单层钢结构厂房抗震鉴定研究

单层钢结构厂房抗震鉴定研究

郭军飞朱建亚

山东佳益建筑设计有限责任公司山东省济南市250014

摘要：以实际工程中某单层钢结构厂房为研究对象，依据《建筑抗震鉴定标准》（GB50023—2009）、《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）、《工业厂房可靠性鉴定标准》（GB50144—2008），按照第一级鉴定、第二级鉴定程序提出了合理的针对我国单层钢结构厂房抗震能力鉴定的系统方法和思路，并针对其给出了抗震鉴定流程框架。这对于研究我国单层钢结构厂房的抗震性能在理论和实用上都有一定的参考价值。

关键词：单层钢结构；厂房；抗震鉴定

1场地选择

在选择场地时，应避开对结构不利的地段，选择对结构有利的地段。抗震有利地段包括稳定基岩，坚硬土，开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等；抗震不利地段，就地形来说，一般指河岸边坡边缘，高差较大的台地边缘，非岩质的陡坡，突出的山顶。为降低地震通过建筑场地和地基传给上部结构的地震能量，在选择对钢结构工业厂房有利的场地时应注意以下几点：

1.1选择薄的场地覆盖层。世界各地多次大地震表明，对于柔性结构，厚土层上震害重，薄土层的震害轻，直接坐落在基岩上的震害更轻。如1967年委内瑞拉6.4级地震时，同一地区不同覆盖层厚度土层上的震害有明显差异，即薄土层上的震害害轻于厚土层上的震害。

1.2选择坚实的场地土。震害表明，场地土刚度大，则结构震害指数小，破坏程度轻；场地土刚度小，则震害指数大，破坏程度重。故应选择具有较大平均剪切波速的坚硬场地土。

1.3将钢结构工业厂房的自振周期与地震动的卓越周期错开避免共振。众所周知，如果建筑的自振周期与地震动的卓越周期相等或接近，建筑物的破坏程度就会因共振而加重。因此，要避免此种情况的发生。

2厂房的结构平面布置

由于体型复杂，特别或严重不规则的结构受力复杂，结构分析难度较大，且结构设计不合理会导致地震时的严重破坏，因此单层钢结构厂房的结构布置应符合一定的要求。即：平面宜为矩形，立面宜简单对称，在结构单元平面内，钢架、柱间支撑等抗侧力构件宜对称布置；质量大的设备宜设置在距刚度中心较近的部位。当厂房平立面布置特别复杂或结构的高差、刚度相差很大，或在厂房侧面贴建热水间、变电所等房屋时，应设置抗震缝将其隔开。在厂房纵横跨交接处、大柱网厂房或不设柱间支撑的厂房，防震缝宽度可采用100～150mm，其他情况可采用50～90mm。建筑抗震设计规范（GB50011-2010）规定，当设置抗震缝时，其缝宽不宜小。

3地基基础

钢结构房屋建筑地基的一般要求，同一结构单元的基础，不宜部分采用天然地基，部分采用人工地基，也不宜采取两类及以上的性质差别较大的土层，作为地其持力层，当钢结构厂基础底板或桩端接近或局部进入下卧土层的倾斜顶面时，宜加深基础或加大桩长，使基础底部或桩端全部在同一个卧屋内，以避免可能产生的不均匀沉降。钢结构建筑场地无法避开地震时可能产生滑移或地裂的河、湖，故河道的加缘地段，应采取针对性的地基稳定措施，并加强基础的整体性。地震区高楼基础下的地基持力层范围内，存在可液化土层时，应采取措施消除该土层液化对上部结构的不利影响。全部消除地基土层液化沉陷对钢结构建筑不利影响。

4结构体系

一般单层钢结构厂房采用框架支撑体系，即横向设计成刚接框架，纵向设计成柱间支撑体系，这种体系经济节约，但柱间支撑可能会影响使用功能。这种形式特别适用于纵向较长，横向较短的单层工业厂房。

4.1截面设计

钢结构厂房与钢筋混凝土房屋一样，同样应遵守强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件的抗震设计基本原则。

