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【摘要】本文通过对工业建筑框架结构的特点分析，提出了对不规则结构体系的处理方法，弥补了《抗规》中有关内容的不足，并应用于工程设计中，取得了良好的效果。
【关键词】工业建筑，不规则，抗震设计，建议
中图分类号：TU973+.31 文献标识码：A 文章编号：
1工业建筑中框架结构抗震设计存在的问题：
目前国内对工业建筑的抗震问题研究较少，《建筑抗震设计规范》GB50011-2010所涉及的内容不够详细，《抗规》附录H（多层工业厂房抗震设计要求）的适用范围也仅是框排架结构房屋，对于工业建筑中大量的框架结构，《抗规》没有特别说明。然而，由于工业建筑的使用功能不同，和民用建筑相比具有显著的区别：其一是工业建筑由于受工艺配置的影响容易造成结构不规则，使结构体系先天性不足，抗震性能差，如果按照适用民用建筑的《抗规》设计，有的建筑物可能达不到《抗规》要求的抗震设防目标；其二是和民用建筑相比，人员活动较少，除核心生产车间和需要保证生产连续性的车间外，次要车间的抗震设防标准可以适当降低，以降低工程投资。因此，如何正确把握《抗规》，使设计既能达到建筑物结构抗震设防目标，又能取得合理的经济效果具有十分重要的意义。
2 结构不规则及解决措施:
2.1 造成结构不规则的原因：
和民用建筑相比，工业建筑的楼层层数虽然不多，但受工艺配置的影响，大量的多层房屋会出现不规则的现象，这对建筑物抗震是很不利的。
主要有以下几个方面：
(1)柱网不规则，导致结构整体刚度较差。
由于工艺的配置的需要，柱网受影响，经常会出现大柱网和小柱网混合配置的情况，柱网不均匀，局部刚度薄弱，计算不满足要求。
(2)平面不规则，产生扭转效应。
由于楼层开洞较大，造成楼板刚度削弱，另一方面，楼层上的大型设备及料仓的布置不合理，会导致荷载的重心位置严重偏离结构的形心位置，产生严重的扭转效应。
(3)竖向不规则。
工业建筑的层高一般为4—6M,比民用建筑的层高要高，竖向错层不能避免，楼板开洞较大，设备荷载在各楼层分布也不均匀，这些因素都会造成结构的竖向刚度和质量竖向不均匀，结构在地震作用下振型多，受力复杂。
2.2 解决框架结构不规则性方法及措施。
2.1.1 从配置上避免出现严重不规则的结构体系，在平面上要避免出现产生严重扭转的配置，如在边跨抽柱布置过大的柱网；在边缘区配置质量大的设备和料仓；当楼层上有多个大型设备和料仓时，应将它们分散对称布置，集中配置时必须靠近建筑物的重心附近，以减少扭转。在竖向布置上，应尽量避免配置错层形成抗震不利的短柱；力求做到结构的质量和刚度沿竖向基本均匀，各楼层上设备、料仓均匀配置，在满足生产使用的条件下，重型设备和料仓尽量避免配置在低楼层上。
若因生产需要无法在配置上改进时，设计应考虑采用抗震性能好的钢筋混凝土框架—抗震墙体系，或采用抗震性能更优越的钢结构体系。
2.1.2 重视对结构计算结果的分析
(1)对不规则的结构，设计宜采用空间结构模型计算地震作用，由于工业建筑结构的质量、刚度不均匀，在地震作用下容易产生扭转效应，按空间结构模型计算，才能较好地反应结构的实际地震作用状态。
(2)对不规则的结构，要特别重视扭转效应，使结构计算的第一、二、三振型基本保持平动，并控制其他振型的扭转效应。
(3)查看结构的自振周期是否合理，计算结果是否存在异常情况。
(4)重视在罕遇地震作用下薄弱层的弹塑性变形验算，由于工业建筑结构中的竖向刚度变化大，容易出现薄弱层，因此必须重视。
(5)在高烈度（8度及以上）地区采用轻质围护结构，减小地震作用，能取得很好的效果。
