单层钢筋混凝土柱厂房是指钢筋混凝土柱承重的单层厂房，有单跨、多跨，等高、不等高多种形式，跨度一般为12m～30m，高度一般为6m～18m，厂房内一般有支柱式吊车或悬挂吊车。屋架形式可以是钢或混凝土屋架、混凝土或预应力混凝土薄腹梁、钢和混凝土组成的两铰拱或三铰拱屋架；天窗架可以是钢或混凝土的；屋面可以是大型屋面板，称为无檩屋盖，也可以是轻屋面，一般指瓦楞铁、波纹石棉瓦、钢丝网水泥槽瓦等，统称为有檩屋盖；围护墙可以是非承重或承重的砖墙、钢筋混凝土墙板、瓦楞铁或波纹石棉瓦等。

图1-5-1　单层钢筋混凝土厂房的组成

遭遇地震强度（如烈度）的不同，单层厂房的破坏程度也不同。经过正规静力设计的单层钢筋混凝土柱厂房具有一定的抗震能力，经过抗震设计的，则显示出较好的抗震性能。

5.1　震害程度

从历次地震的震害来看，未经抗震设计的单层钢筋混凝土柱厂房的震害程度要比单层砖柱厂房轻得多，经过抗震设计的单层厂房比未经抗震设计的厂房轻得多。一般而言，地震发生时，宏观烈度为6、7度区主体结构基本保持完好，8度区有一定数量的主体结构局部破坏；9度区主体结构破坏比较严重，甚至倒塌。同时，地震破坏程度还与当地的地质情况有关：

1967年以前的几次地震中，位于7度区和8度区的单层钢筋混凝土柱厂房抗震性能良好，很大程度上是因为这些地区的场地土比较坚硬，属于I、II类场地，卓越周期小于厂房的基本周期，地震期间厂房附近也未见喷水冒砂的情况（说明没有砂土液化问题）。

海城地震时，7度区和8度区的土质松软，属于III、IV类场地，卓越周期和厂房的基本周期接近，所以破坏程度相对较重，而9度区的地基情况较硬，属于II、III类场地，所以破坏程度相对来说要轻一些。

唐山地震中，由于天津和附近地区的土质松软，以及古河道等不利因素，比较高大的单层厂房的震害普遍比较严重，8度区就有厂房倒塌的情况发生，9度区则更加严重。　下面就几次主要的地震中单层钢筋混凝土柱厂房的震害程度作一个简要介绍。　⒈ 1967年以前的几次地震

1968年为编制《京津地区单层厂房抗震鉴定标准》，由当时的第一机械工业部抗震办牵头，组织了工业建筑抗震小组，对1967年以前的几次地震中单层钢筋混凝土柱厂房的震害程度进行了比较详细的调查。这几次地震发生在广东的河源、阳江，新疆的乌鲁木齐，云南的东川，河北的邢台，天津的河涧，抗震小组调查了单层钢筋混凝土柱厂房共327栋。基本结论是：位于7度、8度区的61栋厂房破坏轻微，除围护墙体、竖向支撑有一定程度的破坏外，主体结构基本没有明显的震害。

⒉ 海城地震

1975年2月4日发生的5.3级海城地震，波及范围广，许多厂矿企业遭到了一定程度的破坏。通过对位于7度及以上地区的67栋单层钢筋混凝土柱厂房进行调查（见表1.5.1），总体的情况是：位于7度区的震害情况较轻，调查的12栋厂房中，没有倒塌的，有1栋属于严重破坏，2栋属中等破坏，大部分厂房（75%）属于基本完好或轻微破坏，主体结构基本保持完好。但与以往的地震相比，7度区、8度区的震害还是相对要重一些，9度区的震害相对要轻一些，原因如前所述，主要是场地的影响。

