抗震設(shè)防烈度9度與8度時水泥廠結(jié)構(gòu)設(shè)計對比

+李振強

摘要：在抗震設(shè)防烈度為9度時，結(jié)構(gòu)方案的選擇與低烈度條件下有很大差別，工程量也增加較多。文章對實際工程進行了總結(jié)和對比，旨在能為相關(guān)工作提供些許借鑒。

關(guān)鍵詞：抗震設(shè)防烈度9度；混凝土結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計

在中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖中，設(shè)計基本地震加速度值≥0.40g、也就是抗震設(shè)防烈度為9度及以上的區(qū)域很少，我們的工作中也很少遇到在抗震設(shè)防烈度為9度及以上區(qū)域的工程。那么，在此烈度條件下的結(jié)構(gòu)設(shè)計有何特點、結(jié)構(gòu)的工程量與低烈度條件下有多大差別呢？我院在2011年同時承接了兩條規(guī)模相同的水泥生產(chǎn)線，分別位于抗震設(shè)防烈度為8度（設(shè)計基本地震加速度值0.20g）和9度（0.40g）的地區(qū)，其中有些車間的尺寸及荷載相似，在此，筆者從結(jié)構(gòu)方案和工程量總結(jié)、對比了其中一些相似的車間，希望能對大家在遇到類似的情況時有一些借鑒。

下面，筆者主要選擇了窯頭廠房（單層）和旋風筒樓（多層）分別進行了對比。結(jié)構(gòu)計算程序采用PKPM，工程量也是由程序統(tǒng)計的。因兩工程的地質(zhì)情況不同，基礎(chǔ)方案不同，本文僅對比了兩車間的上部結(jié)構(gòu)。為簡化，下文中將位于抗震設(shè)防烈度為8度區(qū)的工程簡稱為8度工程，將位于9度區(qū)的工程簡稱為9度工程。

1窯頭廠房

1.1廠房尺寸。廠房為單層，頂面高度為8.000m，柱底高度為-2.000m，平面尺寸參見圖1：

1.28度工程設(shè)計。此工程采用常規(guī)的框架結(jié)構(gòu)方案，框架柱的尺寸從600x600~800x800mm。

1.39度工程設(shè)計。此工程如果仍采用與8度工程相同的框架截面，結(jié)構(gòu)的層間位移角將達到1/298，不滿足《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011中第5.5.1條中規(guī)定的框架結(jié)構(gòu)彈性層間位移角限值1/550的要求，因此，需增加結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度。在設(shè)計過程中，我們對比了加大框架截面尺寸和設(shè)置抗震墻兩種方案，從對比的結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用設(shè)置抗震墻的方案工程量更省，我們最終的設(shè)計即采用了框架-抗震墻的方案，在下圖1所示位置設(shè)置了抗震墻，墻厚為300mm。所有柱截面尺寸均為600×600mm。

圖1

1.4工程量及造價對比。上述兩種方案的對比見下表：

對比項 混凝土（m3） 鋼筋（t） 造價（萬元）

8度 396.8 76.3 83.7

9度 494.4 102.6 109.2

9度比8度增加率 24.6％ 34.5％ 30.4％

注：表中混凝土單價按860元/ m3、鋼筋單價按6500元/t計算，下表相同。

2旋風筒樓

2.1廠房尺寸。廠房的平、立面尺寸見圖2。兩工程的基礎(chǔ)埋深有些差別，其中：A軸基礎(chǔ)埋深相同，為1軸處-9.000m、3軸處-10.800m；其他軸處8度工程埋深均為-6.500m，9度工程埋深均為-3.500m。

2.28度工程設(shè)計。此工程采用常規(guī)的框架結(jié)構(gòu)方案，框架柱的尺寸從700x900~1000x1200mm。

圖2

2.39度工程設(shè)計。在《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011中第6.1.1條的表6.1.1中規(guī)定，9度時鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋適用的最大高度為24m，本廠房的高度已超過這一要求。因此，我們選用了框架-抗震墻的結(jié)構(gòu)方案，在B、C軸之間設(shè)置了抗震墻。

2.4工程量及造價對比。上述兩種方案的對比見下表：

對比項 混凝土（m3） 鋼筋（t） 造價（萬元）

8度 821.6 159.8 174.5

9度 1056.8 231.2 241.2

9度比8度增加率 28.6％ 44.7％ 38.2％

3分析、總結(jié)

通過以上兩個廠房的對比，我們可以看到，對于混凝土框架結(jié)構(gòu)，當抗震設(shè)防烈度從8度提高到9度后，工程的造價會提高30％以上。根據(jù)我們以前搜集的資料，對于鋼筋混凝土抗彎框架，當設(shè)計基本地震加速度值從0.05g提高到0.10g時，投資增加約1％；從0.10g提高到0.20g時，投資增加約6％，增加額并不大。這從我們以前的設(shè)計經(jīng)驗也可以驗證以上的數(shù)據(jù)，當設(shè)防烈度為7度時，采用與6度相同的框架截面僅配筋稍做增加，即可滿足抗震設(shè)計要求；當設(shè)防烈度為8度時，與7度時相比，配筋或截面及配筋稍做增加，也可滿足要求。通過本次9度工程的設(shè)計，我們注意到，對于混凝土框架結(jié)構(gòu)，無論是單層還是多層，框架的截面及配筋比8度條件下增加很多才能滿足抗震設(shè)計的要求。而較大的梁、柱截面有時會影響到建筑的使用或美觀，此時，應(yīng)考慮采取不同的結(jié)構(gòu)方案來進行設(shè)計，在此情況下，框架-抗震墻結(jié)構(gòu)是一個可選擇的方案。在本工程中，包裝車間（高度20.4m）、辦公樓（4層、總高13.5m）最終都是采用的框架-抗震墻結(jié)構(gòu)。

