李 哲 斐

(中建安裝工程有限公司南京醫(yī)藥設計研究院，江蘇 南京 210049)

高烈度區(qū)工業(yè)廠房設計實例

李 哲 斐

(中建安裝工程有限公司南京醫(yī)藥設計研究院，江蘇 南京 210049)

以8度區(qū)工業(yè)廠房為例，分析了在高烈度區(qū)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特性和受力特點，主要對框架一剪力墻結(jié)構(gòu)與框架結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)設計方法與計算作了研究，為在高烈度區(qū)工業(yè)廠房設計提供了參考。

高烈度，框架結(jié)構(gòu)，框架—剪力墻結(jié)構(gòu)

0 引言

目前我國工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)形式主要有混凝土和鋼結(jié)構(gòu)兩種。混凝土結(jié)構(gòu)以其自身的優(yōu)勢廣泛應用于各類工業(yè)廠房中。工業(yè)廠房相對于住宅結(jié)構(gòu)來講，需要滿足工藝要求，往往樓面設備很多荷載很大，房間布局沒有規(guī)律且層高很大。6度,7度抗震地區(qū)的混凝土工業(yè)廠房大多采用框架結(jié)構(gòu)，而到了8度,9度高烈度地區(qū)，對于多層廠房，框架結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)柱子截面及配筋過大的情況，一層地震力很大導致柱子超筋，這時框架結(jié)構(gòu)已不能滿足受力要求，這就需要加適量剪力墻成為框架—剪力墻結(jié)構(gòu)才能滿足要求。

現(xiàn)以8度0.3g，Ⅱ類場地上的工業(yè)廠房為例，淺述在高烈度地區(qū)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特性，為在高烈度區(qū)類似工程提供參考。

1 設計實例一(框架—剪力墻結(jié)構(gòu))

某車間總高21 m，四層，建筑物長49 m，寬21 m，柱網(wǎng)7 m×7 m。底層層高5.5 m，二層層高6 m，三層層高5 m，四層層高4.5 m。因生產(chǎn)工藝要求，樓面活荷載取5 kN/m2。

1.1 上部結(jié)構(gòu)設計

1)布置體系。

若按照框架結(jié)構(gòu)計算建模，柱子截面邊長取到1 m仍超筋，因此加入部分剪力墻，按照框架—剪力墻結(jié)構(gòu)進行設計。一層～三層墻、柱、梁混凝土采用C40，四層以上為C30；板混凝土強度等級均為C30。

柱子截面采用變截面柱，一層柱750×900；二層柱750×750；三、四層邊柱750×750，中柱700×700。

一、二層邊框梁同墻寬，梁高800，內(nèi)框梁300×700；三、四層框梁均為300×700。

剪力墻電梯井截面不變，截面厚度380 mm～500 mm；建筑四角剪力墻墻厚一層450 mm，二層及以上380 mm；其他部位墻體一層除個別加厚外墻厚取380 mm，二層以上墻厚300 mm。

2)剪力墻布置。

墻體布置需要經(jīng)過多次試算，因工藝要求，建筑上布置的墻體比較少且位置不規(guī)則，二層樓面又有很多設備需要大空間不能布置墻體，該廠房剪力墻布置比較困難，在四角，電梯間及樓梯間布置了剪力墻，在南北立面各布置了幾片剪力墻，方能通過驗算。

本工程在四角，電梯間及樓梯間布置了剪力墻，在南北立面各布置了幾片剪力墻，在廠房內(nèi)部因設備擺放及工藝要求不能布置墻體，且受條件限制，布置了部分一字形剪力墻。經(jīng)過試算比較，L形，T形墻肢對結(jié)構(gòu)整體受力都要好很多，因此在一字形墻肢一端能加翼墻的盡量加上。

1.2 主體結(jié)構(gòu)計算

本工程位于設防烈度8度區(qū)，設計基本地震加速度0.30g，設計地震第二組，場地類別Ⅱ類。因工藝有防爆區(qū)，建筑物的設防類別為重點設防類。

結(jié)構(gòu)抗震等級為：框架二級，剪力墻一級；結(jié)構(gòu)設計采用結(jié)構(gòu)空間有限元分析設計軟件SATWE(2010版)進行結(jié)構(gòu)分析。周期折減系數(shù)0.8，連梁剛度折減系數(shù)0.5。規(guī)定水平力框架柱地震傾覆力矩所占百分比(抗規(guī))大于10%，根據(jù)高規(guī)，剪力墻按二級計算。

經(jīng)計算，建筑第一周期0.4 s，一、二周期均為平動，第三周期扭轉(zhuǎn)。X向樓層最大位移1/1 164，Y向樓層最大位移1/1 702。位移已不作為控制指標。一層個別墻體在加厚以后方能通過計算。