海城地震中钢筋混凝土排架厂房的震害程度 表1.5.1

⒊ 唐山地震

1976年7月28日发生的7.8级唐山大地震，波及范围很广，钢筋混凝土厂房遭到严重破坏。以下按主要破坏区域—唐山地区和天津地区来分别描述。

⑴ 唐山地区

唐山地震中，震中唐山市路南区的宏观震害为11度，路北区的宏观震害为10度，震害程度差异大的原因，除了由于发震断层在路南区通过，地基土的情况也不容忽视。唐山市区的基岩埋深自东北向西南逐步加深，东北凤凰山奥陶纪灰岩露头，往西南至路南区基岩埋深达500～800米。因此，路北各厂的震害普遍比路南轻得多，特别是大城山、凤凰山附近的冶金锯片厂、标准件厂、内燃机铸件厂、唐山建筑陶瓷厂、唐山水泥电杆厂等因基岩埋藏浅、地基土质硬，虽也属于宏观震害的10度区，但震害较轻，有的基本完好或仅轻微破坏，相当于7度区、8度区的震害。

⑵天津地区

天津地区的土层为路相、海相交替沉积地带，其厚度达千余米，土质松软，场地卓越周期长。此外，由于历史上河道多次改道，天津市内、市郊的古河道广为分布。唐山地震中，天津地区单层厂房的破坏是比较严重的，远远超过国内其它地震的震害，也比同一地区多层砖房等刚性建筑的破坏程度高出一度左右。

根据天津市第一机械工业局、第二机械工业局、冶金工业局的统计，8度区共526万平方米的单层厂房中，遭到严重破坏和倒塌的达到206万平方米，占调查总面积的40%；位于9度区的汉沽区，单层厂房的破坏更为严重，在现有39.6万平方米的单层厂房中，遭到严重破坏和倒塌的达到369万平方米，占调查总面积的93%！几乎是全军覆没！表1.5.2列出了8度区、9度区内所调查的42栋单层钢筋混凝土柱厂房的震害程度。

唐山地震中天津市钢筋混凝土排架厂房的震害程度 表1.5.2

唐山地震中，天津市单层厂房的震害程度受地基土的影响也很明显。

河北区的地基情况较好（2米以上为粘土层，2米以下为粉质粘土，承载力150～180kPa），经唐山、宁河（11月15日6.9级地震）两次强烈地震，单层厂房的震害仅相当于7度区。

河东区三个机械工厂位于海河古河道地区，地下15～20米深度范围内均为海河古道的新淤积物，仅有百年的历史，土质软，结构松散，强度低，地面2～4米以下有5～6米的一层灰色粉土，其下是2～3米的粉细砂，这两层土总厚约8米，地震时出现地裂和液化，导致厂房柱基发生不均匀沉降或倾斜，最大相对沉降大300mm，吊车轨道变形，有的甚至折断。厂房的破坏程度比市内其他地区的厂房严重。

塘沽区的地基土质软弱，场地覆盖层厚度大，单层厂房的震害程度更比河东区严重。

表1.5.3列出了天津市各区机械厂房地震震害程度的比较。

天津市各区机械厂房地震震害程度的比较 表1.5.3

⑶唐山地震中各烈度区单层钢筋混凝土柱机械厂房的震害统计见表1.5.4，调查对象是唐山地震后唐山、天津、北京的部分机械厂房。

唐山地震中单层钢筋混凝土柱厂房震害统计 表1.5.4

5.2　构件震害

⒈屋盖系统

6、7度时，突出屋面的钢结构Π形天窗架，立柱截面为T形时，两侧的竖向支撑，不少遭到破坏，或是斜杆压曲，或是支撑节点螺栓剪断（如图1-5-2）、支撑节点预埋件拔出，少数天窗架立柱纵向断裂。屋面瓦与檩条、檩条与屋架（屋面梁）、钢天窗架与大型屋面板、锯齿形厂房双梁与牛腿柱等处的连接处，常因支承长度较小而连接不牢。有檩体系的钢筋混凝土槽瓦，未设置挂钩钩住檩条时，发生大面积滑脱坠落。

