鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑工業(yè)化及其抗震設(shè)計

李本悅 樊啟廣 徐 成

(浙江大學(xué)建筑設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310028)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑工業(yè)化及其抗震設(shè)計

李本悅 樊啟廣 徐 成

(浙江大學(xué)建筑設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310028)

根據(jù)我國建筑工業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀，詳細介紹了現(xiàn)場現(xiàn)澆的主體抗震結(jié)構(gòu)和預(yù)制樓板的抗震設(shè)計方法及其他抗震措施，提出鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是我國建筑工業(yè)化發(fā)展的主要方向，指出主體抗震結(jié)構(gòu)現(xiàn)場現(xiàn)澆、樓板和其他輔助構(gòu)件工廠預(yù)制的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為建筑工業(yè)化推廣應(yīng)用的重點。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，建筑工業(yè)化，結(jié)構(gòu)抗震，抗震措施

隨著我國城鎮(zhèn)化進程的推進，建筑工業(yè)化以其節(jié)能、節(jié)材、節(jié)地、保護環(huán)境等特點將逐漸成為建筑市場的主力軍，逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)建筑業(yè)中分散的、低水平的、低效率的手工作業(yè)生產(chǎn)方式。建筑工業(yè)化按建筑材料可分為木結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等種類[1]。因我國木材資源貧乏，木結(jié)構(gòu)無法滿足建筑市場的需求；鋼結(jié)構(gòu)為國外建筑工業(yè)化的主要模式，但因其耐火性能不高、后期防腐維護成本較高等特點，在我國市場占有率不高；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有堅固、耐久、防火性能好等優(yōu)點，是我國建筑工業(yè)化發(fā)展的主要方向，特別是主體抗震結(jié)構(gòu)現(xiàn)場現(xiàn)澆、樓板和其他輔助構(gòu)件工廠預(yù)制的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因其抗震性能好、耗能機制完善、與當前建筑市場能緊密銜接等特點，應(yīng)為建筑工業(yè)化應(yīng)用推廣的重點。我國處于環(huán)太平洋地震帶和亞歐地震帶，是世界上地震災(zāi)害最嚴重的國家之一，地震強度大、范圍廣、頻率高、損失重，新中國成立以來，地震造成的死亡人數(shù)遠高于其他各類自然災(zāi)害造成死亡人數(shù)的總和。根據(jù)我國的實際情況，為減輕建筑物震害，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設(shè)防目標[2]。確保結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足抗震設(shè)防目標是鋼筋混凝土建筑工業(yè)化推廣應(yīng)用的前提。本文主要介紹了現(xiàn)場現(xiàn)澆的主體抗震結(jié)構(gòu)和預(yù)制樓板的抗震設(shè)計方法以及其他抗震措施。