4.1.1强柱弱梁

指在梁柱连接节点处柱端实际受弯承载力要大于梁端实际受弯承载力。一般采用增大柱端弯矩的做法。也就是使框架结构塑性铰出现在梁端的设计要求，用以提高结构的变形能力，防止在强烈地震作用下倒塌。“强柱弱梁”不仅是手段，也是目的，其手段表现在人们认为对柱的设计弯矩放大，对梁不放大。其目的表现在调整后，柱的抗弯能力比之前强了，而梁不变。即柱的能力提高程度比梁大。这样梁柱一起受力时，梁端可以先屈服。

4.1.2强剪弱弯

指避免构件（梁、柱、墙）剪力较大的部位在梁端达到塑性变形能力极限之前发生非延性破坏，即控制脆性破坏形式的发生。也就是说结构（框架梁、柱）的抗剪承载力要大于抗弯承载力，目的是控制构件发生弯曲破坏，而不是剪切破坏，避免脆性破坏，充分发挥塑性铰的能力。

4.1.3强节点若构件

以下为在设计中加强节点的措施：

⑴构造保证。

①增加连接强度，如增加焊缝厚度和螺栓大小。

②梁端加腋或加隅撑。

③加厚梁柱节点域的腹板厚度或增设水平和斜向加劲肋。

⑵计算保证。

①按抗震弹性设计：计算中考虑抗震承载力调整系数为0.85，初步确定焊缝尺寸或螺栓数量、间距、直径。

②按以上确定的焊缝尺寸或螺栓数量、间距、直径验算连接的抗震极限受弯、受拉和拼接承载力是否大于其构件的屈服承载力，并留有一定的裕量。

4.2支撑体系

屋面支撑和柱间支撑是保证单层工业厂房结构稳定的重要构件，尤其是柱间支撑，在地震中常出现支撑斜杆的扭曲，随之引起支撑与钢柱连接节点的破坏，而交叉式支撑中部的连接处则出现节点板扭曲变形。当支撑与柱的连接节点为焊接时，其破坏特征多呈现为焊缝断裂或节点板撕裂，或者将连接处钢柱腹板拉裂；当支撑与柱子连接节点为螺栓连接时，多呈现为：螺栓孔处的节点板断裂，支撑杆端的连接孔处断裂、连接螺栓剪断、支撑螺栓连接端部板开裂、支撑节点板与柱剪断等破坏。据统计，螺栓连接的支撑破坏高于焊接连接。故在抗震设计时，支撑连接宜优先选用焊接连接，在实际工程中也有螺栓连接和焊接连接同时使用的情况。柱间支撑的设置和构造，应符合下列要求：

4.2.1一般情况下，应在厂房单元中部设置上下柱间支撑，且下柱支撑应与上柱支撑配套设置；

4.2.2有起重机或8度和9度时，宜在厂房单元两端增设上柱支撑；

4.2.3厂房单元较长或8度Ⅲ、Ⅳ类场地和9度时，可在厂房单元中部1/3区段内设置两道柱间支撑。

4.2.4下柱支撑的下节点位置和构造措施，应保证将地震作用直接传给基础；当6度和7度（0.10g）不能直接传给基础时，应计及支撑对柱和基础的不利影响采取加强措施。

4.2.5交叉支撑在交叉点应设置节点板，其厚度不应小于10mm，斜杆与交叉节点板应焊接，与端节点板宜焊接。

4.3围护结构

维护结构的破坏多由于拉结不足或者高宽比比较大造成破坏，在以后的设计中应加强柱与墙的拉结，调整高宽比，局部可采用框架、轻质围护墙等措施减少震害。

5结论

随着单层钢结构厂房跨度的增大，其动力分析和损伤识别在抗震鉴定中的研究应深入。同时，我国的钢结构抗震鉴定仍处于发展阶段，因此需要对此进行深入研究。

参考文献：

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［2］GB/T11345—2013焊缝无损检测超声检测技术、检测等级和评定［S］北京：中国标准出版社，2014．

［3］JG/T203—2007钢结构超声波探伤及质量分级法［S］．北京：中国标准出版社，2007．

［4］GB/T50269—97地基动力特性测试规范［S］．2004年版．北京：中国计划出版社，2004．

［5］吴其胜，李玉寿，李玉华．复合碱组分对矿渣-粉煤灰碱胶凝材料性能的影响［J］．粉煤灰综合利用，2001（2）：20-22．