梁柱墻板主筋及箍筋均采用HRB400鋼筋。

經(jīng)計算，底層柱配筋很大，最大一根柱子配筋率達到3.94%，用直徑32的鋼筋已經(jīng)排列不下，需要采用并筋兩根一組；節(jié)點核心區(qū)剪力最大的一根柱子，箍筋面積需要7.9 mm2。二層柱配筋最大配筋率已減至3.44%；節(jié)點核心區(qū)剪力最大的一根柱子，箍筋面積需要7.0 mm2；三層柱配筋最大配筋率減至1.07%；節(jié)點核心區(qū)剪力最大的一根柱子，箍筋面積需要5.5 mm2；四層柱配筋最大配筋率為1.13%；節(jié)點核心區(qū)剪力最大的一根柱子，箍筋面積需要1.9 mm2。墻柱均不以軸壓比作為控制指標，柱子軸壓比在0.3以下，墻體軸壓比在0.1以下。

1.3 基礎設計

根據(jù)地勘條件，本工程采用筏板基礎。以2層粉質(zhì)粘土為持力層，承載力特征值fak=120 kPa。采用梁板式筏板基礎，混凝土取C35，筏板厚600 mm，地梁高1 500 mm，無剪力墻處地梁寬500 mm，有剪力墻處地梁寬500 mm～1 100 mm。底板及地梁主筋及箍筋均采用HRB400鋼筋。

2 設計實例二(框架結(jié)構(gòu))

某公用工程樓，建筑物長40 m，寬10.5 m，高12.6 m，柱距5 m。地上三層，每層層高4.2 m。地下為水池深3.5 m。

2.1 結(jié)構(gòu)布置體系

采用框架結(jié)構(gòu)。地下柱截面端部柱800×800，中間柱600×800；一層～三層柱端部柱800×800，中間柱600×600；基礎頂～一層柱混凝土強度C40，二層以上柱混凝土強度C30。

2.2 主體結(jié)構(gòu)計算

本工程位于設防烈度8度，設計基本地震加速度0.30g，設計地震第二組，場地類別Ⅱ類。建筑物的設防類別為標準設防類。

結(jié)構(gòu)抗震等級為：框架二級；結(jié)構(gòu)設計采用結(jié)構(gòu)空間有限元分析設計軟件SATWE(2010版)進行結(jié)構(gòu)分析。周期折減系數(shù)0.8，連梁剛度折減系數(shù)0.6。

經(jīng)計算，建筑第一周期0.4 s，一、二周期均為平動，第三周期扭轉(zhuǎn)。X向樓層最大位移1/568，Y向樓層最大位移1/607。位移作為控制指標。

梁柱墻板主筋及箍筋均采用HRB400鋼筋。

一、二層部分柱節(jié)點核心區(qū)剪力大，箍筋需加大。

經(jīng)過計算，底層柱最大配筋率為2.89%，最大節(jié)點核心區(qū)箍筋面積6.3 mm2；二層柱最大配筋率為1.67%，最大節(jié)點核心區(qū)箍筋面積6.0 mm2；三層柱最大配筋率1.39%，最大節(jié)點核心區(qū)箍筋面積3.3 mm2。柱軸壓比在0.25以下，不作為控制指標。

2.3 基礎設計

采用筏板基礎，基礎厚600，混凝土強度等級C35。以②層粉質(zhì)粘土為持力層，承載力特征值fak=120 kPa。底板及地梁主筋及箍筋均采用HRB400鋼筋。

3 結(jié)論和建議

1)在高烈度區(qū)，房屋超過三層做框架結(jié)構(gòu)柱已經(jīng)很大了，需要考慮改變結(jié)構(gòu)形式如加剪力墻成為框架—剪力墻結(jié)構(gòu)進行設計計算。

高烈度區(qū)的框架結(jié)構(gòu)，軸壓比已經(jīng)不作為柱截面的控制方式，地震力很大，純框架結(jié)構(gòu)為了控制層間位移角，需要調(diào)整柱子與梁的截面，使結(jié)構(gòu)整個剛度變大。而結(jié)構(gòu)剛度變大，自振周期變短，導致地震作用更大。在低烈度區(qū)，框架梁和柱的截面往往是根據(jù)豎向承載力的需要進行調(diào)整的。而在高烈度區(qū)，調(diào)整框架梁柱截面并不僅僅由豎向承載力來控制，很多情況下梁柱截面影響到整個結(jié)構(gòu)的剛度，由層間位移來控制。