1 現(xiàn)場現(xiàn)澆主體結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計

傳統(tǒng)意義上鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑工業(yè)化的施工方式主要采用預(yù)制裝配式，即所有構(gòu)件在工廠先制作好，然后運輸至施工現(xiàn)場進行安裝，這種方式雖然節(jié)省了模板、改善了施工條件、加快了施工進度，但結(jié)構(gòu)的整體性不強，結(jié)構(gòu)剛度偏弱，抗震性能較差。為確?？拐鹦Ч黧w結(jié)構(gòu)(包括梁、柱和剪力墻)應(yīng)采用現(xiàn)場澆筑的方式施工，通過采用工具式腳手架、整體式模板、預(yù)制鋼筋骨架等方式深化施工技術(shù)的建筑工業(yè)化，而樓板和其他輔助構(gòu)件工廠預(yù)制，現(xiàn)場安裝，在深化建筑工業(yè)化進程的同時確保建筑物的抗震性能?，F(xiàn)場澆筑的主體抗震結(jié)構(gòu)其設(shè)計可分為以下兩個階段[3]，第一階段：計算“小震”時結(jié)構(gòu)在彈性狀態(tài)下的地震作用，并與重力、風等荷載組合，進行構(gòu)件截面設(shè)計，從而滿足“小震不壞”的要求，應(yīng)注意在設(shè)計時不應(yīng)考慮剛性樓板假定，不考慮樓板對梁剛度的放大作用，簡支在梁上的預(yù)制樓板，僅考慮傳遞豎向荷載作用。同時控制“小震”時層間位移角并采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施，保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性、變形能力和塑性耗能機制，達到“中震可修”的目標；第二階段：控制“大震”時結(jié)構(gòu)的彈塑性層間位移角并采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施，確?！按笳鸩坏埂薄！按笳鸩坏埂笔潜ＷC人員生命安全的紅線，全結(jié)構(gòu)現(xiàn)場澆筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)因現(xiàn)澆樓板的存在，無法切實做到“強柱弱梁、強剪弱彎”，過多的調(diào)整系數(shù)增加了結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的不安定因素。主體抗震結(jié)構(gòu)現(xiàn)場澆筑、樓板及其他輔助構(gòu)件工廠預(yù)制的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實際受力狀態(tài)更符合結(jié)構(gòu)計算軟件的假定，結(jié)構(gòu)計算準確可靠，并且工廠預(yù)制的結(jié)構(gòu)樓板與主體結(jié)構(gòu)柔性連接，在“大震”時能有效消耗地震能量，減少建筑物震害。

2 預(yù)制樓板的抗震設(shè)計

預(yù)制樓板不考慮參與地震時水平力的傳遞，僅按承受豎向荷載(含豎向地震)設(shè)計，只要滿足正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)就能達到“小震不壞”的要求。預(yù)制樓板的抗震設(shè)計重點在于加強預(yù)制樓板與支撐梁的節(jié)點連接，典型的預(yù)制樓板與主體結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點如圖1所示：預(yù)制樓板擱置在現(xiàn)澆梁側(cè)的牛腿上，并通過預(yù)埋在梁頂?shù)穆菟ㄅc梁實現(xiàn)柔性螺桿連接，其中擱置長度l需滿足式(1)的要求。

l≤[ue]

(1)

其中，[ue]為“中震”時，相鄰主體結(jié)構(gòu)間的最大相對位移。預(yù)制板的擱置長度根據(jù)抗震設(shè)計設(shè)防目標應(yīng)滿足“中震可修”的要求，如擱置長度不足，導(dǎo)致“中震”時預(yù)制板脫落，雖然由于柔性螺栓的存在不致于倒塌，但預(yù)制板脫落的維修需要小型吊裝機械和施工場地，實施起來相對困難，不符合“中震可修”的目標；如按“大震不倒”設(shè)計擱置長度，擱置長度會較長，影響建筑使用。

柔性螺栓連接需按“大震不倒”的要求設(shè)計，“大震”時允許預(yù)制樓板因滑出擱置牛腿而發(fā)生脫落，柔性螺栓和螺桿拉住預(yù)制板而不發(fā)生倒塌，以實現(xiàn)“大震不倒”的目標。單根螺栓所受拉力可由式(2)計算。

Nt=Geb/n

(2)

其中，Geb為單塊預(yù)制板的重力荷載代表值；n為單塊預(yù)制板所使用的連接螺栓個數(shù)。柔性螺栓按“大震不倒”的要求設(shè)置，“小震中震”時不參與結(jié)構(gòu)受力，螺桿需要有足夠的富余長度，使其在“小震中震”時自由變形，富余部分螺桿可彎折埋入板端縫中，并用建筑密封膠保護；預(yù)制板底部的螺帽需防水、防腐，并應(yīng)采取防脫落措施；為方便施工，柔性螺桿應(yīng)在現(xiàn)澆梁的梁頂預(yù)埋，在預(yù)制板的板底固定；柔性螺桿應(yīng)使用屈服臺階長、屈強比低、總伸長率大的材料制作，并在可能受混凝土剪切處采取剛性套筒保護，以防止在預(yù)制板脫落過程中被混凝土尖角剪斷。

