陳業(yè)平

【摘要】結(jié)構(gòu)系統(tǒng)規(guī)劃，是不經(jīng)由詳細(xì)數(shù)值分析，考慮抗震性能目標(biāo)的高低而確定結(jié)構(gòu)系統(tǒng)型式、結(jié)構(gòu)配置、基礎(chǔ)形式、材料，經(jīng)由經(jīng)驗(yàn)與簡(jiǎn)便設(shè)計(jì)確定結(jié)構(gòu)初步尺寸、規(guī)則性與不規(guī)則性、預(yù)期降伏與消能機(jī)制等，需設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)、直覺和判斷。本文從結(jié)構(gòu)系統(tǒng)規(guī)劃、抗震建材的配置與抗震補(bǔ)強(qiáng)、民用建筑抗震設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)三個(gè)方面著手，對(duì)民用建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)議題進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】民用建筑；抗震結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

1結(jié)構(gòu)系統(tǒng)規(guī)劃

美國(guó)IBC相關(guān)規(guī)范以及國(guó)內(nèi)建材設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)與高度限制、平面與立面不規(guī)則性限制等提出研修方案，并規(guī)定各類結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的破壞機(jī)制。主要包括如下部分內(nèi)容：一是，加強(qiáng)磚造、木造、SRC的設(shè)計(jì)宜配合建材設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)定。涉及規(guī)范不允許新建建筑物采用鋼筋混凝土造部分韌性抗彎矩構(gòu)架（IMRF），但需要評(píng)估既有IMRF的抗震性能時(shí)，確保R=3.2；鋼造斜撐構(gòu)架系統(tǒng)與場(chǎng)鑄鋼筋混凝土剪力墻系統(tǒng)，高度限制為50m，但若是在任一平面下斜撐或剪力墻的配置滿足以下所列的條件，則高度限制可以提高到75m：斜撐構(gòu)架或剪力墻在任一立面中，其抵御的不含扭矩效應(yīng)的地震力不得超過總橫力的50%，二是，由斜撐構(gòu)架及剪力墻抵御的地震力中，由扭矩效應(yīng)造成的地震力不得超過20%；目前國(guó)內(nèi)尚無挫屈束制支撐構(gòu)架與鋼造韌性桁架建材設(shè)計(jì)規(guī)范，若主管機(jī)關(guān)允許采用其他可信理論進(jìn)行建材設(shè)計(jì)時(shí)，R與高度限制應(yīng)參考相關(guān)資料，無相關(guān)資料者，應(yīng)采用相應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)范提供的韌性容量與高度限制。不規(guī)則性限制主要增加極度扭轉(zhuǎn)不規(guī)則性。對(duì)弱層的定義，除了原定義為該層強(qiáng)度與該層設(shè)計(jì)層剪力的比值低于其上層比值80%以外，增加破壞機(jī)制中有單一樓層或多層樓層各柱上、下端均出現(xiàn)塑鉸的情形，便于檢核。

抗震性能設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)具有彈性，提供建筑設(shè)計(jì)人員發(fā)揮的空間，特殊建筑物采用規(guī)范規(guī)定以外的未定義結(jié)構(gòu)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)可信理論自行初步設(shè)計(jì)后，檢核抗震性能目標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)滿足要求即可。

2抗震建材的配置與抗震補(bǔ)強(qiáng)

抗震建材的配置影響整體建筑的偏心、剛性因素甚大：從另一個(gè)角度而言，一棟正確配置抗震建材的建筑物，能充分發(fā)揮各部位結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，避免應(yīng)力集中造成建筑破壞；而抗震補(bǔ)強(qiáng)則針對(duì)原本結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)予以補(bǔ)強(qiáng)，同樣可達(dá)到強(qiáng)化整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使各部結(jié)構(gòu)能發(fā)揮更高的效能，確保建筑的抗震性能。本節(jié)以立面抗震設(shè)計(jì)、剪力墻配置以及結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)三個(gè)方面開展相關(guān)探討。

一是，立面抗震設(shè)計(jì)。事實(shí)上，高層建筑抗震建材最理想場(chǎng)所當(dāng)屬立面，這也是立面作為抗震建材（如墻、斜撐、深梁、桁架等）設(shè)置時(shí)，對(duì)于建筑動(dòng)線機(jī)能及室內(nèi)空間等影響較少?？拐鸾ú牡脑O(shè)置不限于建筑物內(nèi)，反之在周邊外圍上若處理得當(dāng)則可獲理想的效果。高層建筑立面抗震系統(tǒng)可分為兩大類：一為連貫性均勻的立面格梁構(gòu)架（facade grids）；其二為整體立面抗震結(jié)構(gòu)（tota lfacade structures）。