高烈度區(qū)底層柱地震力很大，柱子配筋很大。本工程底層因工藝要求層高需要5.5 m，一層柱鋼筋直徑最大用32，個別柱子鋼筋排列不下采用了并筋的形式。高烈度區(qū)的框架結(jié)構(gòu)應采用空心輕質(zhì)的填充墻，盡量避免在樓、屋面安放大的設備，以減輕結(jié)構(gòu)自重從而減小地震力，同時應盡量避免層高過大以減小結(jié)構(gòu)側(cè)移及剪力墻厚度。

2)剪力墻的布置應遵循對稱均勻的原則，盡量布置L,T形墻肢，避免一字形墻肢，在建筑四周宜布置剪力墻。因建筑及工藝要求，本工程很多位置不能設置剪力墻，且墻上洞口位置及大小受到限制，給剪力墻的布置和計算帶來了難度。

3)高烈度區(qū)框架及框架—剪力墻結(jié)構(gòu)柱節(jié)點核心區(qū)受剪比較大，需要增加箍筋，且混凝土強度要提高。

高烈度區(qū)框架節(jié)點區(qū)域處箍筋面積大大高于一般框架結(jié)構(gòu)節(jié)點域箍筋，節(jié)點域處的箍筋需要增加單獨配置，必要時要提高混凝土強度等級。

4)對于高烈度地區(qū)的建筑，采用常規(guī)的抗震設計，要使得各項指標滿足規(guī)范要求，構(gòu)件的截面和配筋量都很大，工程造價很高，必要時可以考慮采取隔震及消能減震技術(shù)措施以減小地震力，減少工程造價。

位移型阻尼器，在國內(nèi)外得到了應用，日本，美國，中國臺灣均有應用。國內(nèi)上海的世博中心，北京銀泰中心。國外到2004年止，已有300棟建筑采用了支撐型阻尼器，國內(nèi)截止到2012年6月，位移型阻尼器已有215棟建筑采用，速度型約有100棟建筑采用。在結(jié)構(gòu)中合理布置阻尼墻是達到減震效果的有效途徑。

基礎隔震技術(shù)是在建筑上部結(jié)構(gòu)與地基之間設置足夠安全的隔震系統(tǒng)，由于隔震層的“隔震”“吸震”作用，地震時上部結(jié)構(gòu)作近似平動，從而“隔離”了地震，使用隔震技術(shù)的房屋經(jīng)歷8級地震的震動僅相當于5.5級，不僅達到了減輕地震對上部結(jié)構(gòu)造成損壞的目的，而且建筑裝修及室內(nèi)設備也得到有效保護。

在諸多隔震系統(tǒng)中，隔震橡膠支座是世界研究和應用的主流，在美國、日本等多震國家廣泛應用。國內(nèi)外所有使用疊層橡膠支座隔震房屋，經(jīng)過多次強烈地震的考驗，隔震效果良好，抗震性能顯著。

從隔震技術(shù)應用于建筑工程的實際效果來看，對于8度及其以上抗震設防區(qū)的高于六層建筑，應用隔震技術(shù)后，設防烈度可降低2度，從而可以節(jié)約投資成本，作為成熟的工程應用技術(shù)，隔震技術(shù)已在國內(nèi)外包括美國、日本等發(fā)達國家廣泛應用，目前世界最大的隔震建筑是美國舊金山國際機場。

一般來說隔震技術(shù)主要適用于較重要的低層和多層建筑，如醫(yī)院、學校、商場、科研機構(gòu)以及重要的指揮職能單位。在高烈度地區(qū)，涉及到重要建筑時，可以考慮采用減隔震技術(shù)。

[1] 魯風勇，李愛群.高烈度區(qū)多層鋼筋混凝土框架梁的受力特征和設計建議[J].江蘇建筑，2007(2)：112-113.

[2] 林 玲.高烈度區(qū)框架結(jié)構(gòu)設計探討[J].福建建材，2012(8)：25-26.

[3] 張 中.高烈度區(qū)多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的位移控制[J].工程抗震與加固改造，2008，30(1)：79-81.

On design examples for industrial workshop at high-intensity areas

LI Zhe-fei

(Nanjing Pharmaceutical Industry Design Institute, China Construction Installation Engineering Co., Ltd, Nanjing 210049, China)

Taking some industrial workshop at 8-level intensity area, the paper analyzes the features and stressed characteristics of the reinforced concrete structure at the high intensity area, undertakes the design methods and calculation of the two structures, including the framework-shearing wall structure and framework structure, so as to provide some reference for the design of the industrial workshop at high intensity areas.

high intensity, framework structure, framework-shearing wall structure

1009-6825(2014)36-0027-03

2014-10-16

李哲斐(1979- )，女，工程師

TU318

A