8、9度时，突出屋面的钢筋混凝土Π形天窗架两侧的竖向支撑普遍破坏；钢筋混凝土立柱根部出现破坏；天窗架纵向折断倒塌；但钢天窗架本身未发生明显震害。有檩体系的钢筋混凝土槽瓦和檩条一起滑落。大型屋面板与屋架的连接破坏，常有错位，甚至坠落。端开间大型屋面板，主肋端部被拉裂（如图1-5-3）。钢筋混凝土屋架端部顶面和底面裂缝、掉角，上弦杆在第一或第二列大型屋面板连接处附近折断，梯形屋架端竖杆断裂（如图1-5-4），屋架上弦端部支承大型屋面板的小立柱断裂。屋架杆件破坏较少见，但也有个别发生。如图1-5-5是汶川地震中江油某厂屋架斜杆拉坏。屋面支撑破坏，梯形屋架端部的竖向支撑破坏较多，跨中竖向支撑和上下弦横向水平支撑破坏较少。

8度时有局部屋盖倒塌的现象，9度时可发生全面倒塌（如图1-5-6）。

图1-5-2　天窗架竖向支撑节点螺栓剪断破坏

图1-5-4　屋架端竖杆根部裂缝

图1-5-3　端开间屋面板主肋端部被拉裂

图1-5-5　屋架斜杆裂缝图

图1-5-6　厂房屋盖局部或整体倒塌

⒉柱及柱间支撑

6、7度时，不等高厂房中，在高低跨交接部位，支承低跨屋架（屋面梁）的牛腿（柱肩）出现斜裂缝。中柱列的上柱支撑和下柱支撑，部分发生杆件压曲（如图1-5-7），或支撑与柱的连接节点拉脱。嵌砌的内隔墙处柱头或柱身酥裂。

8、9度时，不等高厂房中，在高低跨交接部位，支承低跨屋架（屋面梁）的牛腿（柱肩）普遍拉裂、劈裂，9度时其上柱的底部多有水平裂缝，甚至折断，导致屋架塌落。柱头劈裂或酥裂（如图1-5-8）。上柱（包括抗风柱）的根部出现水平裂缝（如图1-5-9），吊车梁顶面标高出现普遍水平裂缝（如图1-5-10）。

图1-5-7　柱间支撑杆件压曲

图1-5-8　柱头裂缝

图1-5-9　抗风柱上柱根部裂缝

图1-5-10　吊车梁顶面标高上柱裂缝

下柱根部出现水平裂缝；变截面处柱的柱肩处出现竖向裂缝。薄壁工字形柱、腹板大开孔工字形柱、预制腹板的工字形柱和管柱等整体性差或抗剪能力差的排架柱（包括高大山墙的抗风柱）震害严重（如图1-5-11、1-5-12）。未设置柱间支撑的中柱列，柱根部发生纵向折断，并伴随着纵向柱列的倾斜。边柱列和中柱列的刚度相差较大，有发生屋盖纵向倒塌的震例。

图1-5-11　薄壁空腹柱震害

图1-5-12　预制腹板大开孔工字形抗风柱震害

柱间支撑普遍发生斜杆压曲、节点拉脱、预埋件拔出，严重者柱纵向剪断、错位。（如图1-5-13、1-5-14）。

抗风柱柱顶节点破坏，变截面处上柱根部水平断裂或柱肩竖向裂缝。与工作平台、嵌砌墙连接的柱混凝土酥裂、折断（如图1-5-15），严重者甚至导致屋盖坍塌。厂房山墙处角柱的柱头混凝土酥裂，露筋压屈，屋架下塌。

图1-5-13　柱间支撑与柱连接破坏

图1-5-14　柱间支撑中间节点破坏

图1-5-15　与工作平台相连接柱混凝土酥裂

⒊围护墙系统

6、7度时，无拉结的女儿墙、封檐墙和山墙山尖等，开裂、外闪普遍（如图1-5-16、1-5-17），甚至有局部倒塌。当位于出入口、披屋上部时危害更大。高低跨的封墙也有发生倒塌的，影响低跨屋面板甚至屋架（如图1-5-18）。砖纵墙少数发生外倾。高大厂房采用预制墙梁时，砖纵墙也有发生倒塌的震例。

