屋盖构件破坏

8.1.1　屋盖构件破坏

地震灾区钢筋混凝土桁架屋盖破坏较为严重，表现为屋面全部或局部塌落，见图8-1～图8-14所示。牛腿柱外屋架坠落，屋面板掉落，屋架水平支撑有掉落现象，个别屋面与柱连接处有移位现象发生。钢屋架在竖向支撑和端头部位有局部移位。钢筋混凝土多波折板屋盖没有出现破坏现象。在厂房一端布置附体建筑或突出构筑物的情况下，端部屋盖破坏尤为突出。

图8－1　汶川县映秀镇某厂房整体倒塌

图8－2　什邡市迎风工业公司屋架坠落

图8－3　绵竹市汉旺镇东方汽轮机厂某厂房屋架坠落

图8－4　绵竹市汉旺镇东方汽轮机厂某轻钢厂房屋架坠落

图8－5　绵竹市汉旺镇东方汽轮机厂某厂房屋盖体系塌落

图8－6　绵竹市汉旺镇东方汽轮机厂某厂房钢筋混凝土大型屋面板掉落

图8－7　绵竹市汉旺镇东方汽轮机厂某厂房轻型屋面板掉落

图8－8　绵竹市汉旺镇东方汽轮机厂某厂房屋面檩条破坏

图8－9　绵竹市汉旺镇某厂房沿纵向搭接处吊车轨道翘曲破坏

图8－10　绵竹市汉旺镇东方汽轮机厂某厂房屋架震落

从图8-1～图8-3，图8-5、图8-6，图8-8～图8-14的震害可见，大型屋面板掉落是引发屋面体系严重震害的主要原因。屋架、天窗架、屋面支撑系统破坏引起的震害，没有大型屋面板掉落危害大。

屋架与柱顶连接节点在地震作用下的受力十分复杂，处于压、剪、弯复合受力状态，连接方式通常有焊接、螺栓连接、钢板铰连接(主要用于9度地区)3种。地震过程中屋架与柱顶连接节点出现焊缝开裂、螺栓剪断、预埋件拔出等震害，严重时导致屋架垮塌。

连接失效的设计原因分析：

1)设计计算过程中仅对平面排架进行横向地震作用验算，可能会低估屋架柱顶连接部位的剪力。由于厂房纵向地震剪力部分通过柱顶节点传递，在设计时若仅考虑横向地震作用，可能会严重低估节点剪力。

2)设计时，屋架与柱顶连接节点承载力强度储备可能低于屋架弦杆、屋架腹杆及排架柱，且连接节点局部破坏后无法进行内力重新分配，尤其当焊接质量不高或严重锈蚀时，其极限承载力甚至可能低于强度设计值，因此地震过程中经常出现连接率先破坏的情况。

3)柱顶与屋架连接按铰接计算，会影响计算结果的准确性。厂房屋架与柱顶连接节点的性能介于刚接与铰接之间，计算模型若将其假定为铰接进行验算时，可能会低估其横向地震作用。

图8－11　什邡市宏大集团钢筋混凝土柱单层厂房屋架局部倒塌

图8－12　什邡市宏大集团钢筋混凝土厂房屋架掉落

图8－13　什邡市宏大集团某钢筋混凝土柱单层工业厂房结构屋架倒塌

图8－14　什邡市宏大集团某钢筋混凝土柱单层工业厂房结构柱倒架塌

图8－15　什邡市宏大集团化学公司轻钢框厂房基本完好

图8－16　什邡市兰星公司轻钢厂房基本完好

图8－17　汉旺镇东方汽轮机厂的主建筑和其他一些建筑基本完好

图8－18　一些按规范设计施工的工业厂房在震后完好

在图8-1～图8-14中，屋面板塌落主要是因为屋面板搁置长度不足，与屋架上弦连接不够牢固，导致地震时屋面板与屋架拉脱、错动甚至掉落。屋面板大面积掉落会带动屋架上弦，引起屋架平面外失稳、扭曲并倒塌。因此，为防止屋面板塌落，当采用大型屋面板时，应按《建筑抗震设计规范》中的相关规定，将大型屋面板与屋架焊牢。

屋架滑落甚至全面倒塌的原因，主要包括：①混凝土屋架端头压坏，譬如端头混凝土浇灌不密实，造成抗剪强度不足；②如若高大厂房屋架在厂房柱柱顶搁置长度过短，剧烈振动时柱顶容易发生破坏并出现屋架坠落；③结构高阶型屋架附近填充墙等因素，可能增大屋架与柱顶连接节点的剪力而造成剪切失效；④滑动支座不符合现行抗震规范的要求，宜采用螺栓加焊接的连接节点。

图8-1～图8-14所示的工业建筑结构在大震时出现了倒塌情况，表现为柱歪、屋面结构掉落。其主要原因是屋盖相对过重，未能体现出“屋顶轻一点”的抗震理念；连接构造等没有做好，未能体现出厂房结构整体性抗震性能。从图8-15～图8-18中可以看出，厂房因采用钢屋盖，屋盖构件只产生了轻微破坏。因此，屋盖结构宜采用轻质高强的钢结构屋面系统，加强连接，提高其整体性以及抗震储备承载力。