2.1.3 加强构造措施
工业建筑楼面过大开洞的削弱部位，错层短柱，支承大型设备及料仓的楼层等都是结构的薄弱部位，无法通过结构计算完全考虑到这些因素，因此抗震构造措施尤其重要，这也符合《抗规》对建筑物抗震概念设计的要求，即通过加强抗震构造来提高结构的抗震性能，达到抗震设计第二阶段的要求。常采用的措施有：
(1)对楼板开洞较大的部位采用加强楼板刚度的措施，如加大洞周附近梁的截面，加大楼板的厚度，必要时在开洞楼层设置水平支撑，以弥补楼层水平刚度削弱的不利影响。
(2)对错层形成的短柱及支承荷载大的料仓的楼层柱，以及薄弱环节的框架柱，在抗震构造上宜将柱的抗震等级提高一级，适当加强柱的纵筋和箍筋的配筋率，提高框架柱的延性和抗震性能。
(3)对由于结构不规则，容易产生扭转效应和应力集中的构件，也应适当提高构件的配筋率，以考虑扭转附加应力的影响。
3. 有关《抗规》和《高规》时可适当放宽的问题
前面所述的不规则房屋，多为主要的生产车间，但工业建筑中还有大量的辅助车间，如输送系统中的转运站，辅助系统中单层的变电室、配电室及水泵房等，它们的特点是结构体系较规则，楼层不多，除少数转运站为多层外，一般楼层为2—3层，这些房屋由于楼层较高，在高烈度区的建筑，如果完全执行《抗规》，则会出现柱截面很大的结果，设计很不经济。
3.1 关于弹性层间位移限制值的合理取值
《抗规》第5.5.1条规定，多层钢筋混凝土框架结构的弹性层间位移限制为1/550。大量的工程计算表明，在8度以上的高烈度区，对于层高为5至6米的单层或层高为4.5—5.5米的一~三层房屋，柱子截面700*700才能滿足规范规定的层间位移的要求，柱截面偏大，刚度增大，也导致柱配筋加大，使设计不经济，笔者认为这类房屋在执行《抗规》时可以适当放宽弹性层间位移的限制值。原因在于《抗规》是采用弹性层间位移角作为衡量结构的变形能力的指标，从而判别建筑物在地震作用下是否满足建筑的功能要求。即建筑物在多遇地震作用下，主体结构不受损坏，非结构构件（包括维护墙，隔墙，内外表面装修等）不发生过重的破坏导致人员伤亡，以保证建筑物的正常使用功能，这也表明它不是结构抗震承载力的要求。对那些人员活动很少，以至处于基本无人状态的建筑物，建筑物的使用功能比民用建筑要求低得多，因此将这一要求适当降低也是合理的。笔者建议，对转运站这类多层房屋，弹性层间位移性质可取1/450，对单层的变配电室，泵房等单层房屋可取1/500，其结果较为合理，也能满足抗震的设防目标。
3.2 有关框架结构周期的折减问题
根据《高规》第4.3.17条规定，当非承重墙体为砌体墙时，框架结构计算自振周期的折减系数可以取0.6—0.7。如果执行这条规定，也会导致设计中梁柱截面过大的结果。规范对结构自振周期的计算值进行折减，其目的是增大结构计算的地震作用，弥补地震作用计算值比实际值偏小的缺陷，因为填充墙具有的一定的刚度，它的存在使结构的刚度增大，自振周期减小，即地震作用增大。而工业建筑和民用建筑不同，多层房屋的楼层基本没有内墙，外墙也以开大窗居多，填充墙的刚度很小，对结构的周期影响也很小，因此，笔者认为对只有少量内墙的工业建筑房屋，可取0.9—0.95，按照这样取值可避免梁柱截面过大，取得合理的梁柱截面。
4结语
由于工业建筑和民用建筑结构的差异较大，在执行《抗规》和《高规》时，应区别对待，对由于工艺配置引起的不规则结构应严格遵守，并采取更强的抗震构造措施，以保证建筑物的抗震性能。对规则的次要建筑，人员活动少的建筑物，可适当降低规范的取值，使这类建筑物在满足抗震性能的前提具有合理的经济性，避免造成设计浪费。笔者长期主持工业建筑的结构设计，积累了较丰富的经验，在众多的工程设计中采用了文本所述的原则，取得了良好的经济效果。