图1-5-16　女儿墙转角处开裂

图1-5-17　山墙女儿墙开裂

图1-5-18　高低跨厂房高跨封墙倒塌，砸坏低跨屋盖

8、9度时，砖山墙外闪、倒塌，尤其是山尖部分，倒塌率很高（如图1-5-19～22）。纵墙常发生水平裂缝（如图1-5-23、1-5-25）、外倾，圈梁与柱或屋架、抗风柱柱顶与屋架拉结不牢，可能带动大片墙体外倾，甚至倒塌（如图1-5-20）。高大厂房的墙体破坏严重（如图1-5-24、图1-5-26～29）。高低跨的封墙倒塌比较普遍，砸坏低跨屋面。围护结构采用钢筋混凝土预制墙板的震害相对较轻。

图1-5-19　非承重山墙上部倒塌

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图1-5-20　山墙、纵墙上部倒塌

图1-5-21　承重山墙严重破坏

图1-5-22　山墙转角处破坏

图1-5-23　纵向窗间墙水平裂缝

图1-5-24　高大厂房内隔墙严重破坏

图1-5-25　玉树地震厂房未设柱间支撑，嵌砌的纵墙破坏

图1-5-26　玉树地震厂房端部屋面板脱落

图1-5-27　玉树地震横墙与吊车梁碰撞破坏

图1-5-28　玉树地震中西杭水电站厂房外墙和檐口破坏

图1-5-29　玉树地震中禅古水电站厂房主体结构基本完好，檐墙破坏

⒋附属构件

防震缝宽度过小，容易造成破坏（如图1-5-30）。和厂房贴建的小构筑物，由于没有和厂房分缝，破坏也比较普遍（如图1-5-31）。厂房之间的连廊破坏也比较常见（如图1-5-32）。

图1-5-30　结构缝宽度过小

图1-5-31　贴建小构筑物破坏

图1-5-32　厂房之间的连廊局部破坏

5.3　主要震害特征及震害实例分析

单层钢筋混凝土柱厂房的震害具有如下特征：

⒈ 经正规抗震设计的厂房具有较好的抗震性能

江油某装配厂房，柱网（8m+12m+8m）×6m，70年代初设计，未考虑抗震设计，屋盖为两铰拱组合屋架、大型屋面板，下部结构仅12m跨采用钢筋混凝土双肢柱（上柱为矩形截面），其它为砖柱，厂房一端山墙承重，另一端山墙不承重，厂房平面图见图1-5-33。

汶川地震中，该厂房遭到严重破坏。破坏情况如下：厂房有7根钢筋混凝土柱的上柱吊车梁上翼缘标高处开裂，非承重山墙上部垮塌、抗风砖柱破坏（如图1-5-19），承重山墙开裂严重、抗风柱破坏（如图1-5-21），厂房四角的纵墙和山墙也出现不同程度的开裂。

图1-5-33　江油某装配厂房平面图

本厂房破坏的根本原因是结构体系不合理，钢筋混凝土柱和砖砌体混合承重体系的抗震性能差。从震害情况看，似乎承重山墙比非承重山墙还轻些。但是，对于非承重山墙，破坏仅仅限于山墙本身，修复比较容易，承重山墙的破坏则有可能危及屋盖，且修复起来比较复杂。80年代又贴建了一个12m跨的单跨厂房，严格按当时的抗震规范设计，汶川地震中破坏轻微，震后厂房内部如图1-5-34。

图1-5-34　按抗震规范设计的厂房破坏轻微

⒉ 钢筋混凝土排架常常具有较好的抗震性能，其震害较砖柱厂房要轻

表1.5.5～8是海城地震和唐山地震中砖排架厂房的震害程度统计。和表1.5.1～4相比可看出，钢筋混凝土柱厂房的抗震性能要好得多，特别是倒塌和严重破坏的房屋比例小很多。