二是，剪力墻的配置。剪力墻為建筑結(jié)構(gòu)上一種相當(dāng)具有抗震效能的方式，也是一般集合住宅常使用的抗震構(gòu)件之一；剪力墻非單指鋼筋混凝土剪力墻而言，實(shí)際上具有抗震效果的均可視為抗震壁，如鋼筋混凝土剪力墻、桁架墻、剛構(gòu)架墻、鋼骨斜撐墻等。同時(shí)，配置得宜的剪力墻可以相當(dāng)程度地強(qiáng)化整體結(jié)構(gòu)的抗震能力。高層建筑的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)配置應(yīng)遵循下述3項(xiàng)原則：平面要求簡(jiǎn)單且具規(guī)則性；抗震建材要求對(duì)稱；建筑物整體須具有抵抗扭矩的能力。對(duì)稱而東西則為不對(duì)稱，為使質(zhì)量中心與抗震中心（即剛心）能夠盡量接近一致，故將剪力墻偏向左側(cè)配置。在剪力墻采用不連貫配置時(shí)，應(yīng)特別注意連續(xù)部分建材的補(bǔ)強(qiáng)。非不得已剪力墻應(yīng)上下貫通形成連續(xù)性的立面配置。剪力墻配置不宜過高。構(gòu)架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)不足以單獨(dú)承受橫力時(shí)，一般均采用剪力墻與構(gòu)架合併抵御橫力最為普遍。著種情況下。構(gòu)筑剪力墻與樓板應(yīng)一體澆置而成，其連接處的設(shè)計(jì)應(yīng)特別注意需具有足夠傳遞剪力的能力。獨(dú)立的剪力墻若太高，不但不能幫助構(gòu)架抵抗地震力，反會(huì)增加構(gòu)架的負(fù)擔(dān)。

三是，結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)。針對(duì)結(jié)構(gòu)上也破壞的部位，增加板厚以及補(bǔ)強(qiáng)鋼筋。因功能上的特殊需求，不便于接面處設(shè)置伸縮縫時(shí)，則應(yīng)在結(jié)構(gòu)體應(yīng)力集中處，增加板厚并施置補(bǔ)強(qiáng)鋼筋，補(bǔ)強(qiáng)鋼筋的施置不僅限于樓板，交接處的梁、柱等也應(yīng)相對(duì)加強(qiáng)。

3民用建筑抗震設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)

各國(guó)民用建筑的設(shè)計(jì)、施工雖大同小異，但因應(yīng)國(guó)情也有諸多細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)與施工上的差異，對(duì)此本文提出幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)證具有抗震效能的方式與相關(guān)專業(yè)者共同探討。

一是，建筑物在1F開放空間區(qū)域，盡量增加墻量比或?qū)⒅鶖嗝娣糯?，以減少弱層（軟腳）效應(yīng)發(fā)生。建筑物的非結(jié)構(gòu)性RC墻盡量能上下連續(xù)，且至少延伸到1F，以防止立面勁度的不規(guī)變化，導(dǎo)致弱層效應(yīng)發(fā)生。結(jié)構(gòu)系統(tǒng)上盡量避免短柱、短梁情況發(fā)生，以防止應(yīng)力集中而造成破壞，柱最好全區(qū)配置緊密箍。在配筋上，勿采用水淬鋼筋，因降伏強(qiáng)度（Fy）太高，會(huì)降低韌性，而#5以下的小號(hào)數(shù)鋼筋可采用高拉鋼筋，以減少鋼筋用量，增加與混凝土之間握裹強(qiáng)度及施工性。梁跨度太大時(shí)，須先檢討梁的撓度，增加梁斷面及減少梁荷重單位面積（即間距縮短），盡量避免單跨梁、使梁挑出或加柱處理，則梁中央、端部的彎矩會(huì)較小。

二是，外墻及隔戶墻應(yīng)當(dāng)以15-18公分厚鋼筋混凝土為原則，并配置雙層雙排鋼筋，可強(qiáng)化整體結(jié)構(gòu)的抗剪能力及防水、防火功能；因早期建筑物房屋外墻，大部分會(huì)龜裂滲水，主要因?yàn)橥鈮Χ酁?2公分厚，且排單層單排鋼筋加上水管、電管的配置，而外有太陽及內(nèi)有空調(diào)的熱漲冷縮導(dǎo)致龜裂滲水。建筑立面高寬比為3：1較好，地震側(cè)力發(fā)生時(shí)容易產(chǎn)生偏心而倒塌，否則應(yīng)另外處理，即打樁等。重心與剛心差太多，尤其轉(zhuǎn)角處店鋪騎樓外緣作挑梁沒有作柱子，地震時(shí)容易重心不穩(wěn)倒塌。

三是，我國(guó)民用建筑常采用1-3樓挑空造成細(xì)長(zhǎng)柱，因此在柱間加梁，使細(xì)長(zhǎng)柱變?yōu)槎讨凹哟种樱苡行嵘w建筑的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。鋼筋混凝土品質(zhì)提升建議：由歷次地震后建筑物倒塌探討中得知混凝土強(qiáng)度不足（灌漿加水）及柱子端部箍筋間距太大，以致柱端混凝土壓碎爆裂倒塌，所以按相應(yīng)法規(guī)規(guī)定柱子端部箍筋間距要低于10cm，確保綁扎?；炷翉?qiáng)度不夠，現(xiàn)場(chǎng)灌漿加水嚴(yán)重，建議修改法規(guī)，混凝土試體采樣時(shí)，應(yīng)在混凝土剛灌好的板、梁、柱等各處各自采樣試體?？刂乒芾硭畞碓刺幨宫F(xiàn)場(chǎng)無法亂加水?；蛟诠S預(yù)鑄，運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)施作接合，能在工廠有效率控制品質(zhì)；另有剪力墻、強(qiáng)梁弱柱、土壤液化等現(xiàn)象的問題，均須依照規(guī)定詳加設(shè)計(jì)并按圖例進(jìn)行施工。

【參考文獻(xiàn)】

［１］王如平.鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震概念設(shè)計(jì)[J].科技風(fēng)，2008（01）．

［２］汪玉欣.高層建筑結(jié)構(gòu)體系淺談[J].黑龍江科技信息，2011（04）．

［責(zé)任編輯：薛俊歌］