浅谈钢结构工业厂房的抗震设计
陈将奇
昊华工程有限公司，北京，100143
【摘要】钢结构抗震设计工作不是单纯的依靠建筑工程，还需要对土地地基以及钢结构做好性能着手工作，考虑好构件的特点性能以及部件的深度要求，只有做好地基的设计、构件的处理，才可以有效的提高钢结构抗震性能。

【关键词】钢结构工业厂房抗震设计
前言
钢结构具有强度高、塑性韧性好、自重小、制作简便、施工工期短、节能环保等优点。

随着经济的发展，单层钢结构厂房在工业建筑中得到广泛应用。

采用单层工业厂房，生产工艺流程相对简洁，地面上可以放置较重的机器设备和产品，内部生产运输容易组织。

但是在强烈地震作用下厂房有局部破坏、甚至倒塌现象的事故发生。

一、做好钢结构地形设计
1、选择好钢结构的场地
为了有效的提高建筑场地的质量，做好地基抗击地震能量，需要在钢结构厂房设计方面做好以下几个方面：
（1）选择薄的场地覆盖层
钢结构厂房由于其自身具有良好的刚柔性特点，而根据世界上多次地震，数次实验可知，在厚土地层上，地震对钢结构危害较重，而薄的场地覆盖层对钢结构的影响较小，因此，在进行场地选择时，优先选择薄的场地覆盖层。

（2）选择坚实的场地土壤
在建设钢结构厂房方面，场地土壤的刚度大的话，抵抗地震性能要比场地土壤刚度小的好，即场地刚强度小，震害指数大，因此，为了减少钢结构的厂房土地破坏程度，在建设中，应选择场地土壤坚实，土地广阔平坦，并且具有较大的剪切波速的坚实坚硬场地，有利于提高钢结构厂房抵抗地震的性能。

（3）避免产生共振现象
发生地震现象时，如果地震震动周期与建筑物一致或者建筑物的震动周期与地震周期接近，很容易导致地震发生时，产生共振现象。

因此，在钢结构厂房设
计时，需要尽量避免震动周期的一致性，减少震动的密集性，缓和震动周期，从而有效的减少地震破环性。

2、地基基础建设
对于同一个结构单元的基础建设，需要采取同地基建设，即不可以采取部分为自然地基，而另一部分是桩基，同时，在建设中避免出现两类及以上的地基土层，保证地基基础持力层的一致性。

在钢结构基础地板或者桩端接近土层的倾斜顶面时，需要加强深入土层的深度，提高其埋入度，加大桩长，避免在钢结构中产生不均匀沉降，同时加强地基土层内部边缘层的处理。

在地基中，如果存在可液化土层时，需要做好土层液化处理工作，确保避免土层对上部结构的不利因素，做好土层液化处理，在设计方面采取以下几个措施。

（1）地基采用加强加密
在钢结构厂房设计建造时，利用振冲法以及强夯办法，提高地基的坚实程度，对地基采取砂桩强化，确保土层液化层得到有效的处理，同时，土层液化以下深度可以有效的处理，在进行锤击操作时，锤击地层深度值需要大于土层液化的最深值，确保土层液化可以得到有效处理。

（2）承载力处理
在进行钢结构厂房设计时，利用桩基础进行土层加固，需要注意桩端要深入到土层液化深度的最下层，在进行打桩操作时，按照打桩的最大承载力进行计算，确保土层液化部分得到有效的处理。

而对于钢结构厂房设计，如果钢结构厂房的楼层较高，为了提高钢结构抵抗地震性能，可以将地基下面可液化地层全部挖出，以确保彻底减少隐患的存在。

二、钢结构适用的结构类型
1、框架结构。

梁柱之间均为刚性连接，从而形成刚构体系，可单独承担侧向力，即为纯框架结构，可用于不超过12层的结构或较低的高层钢结构，有较好的延性。

但纯框架侧向刚度小，属柔性结构，故其层数和高度受到一定限制。

多应用于多层及高层民用建筑和多层的工业建筑，建筑平面布置灵活，易于布置较大房间。

2、框架一中心支撑结构。

抗侧力构件的支撑体系为支撑构件与周边框架组成的支撑框架从而成为一个抗侧力结构。

中心支撑宜采用交叉支撑，也可采用人
字(V形)支撑或单斜杆支撑，不宜采用K形支撑。

钢支撑可显著增强框架的抗侧刚度，减少侧向位移，是抗震设计的一个重要方面。

3、框架一偏心支撑(延性墙板)结构。

特点是每对支撑与梁的交点问形成消能梁段，或是支撑与梁的交点和柱之间形成消能梁段，而每根支撑应至少有一端与框架梁相连。

偏心支撑耗能梁段的设置部位决定支撑的布置。

从大量的震害经验总结出，偏心支撑最好采用消能梁段位于横梁中部的支撑形式。

此种结构的设计原则是强柱、强支撑和弱消能梁段。

4、内藏钢支撑钢筋混凝土剪力墙板结构。

主要是以其中的钢板支撑承担水平力起抗震作用，外包钢筋混凝土在弹性阶段可以增加水平刚度。

5、空间桁架结构。

此结构的结点一般都看作圆球铰结点，连接圆球铰的杆件可以绕通过铰中心的任意轴线转动。

常用于网架结构、塔架、起重机构架等。

三、防震缝的设置
1、防震缝设置原则
多层钢结构的结构平面布置、竖向布置应遵守抗震设计中布置规则性的原则，一般可不设防震缝。

应根据不规则程度、地基基础条件和技术经济等因素的比较分析，确定是否设置防震缝。

2、防震缝的宽度
当建筑物的高度不超过15m时，可设防震缝宽度(缝两侧建筑物外边缘之间距离)为120 mm，高度超过15 m时，6度，7度，8度，9度相应每增加5 m，4 m，3 m，2 m时，防震缝宜加宽30 mm。

由于钢结构侧向位移的规定限值较混凝土结构大，防震缝的宽度不小于相应钢筋混凝土结构的1．5倍。

三、钢柱脚的设计
1、钢柱脚的形式
根据对柱脚的受力分析，可大致分为铰接柱脚和刚性固定柱脚。

刚性固定柱脚再分为外露式、埋人式、外包式。

外包式一般用于单层厂房、低层框架或高层的裙房，可以按铰接或刚接设计。

高层的柱底为刚接，抗震构造要求较高，超过l2层的高层钢结构宜采用埋入式柱脚，6度，7度时也可采用外包式柱脚。

2、钢柱脚的埋入深度
（1）埋入式柱脚：对轻型工字形柱，不得小于钢柱截面高度的2倍；对大
截面H形钢柱和箱形截面柱不得小于钢柱截面高度的3倍。

（2）外包式柱脚：将钢柱直接置于地下室墙或基础梁顶面。

四、截面设计
1、强柱弱梁
指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设计值的方法。

也就是说使框架结构塑性铰出现在粱端的设计要求。

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，梁端可以先于柱屈服。

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。

3、强节点弱构件
（1）构造保证
a增加连接强度，如增加焊缝和螺栓。

b梁端加腋或加隅撑。

c加厚梁柱节点域的腹板厚度或增设水平和斜向加劲肋。

（2）计算保证
a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。

b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。

结束语
总之，建筑工程抗震设计时，应从提高建筑整体的抗震性能着手，使建筑在总体上满足抗震的要求，而不仅仅考虑局部的构件和部位。

随着对地震作用研究的深入，对抗震设计的经验总结也越来越全面。

同时，抗震设计也越来越受到重视。

建筑工程的抗震设计发展前景将会很广阔。

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