【关键词】工业建筑，不规则，抗震设计，建议
中图分类号：TU973+.31 文献标识码：A 文章编号：
1工业建筑中框架结构抗震设计存在的问题：
目前国内对工业建筑的抗震问题研究较少，《建筑抗震设计规范》GB50011-2010所涉及的内容不够详细，《抗规》附录H（多层工业厂房抗震设计要求）的适用范围也仅是框排架结构房屋，对于工业建筑中大量的框架结构，《抗规》没有特别说明。然而，由于工业建筑的使用功能不同，和民用建筑相比具有显著的区别：其一是工业建筑由于受工艺配置的影响容易造成结构不规则，使结构体系先天性不足，抗震性能差，如果按照适用民用建筑的《抗规》设计，有的建筑物可能达不到《抗规》要求的抗震设防目标；其二是和民用建筑相比，人员活动较少，除核心生产车间和需要保证生产连续性的车间外，次要车间的抗震设防标准可以适当降低，以降低工程投资。因此，如何正确把握《抗规》，使设计既能达到建筑物结构抗震设防目标，又能取得合理的经济效果具有十分重要的意义。
2 结构不规则及解决措施:
2.1 造成结构不规则的原因：
和民用建筑相比，工业建筑的楼层层数虽然不多，但受工艺配置的影响，大量的多层房屋会出现不规则的现象，这对建筑物抗震是很不利的。
主要有以下几个方面：
(1)柱网不规则，导致结构整体刚度较差。
由于工艺的配置的需要，柱网受影响，经常会出现大柱网和小柱网混合配置的情况，柱网不均匀，局部刚度薄弱，计算不满足要求。
(2)平面不规则，产生扭转效应。
由于楼层开洞较大，造成楼板刚度削弱，另一方面，楼层上的大型设备及料仓的布置不合理，会导致荷载的重心位置严重偏离结构的形心位置，产生严重的扭转效应。
(3)竖向不规则。
工业建筑的层高一般为4—6M,比民用建筑的层高要高，竖向错层不能避免，楼板开洞较大，设备荷载在各楼层分布也不均匀，这些因素都会造成结构的竖向刚度和质量竖向不均匀，结构在地震作用下振型多，受力复杂。
2.2 解决框架结构不规则性方法及措施。
2.1.1 从配置上避免出现严重不规则的结构体系，在平面上要避免出现产生严重扭转的配置，如在边跨抽柱布置过大的柱网；在边缘区配置质量大的设备和料仓；当楼层上有多个大型设备和料仓时，应将它们分散对称布置，集中配置时必须靠近建筑物的重心附近，以减少扭转。在竖向布置上，应尽量避免配置错层形成抗震不利的短柱；力求做到结构的质量和刚度沿竖向基本均匀，各楼层上设备、料仓均匀配置，在满足生产使用的条件下，重型设备和料仓尽量避免配置在低楼层上。
若因生产需要无法在配置上改进时，设计应考虑采用抗震性能好的钢筋混凝土框架—抗震墙体系，或采用抗震性能更优越的钢结构体系。
2.1.2 重视对结构计算结果的分析
(1)对不规则的结构，设计宜采用空间结构模型计算地震作用，由于工业建筑结构的质量、刚度不均匀，在地震作用下容易产生扭转效应，按空间结构模型计算，才能较好地反应结构的实际地震作用状态。
(2)对不规则的结构，要特别重视扭转效应，使结构计算的第一、二、三振型基本保持平动，并控制其他振型的扭转效应。
(3)查看结构的自振周期是否合理，计算结果是否存在异常情况。
(4)重视在罕遇地震作用下薄弱层的弹塑性变形验算，由于工业建筑结构中的竖向刚度变化大，容易出现薄弱层，因此必须重视。
(5)在高烈度（8度及以上）地区采用轻质围护结构，减小地震作用，能取得很好的效果。
2.1.3 加强构造措施