海城地震中砖排架房屋的震害程度 表1.5.5

唐山地震中天津市砖排架房屋的震害程度 表1.5.6

⒊ 轻屋面厂房的抗震性能优于重屋面厂房

厂房地震作用的大小，取决于厂房的重量、厂房的刚度以及地震作用影响系数。厂房屋盖的重量大则地震作用大，但重量大也使厂房的基本周期长，相应的地震作用影响系数小，因此，从抗震计算的角度看，轻、重屋面的地震作用相差并不多。但是，历次地震调查统计结果表明：轻屋盖厂房的震害程度一般均较重屋盖厂房要轻，如海城地震的8、9度区内，重屋盖厂房发生倒塌或严重破坏的比例约占调查总数的10%，而轻屋盖厂房则没有发生严重破坏或倒塌；唐山地震中，10度区内的重屋盖厂房发生倒塌或严重破坏的比例高达70%，而轻屋盖厂房仅占23%。海城地震和唐山地震中各烈度区重屋盖和轻屋盖厂房的震害分类统计见表1.5.9。

唐山地震中单层砖柱厂房震害统计 表1.5.7

唐山地震中单层混合排架柱厂房震害统计 表1.5.8

轻重屋盖钢筋混凝土柱厂房震害分类 表1.5.9

表1.5.9是就整个厂房的破坏程度而言。另外从钢筋混凝土排架柱的震害进行分类统计，也可以得出同样的结论。表1.5.10是唐山地震时10度区、11度区排架柱的震害程度分类。

此外，从厂房的纵向破坏来看，也是轻屋盖厂房的震害较轻。

唐山地区有4栋采用钢筋混凝土槽瓦或石棉瓦的钢筋混凝土柱厂房，唐山地震后，主体结构基本完好，柱间支撑也完好无损，而邻近采用钢筋混凝土大型屋面板的厂房，钢筋混凝土柱和柱间支撑均破坏严重。又如成都某厂房，上世纪50年代设计，未进行抗震设计，80年代进行了抗震加固，同时将重型屋面改为轻型屋面，修改设计时发现排架柱的配筋不足，当时设计院内部还进行了广泛地讨论，最后考虑历次地震中轻屋面厂房震害较轻的事实，没有对排架柱进行加固，汶川地震中，成都属7度区，经调查该厂房基本完好（如图1-5-35）。绵竹市新建的钢筋混凝土柱-轻钢屋盖厂房经受了大地震的考验，完好无损（图1-5-36）。

图1-5-35重屋面改为轻屋面后地震反应良好　图

1-5-36　R.C.柱轻钢屋盖厂房完好无损

⒋钢天窗架的抗震性能优于混凝土天窗架，上凸的天窗架不利于抗震

钢天窗架自重轻，强度储备大，结构延性好，其抗震性能大大好于钢筋混凝土天窗架。同时，上凸的天窗架由于重心高，容易形成鞭梢效应，抗震性能不如下沉式天窗。

唐山地震中，位于天津8、9度区的单层厂房，钢筋混凝土Π形天窗架中有80%遭到不同程度的破坏。据对8度区内的天津拖拉机厂工具、锻工、机修三个车间的调查统计，共有天窗架374榀，几乎所有天窗架立柱均发生不同程度的震害，其中严重酥裂破坏的有190榀，占天窗架总数的50.8%，此外，由于天窗架折断倾倒造成整个屋盖坍塌的，占屋盖总坍塌数量的60%左右。形成鲜明对比的是，钢天窗架均没有发生严重破坏或倒塌的情况。位于唐山10度区内的唐山钢铁公司铸钢车间，正在浇筑跨的钢筋混凝土天窗架全部倒塌，其相邻跨西段的钢筋混凝土天窗架也全部倒塌，而东段的钢天窗架则依然直立。

邢台、海城、唐山地震中，Π形天窗架破坏程度很严重，但是，就是在唐山地震中，8、9度区，甚至10度区内的井式天窗，则经受住了地震的考验，绝大多数仍基本完好，此外，个别项目中采用的横向下沉式天窗、带式采光平天窗，震后也基本完好。

唐山地震中，虽然钢筋混凝土Π形天窗架较普遍地遭到破坏，但是，仔细观察后仍发现存在差别：天窗架立柱采用T形截面的，多发生混凝土酥碎、钢筋压屈，甚至折断倒塌，而矩形截面立柱，绝大多数仅发生水平裂缝。

