單跨框架結構多層工業廠房的抗震設計探討

蔣超 袁博

摘 要：我國是一個火山地震災害頻發的國家，而地震作為一種強烈的自然地質災害，因其難以預測、巨大的破壞力等特點，已經成為危害人類生命財產安全的最嚴重的自然災害。

關鍵詞：單跨框架；多層；廠房；抗震設計

地震能使一個城市頃刻間變為廢墟，而地震中大量傷亡是由于房屋倒塌所致。震后對房屋倒塌原因進行調查發現，大量早期學校等采用單跨框架結構形式，由于該類結構抗震冗余度不足、抗震防線缺失，在地震中一旦柱子發生了破壞會導致破壞迅速發展，進而導致整個結構的倒塌破壞，整個過程時間短，破壞程度大，所以對于新建建筑的抗震設計以及對于已有建筑物不符合抗震標準時的設計便顯得至關重要。

1 單跨框架結構震害特征

地震作用千變萬化，地震作用于單跨混凝土結構上由于結構設計、施工質量以及其他影響因素的不同，反映出的破壞特征也有所不同，綜合歷次大地震的震后調查，可以歸納為以下幾點震害特征：

1.1 填充墻破壞

單跨框架結構是縱向由多榀框架組成，但在橫向只有一跨的結構形式。由于橫向結構過于簡單，冗余度過少，便出現了結構的整體剛度偏小的情況，所以使得結構在地震作用下將會產生較大的位移，而填充墻在結構中不但起到劃分空間的作用，同時也會隨框架承擔一定由底層向上傳遞的橫向地震力，隨著結構側移的增大，墻體拉應力超過砌體所能承受最大拉應力，從而發生剪切破壞，導致填充墻發生開裂、破碎等破壞，失去承載能力。

1.2 單跨框架破壞

單跨框架結構究其破壞原因可分為形成梁鉸和柱鉸兩種破壞機制，當框架形成梁鉸機制時，由于梁剛度相對柱較小，且承擔彎矩較大，使得在地震作用下梁先進入屈服階段，兩端形成了塑性鉸，率先消耗地震能，結構位移較大，使框架具有良好的耗能能力與變形能力，保證了結構安全性。

1.3 框架節點破壞

框架節點的破壞不同于中所述的破壞，表現為節點處產生交叉或對角裂紋，主要原因是由于設計或施工時節點處的配箍量不夠等，使框架梁柱節點處縱筋出現彎曲外鼓，造成節點出梁柱喪失連系失去承載能力。

1.4 短柱破壞

當結構中存在錯層、半層填充墻、連系梁或加層時，易形成短柱。短柱由于剛度較大且剪跨比較小，地震作用下，會受到更大的地震力，易導致柱子剪切破壞形成脆性斷裂，甚至會發生生命通道破壞及建筑物坍塌的后果。

1.5 頂部附屬結構破壞

頂部附屬結構指的是女兒墻及屋頂間等，由于附屬結構的剛度及質量與下部主體相比相差很大，則易在屋頂處發生剛度與質量突變，在地震作用下，由于“鞭梢效應”的原因，使上部剛度突變處的附屬結構承擔較大地震力，使其極易發生破壞，甚至坍塌。

2 抗震設計主要措施

隨著我國綜合實力和對于科學技術的重視程度不斷增強，從20世紀九十年代之后，建筑物抗震加固技術發展迅速，不但出現了一大批新型材料，還涌現了新的工藝與技術，都為建筑物的抗震設計提供了新的思路與途徑。

2.1 增大截面法

該方法是在原構件外部新澆砼，通過增加構件的截面面積與配筋，來提高構件承載力、截面剛度達到加固的目的。

2.2 局部置換法

與上種方法相同的是局部置換法同樣是直接針對構件的薄弱構件進行加固，不同之處是當構件局部強度過低或有蜂窩等嚴重缺陷，無法通過增大截面達到目的時，則需將該部位劣質砼剔除掉，換以相較原結構更高標號的優質混凝土以恢復結構基本功能，所以該方法具有能將結構加固后恢復原貌且不改變使用空間的優點。

2.3 外包鋼加固法

該方法是通過在所需加固的構件外部直接外包或外粘鋼材來直接提高構件承載力、延性等，而用來加固的鋼材可依情況使用型鋼和鋼板等，對梁等都可采用此法，可在構件四角通常或局部設置角鋼，橫向利用箍板使外包鋼構件形成鋼構架，可通過膠黏劑與原構件連接使其共同工作，或不進行連接處理使其獨立承擔荷載單獨工作以完成加固。而且該法能大幅提高構件承載力與抗裂性能，占用空間較小，施工周期短，施工簡便，被廣泛應用。

2.4 貼纖維復合材法

該方法是采用高性能黏結劑將纖維布粘貼在構件表面，使二者協同工作，起到提高結構承載能力等作用。纖維復合材通常指的是碳纖維和玻璃纖維，若將外貼鋼材的方法稱為剛性粘貼，而該法則可稱為柔性粘貼法，是一種新型高效的結構修補加固技術。所用材料有著強度大、抗腐蝕、抗疲勞能力強、自重小、不影響結構自重與使用空間等特點，而且隨著科技的發展，更優質的纖維材料越來越被廣泛地應用于受彎和受拉承載力不足構件的加固，并取得了良好的效果。

2.5 加預應力法

外加預應力法是通過在原結構上，外加預應力的拉桿或撐桿，使所施加預應力分擔原構件的部分荷載，改善了原構件受力與變形狀態，間接增加原構件承載能力，從而起到抗震加固的作用。該方法所施加預應力可消除后加桿件的應力滯后現象，使桿件有效工作，且預應力產生的負彎矩，可有效抵消原構件部分荷載彎矩，進而有效減小構件撓度等。

2.6 設支點法

增設支點法又稱為改變結構傳力途徑法，是通過在構件上增設支點減少構件計算跨度，改變結構原本受力體系，從而大幅度提高原結構承載力并減小梁板構件撓度的間接加固的方法。所加支點根據支撐情況和受力性能不同，可分為剛性支點和彈性支點兩種。

3 結束語

綜上所述，根據多層工業廠房單跨框架結構適用的抗震設計規定，根據當下單跨框架結構的實際特點，我們在日常操作中，可通過控制軸壓比、采用增大截面、局部置換法、外包鋼加固等措施，以提高多層單跨鋼筋混凝土框架結構工業廠房的抗震性能及防倒塌能力。

參考文獻

[1]朱炳寅.建筑抗震設計規范應用與分析（GB50011—2010）[M].北京：中國建筑工業出版社，2010.