工业建筑楼面过大开洞的削弱部位，错层短柱，支承大型设备及料仓的楼层等都是结构的薄弱部位，无法通过结构计算完全考虑到这些因素，因此抗震构造措施尤其重要，这也符合《抗规》对建筑物抗震概念设计的要求，即通过加强抗震构造来提高结构的抗震性能，达到抗震设计第二阶段的要求。常采用的措施有：
(1)对楼板开洞较大的部位采用加强楼板刚度的措施，如加大洞周附近梁的截面，加大楼板的厚度，必要时在开洞楼层设置水平支撑，以弥补楼层水平刚度削弱的不利影响。
(2)对错层形成的短柱及支承荷载大的料仓的楼层柱，以及薄弱环节的框架柱，在抗震构造上宜将柱的抗震等级提高一级，适当加强柱的纵筋和箍筋的配筋率，提高框架柱的延性和抗震性能。
(3)对由于结构不规则，容易产生扭转效应和应力集中的构件，也应适当提高构件的配筋率，以考虑扭转附加应力的影响。
3. 有关《抗规》和《高规》时可适当放宽的问题
前面所述的不规则房屋，多为主要的生产车间，但工业建筑中还有大量的辅助车间，如输送系统中的转运站，辅助系统中单层的变电室、配电室及水泵房等，它们的特点是结构体系较规则，楼层不多，除少数转运站为多层外，一般楼层为2—3层，这些房屋由于楼层较高，在高烈度区的建筑，如果完全执行《抗规》，则会出现柱截面很大的结果，设计很不经济。
3.1 关于弹性层间位移限制值的合理取值
《抗规》第5.5.1条规定，多层钢筋混凝土框架结构的弹性层间位移限制为1/550。大量的工程计算表明，在8度以上的高烈度区，对于层高为5至6米的单层或层高为4.5—5.5米的一~三层房屋，柱子截面700*700才能滿足规范规定的层间位移的要求，柱截面偏大，刚度增大，也导致柱配筋加大，使设计不经济，笔者认为这类房屋在执行《抗规》时可以适当放宽弹性层间位移的限制值。原因在于《抗规》是采用弹性层间位移角作为衡量结构的变形能力的指标，从而判别建筑物在地震作用下是否满足建筑的功能要求。即建筑物在多遇地震作用下，主体结构不受损坏，非结构构件（包括维护墙，隔墙，内外表面装修等）不发生过重的破坏导致人员伤亡，以保证建筑物的正常使用功能，这也表明它不是结构抗震承载力的要求。对那些人员活动很少，以至处于基本无人状态的建筑物，建筑物的使用功能比民用建筑要求低得多，因此将这一要求适当降低也是合理的。笔者建议，对转运站这类多层房屋，弹性层间位移性质可取1/450，对单层的变配电室，泵房等单层房屋可取1/500，其结果较为合理，也能满足抗震的设防目标。
3.2 有关框架结构周期的折减问题
根据《高规》第4.3.17条规定，当非承重墙体为砌体墙时，框架结构计算自振周期的折减系数可以取0.6—0.7。如果执行这条规定，也会导致设计中梁柱截面过大的结果。规范对结构自振周期的计算值进行折减，其目的是增大结构计算的地震作用，弥补地震作用计算值比实际值偏小的缺陷，因为填充墙具有的一定的刚度，它的存在使结构的刚度增大，自振周期减小，即地震作用增大。而工业建筑和民用建筑不同，多层房屋的楼层基本没有内墙，外墙也以开大窗居多，填充墙的刚度很小，对结构的周期影响也很小，因此，笔者认为对只有少量内墙的工业建筑房屋，可取0.9—0.95，按照这样取值可避免梁柱截面过大，取得合理的梁柱截面。
4结语
由于工业建筑和民用建筑结构的差异较大，在执行《抗规》和《高规》时，应区别对待，对由于工艺配置引起的不规则结构应严格遵守，并采取更强的抗震构造措施，以保证建筑物的抗震性能。对规则的次要建筑，人员活动少的建筑物，可适当降低规范的取值，使这类建筑物在满足抗震性能的前提具有合理的经济性，避免造成设计浪费。笔者长期主持工业建筑的结构设计，积累了较丰富的经验，在众多的工程设计中采用了文本所述的原则，取得了良好的经济效果。