3 其他抗震措施

3.1 加強相鄰預(yù)制板之間的連接及密封措施

相鄰預(yù)制板間的連接能協(xié)調(diào)預(yù)制板間的差異變形，增強預(yù)制板的整體性，降低單塊板擱置端破壞后預(yù)制板發(fā)生倒塌的風險。相鄰預(yù)制板間通常采用螺栓連接，施工簡單方便，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。預(yù)制板與主體結(jié)構(gòu)間以及相鄰預(yù)制板間還需采用高效、穩(wěn)定、變形能力強的建筑膠密封，以滿足建筑物隔音、防水和私密性的要求，密封效果的好壞對住宅工業(yè)化建筑尤為重要。

3.2 采用預(yù)制空心樓板或預(yù)制帶肋樓板

采用預(yù)制空心樓板或預(yù)制帶肋樓板可有效減輕結(jié)構(gòu)自重，減輕建筑物震害的同時又可增強預(yù)制板剛度、減少變形、降低造價，通過采用高強鋼筋或施加預(yù)應(yīng)力等措施可進一步節(jié)省結(jié)構(gòu)鋼筋用量，使建筑物達到節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保的要求。

3.3 在預(yù)制構(gòu)件和主體抗震構(gòu)件之間安裝耗能元件

在預(yù)制構(gòu)件和主體抗震構(gòu)件之間安裝耗能元件如阻尼器、減震墊等，能有效利用預(yù)制構(gòu)件在“中震大震”時變形能力強的特性進行建筑物耗能，減少主體抗震結(jié)構(gòu)所吸收的地震能量，降低建筑物震害。

4 結(jié)語

建筑工業(yè)化是我國建筑業(yè)發(fā)展的必然趨勢，是實現(xiàn)綠色建筑的必由之路[5]，本文提出了主體抗震結(jié)構(gòu)現(xiàn)場現(xiàn)澆、樓板和其他輔助構(gòu)件工廠預(yù)制是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑工業(yè)化的主要方向，討論了主體抗震結(jié)構(gòu)和預(yù)制樓板的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計要點和注意事項以實現(xiàn)我國的抗震設(shè)防目標，并提出通過加強相鄰預(yù)制板間連接及密封措施、采用預(yù)制空心樓板或預(yù)制帶肋樓板和在預(yù)制構(gòu)件和主體抗震構(gòu)件之間安裝耗能元件等抗震措施以降低建筑物的震害。

[1] 張曉平.建筑工業(yè)化設(shè)計要點探討[J].科技探索,2011(2):268-269.

[2] GB 50011-2010,建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[3] 國家標準建筑抗震設(shè)計規(guī)范管理組.建筑抗震設(shè)計規(guī)范統(tǒng)一培訓(xùn)教材[M].北京:地震出版社,2010.

[4] 侯艷斌.談鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計理論[J].山西建筑，2013，39(20)：31-32.

[5] 曾令榮,吳雪樵,張彥林.建筑工業(yè)化——我國綠色建筑發(fā)展的主要途徑與必然選擇[J].居業(yè),2012(3):94-96.

The construction industrialization and seismic design of reinforced concrete structure

LI Ben-yue FAN Qi-guang XU Cheng

(TheArchitecturalDesign&ResearchInstituteCo.,LtdofZhejiangUniversity,Hangzhou310028,China)

According to the current situation of construction industrialization, discusses the seismic design methods and some seismic measures of this structure. The main development direction is the application of the reinforced concrete structure, in which, the chief anti-seismic structure casting-in-scene, floor slab and other auxiliary components fabricated in factory should be emphasized and preferred.

reinforced concrete structure, construction industrialization， anti-seismic structure， anti-seismic measures

1009-6825(2014)11-0064-02

2014-01-25

李本悅(1979- )，男，工程師； 樊啟廣(1977- )，男，工程師； 徐 成(1976- )，男，工程師

TU375

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