5． 等高厂房的抗震性能优于不等高厂房

历次地震中，不等高厂房的震害程度均比等高厂房的震害要严重。7度区，等高厂房的钢筋混凝土柱几乎没有破坏，不等高厂房的高低跨柱，支承低跨屋盖的牛腿，比较普遍地发生竖向或外斜裂缝。8度区，不等高厂房高低跨柱的上柱和支承低跨屋盖的牛腿普遍开裂破坏，震害程度比等高厂房严重得多。9、10度区，不等高厂房由于排架中柱强度不足而发生多起倒塌事故，相比之下，等高厂房的倒塌事故则少得多。如唐山地震中，某厂属于10度区，有单跨厂房5栋，均未倒塌；有等高多跨厂房3栋，倒塌1栋，有不等高厂房4栋，全部倒塌。

表1.5.11是海城地震中8度区、9度区各种跨型单层厂房的破坏率统计。表中厂房跨型1为单跨；2位两跨不等高；3为三跨不等高，中跨高，边跨低；4为两跨等高；5为三跨等高。两种厂房的破坏率相差如此之大，主要原因是在地震地面运动作用下，不等高厂房的中柱局部容易造成可能的不同方向的地震，而且高振型对其影响也不能忽视。如果原设计没有进行抗震设计，或者抗震设计不完善，此处就特别容易造成破坏。

海城地震中8、9度区各种跨型的单层厂房破坏率 表1.5.11

6． 排架厂房的横向抗震性能优于纵向抗震性能

历次地震中，厂房的纵向震害程度往往比横向要严重，如天窗架的纵向破坏，在6、7度区就有发生，而厂房的横向破坏，仅在不等高厂房时有所反映；厂房纵向达到严重破坏的情况在8、9度区就更多，横向破坏相对就不是很多。

7.屋盖支撑系统的破坏是造成厂房倒塌的主要原因

屋盖支撑（包括屋架支撑和天窗架支撑）系统对于整个屋盖的整体性和结构稳定性具有重要作用。厂房的钢筋混凝土屋盖，凡是未设置屋架上弦横向支撑或者设置不完全的，由于屋面破坏而造成屋盖倒塌的几率就大，设置了屋架上弦横向水平支撑的，破坏率就低。表1.5.12是对唐山地震中25栋厂房屋盖破坏程度与支撑系统关系的分类统计。

唐山地震中厂房屋盖破坏程度与支撑系统的关系 表1.5.12

天窗架及其竖向支撑的破坏程度与支撑的间距密切相关。天窗竖向支撑的间距小于或等于24m时，天窗架及其支撑均基本保持完好，大于42m时，大多数遭到破坏，间距介乎两者之间的，则发生一定程度的破坏。表1.5.13列出了天津8度区内六个机械工厂天窗架破坏情况的分类统计数字。　8.预制钢筋混凝土墙板具有较好的抗震性能

天窗架破坏程度与竖向支撑间距的关系　表1.5.13

单层钢筋混凝土柱厂房中，绝大多数为柱外贴砖围护墙。在历次地震中，6度区就有个别厂房的砖围护墙发生外倾，烈度越高，围护墙的破坏率越高。唐山地震后，据天津市第一机械工业局的统计，17个工厂中有10个，所有车间的砖围护墙均发生不同程度的倒塌，148个车间中，有137个发生砖围护墙倒塌震害，破坏率达92.6%。

海城地震，7度区和8度区内共有7个车间采用钢筋混凝土预制墙板，唐山地震，7～9度区内有天津重型机床厂水压机车间等9个车间采用墙板，10度区内唐山钢铁公司第二炼钢车间采用混凝土墙板，墙板的跨度有6m和12m两种，墙板的安装位置最高达24.5m。地震后，这些车间的墙板均基本完好，仅个别墙板在联结点发生掉皮、掉角的震害。

以上情况说明，预制钢筋混凝土墙板具有较好的抗震性能。重要的、高大的厂房围护墙，不等高厂房中容易造成严重次生灾害的关键部位处的围护墙（如高低跨或纵横跨交接处的悬墙），宜采用钢筋混凝土墙板或其它轻质板材。