素混凝土構件。在水平地震作用下，連接節點處于彎矩、水平剪力和豎向軸力等的共同作用。由于柱頂混凝土承受不了上述外力作用，輕則柱頂開裂壓酥，重則混凝土剝落，埋件拔出，錨筋拉斷，屋架端頭破裂，甚至將上柱折斷。位于廠房單元中部的柱，由于變形大上述震害更明顯。

此外，在縱向地震作用下，個別廠房吊車梁與柱連接破壞，使吊車梁繳向位移，甚至掉落。山墻柱上端與屋架的連接處，震后也常見有不同程度的破損現象。

5 支撐系統

在廠房支撐系統的震害中，以天窗架垂直支撐最為嚴重，其次是屋蓋垂直支撐和柱間支撐。在過去未抗震設防的廠房中，支撐只按構造設置，間距過大、支撐數量不足、形式不盡合理、桿件剛度偏弱、強度偏低、節點構造單薄等，地震后即發生桿件壓曲、部分節點扭折、焊縫撕開、錨件拉脫、，錨筋拉斷等現象，也有個別桿件拉斷的。上述破壞使支撐部分失效或完全失效，結果造成主體結構錯位或傾倒。有時，震后支撐雖未失效，但因間距過大造成其撐桿對廠房結構的應力集中，則可能導致主體結構的破壞。