在抗震設(shè)防烈度為9度時，地震作用成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制作用，不僅是對框架結(jié)構(gòu)，對水泥廠中的其他結(jié)構(gòu)也一樣。例如，對于筒倉結(jié)構(gòu)，當筒倉較高時，在地震作用下，筒壁內(nèi)會產(chǎn)生拉力，筒壁的豎向配筋不能再按構(gòu)造配筋，應(yīng)按計算增加豎向抗拉鋼筋；另外，有些庫在水平地震作用下產(chǎn)生的剪力已經(jīng)大于筒倉支撐結(jié)構(gòu)的抗剪承載力，需要增加支撐結(jié)構(gòu)的截面或提高其混凝土強度等級。

4結(jié)語

抗震設(shè)防烈度為9度時，結(jié)構(gòu)的工程量及造價較低烈度條件下有較大增加，本文通過實際工程做了一些對比、總結(jié)。由于筆者水平有限，有些方面可能并不全面，謹希望能通過本文給大家提供一些有益的幫助。

作者簡介：李振強（1971- ），男，天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院有限公司，結(jié)構(gòu)專業(yè)。

摘要：在抗震設(shè)防烈度為9度時，結(jié)構(gòu)方案的選擇與低烈度條件下有很大差別，工程量也增加較多。文章對實際工程進行了總結(jié)和對比，旨在能為相關(guān)工作提供些許借鑒。

關(guān)鍵詞：抗震設(shè)防烈度9度；混凝土結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計

在中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖中，設(shè)計基本地震加速度值≥0.40g、也就是抗震設(shè)防烈度為9度及以上的區(qū)域很少，我們的工作中也很少遇到在抗震設(shè)防烈度為9度及以上區(qū)域的工程。那么，在此烈度條件下的結(jié)構(gòu)設(shè)計有何特點、結(jié)構(gòu)的工程量與低烈度條件下有多大差別呢？我院在2011年同時承接了兩條規(guī)模相同的水泥生產(chǎn)線，分別位于抗震設(shè)防烈度為8度（設(shè)計基本地震加速度值0.20g）和9度（0.40g）的地區(qū)，其中有些車間的尺寸及荷載相似，在此，筆者從結(jié)構(gòu)方案和工程量總結(jié)、對比了其中一些相似的車間，希望能對大家在遇到類似的情況時有一些借鑒。

下面，筆者主要選擇了窯頭廠房（單層）和旋風筒樓（多層）分別進行了對比。結(jié)構(gòu)計算程序采用PKPM，工程量也是由程序統(tǒng)計的。因兩工程的地質(zhì)情況不同，基礎(chǔ)方案不同，本文僅對比了兩車間的上部結(jié)構(gòu)。為簡化，下文中將位于抗震設(shè)防烈度為8度區(qū)的工程簡稱為8度工程，將位于9度區(qū)的工程簡稱為9度工程。

1窯頭廠房

1.1廠房尺寸。廠房為單層，頂面高度為8.000m，柱底高度為-2.000m，平面尺寸參見圖1：

1.28度工程設(shè)計。此工程采用常規(guī)的框架結(jié)構(gòu)方案，框架柱的尺寸從600x600~800x800mm。

1.39度工程設(shè)計。此工程如果仍采用與8度工程相同的框架截面，結(jié)構(gòu)的層間位移角將達到1/298，不滿足《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011中第5.5.1條中規(guī)定的框架結(jié)構(gòu)彈性層間位移角限值1/550的要求，因此，需增加結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度。在設(shè)計過程中，我們對比了加大框架截面尺寸和設(shè)置抗震墻兩種方案，從對比的結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用設(shè)置抗震墻的方案工程量更省，我們最終的設(shè)計即采用了框架-抗震墻的方案，在下圖1所示位置設(shè)置了抗震墻，墻厚為300mm。所有柱截面尺寸均為600×600mm。

圖1

1.4工程量及造價對比。上述兩種方案的對比見下表：

對比項 混凝土（m3） 鋼筋（t） 造價（萬元）

8度 396.8 76.3 83.7

9度 494.4 102.6 109.2

9度比8度增加率 24.6％ 34.5％ 30.4％

注：表中混凝土單價按860元/ m3、鋼筋單價按6500元/t計算，下表相同。

2旋風筒樓

2.1廠房尺寸。廠房的平、立面尺寸見圖2。兩工程的基礎(chǔ)埋深有些差別，其中：A軸基礎(chǔ)埋深相同，為1軸處-9.000m、3軸處-10.800m；其他軸處8度工程埋深均為-6.500m，9度工程埋深均為-3.500m。

2.28度工程設(shè)計。此工程采用常規(guī)的框架結(jié)構(gòu)方案，框架柱的尺寸從700x900~1000x1200mm。

圖2

2.39度工程設(shè)計。在《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011中第6.1.1條的表6.1.1中規(guī)定，9度時鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋適用的最大高度為24m，本廠房的高度已超過這一要求。因此，我們選用了框架-抗震墻的結(jié)構(gòu)方案，在B、C軸之間設(shè)置了抗震墻。

2.4工程量及造價對比。上述兩種方案的對比見下表：

對比項 混凝土（m3） 鋼筋（t） 造價（萬元）

8度 821.6 159.8 174.5

9度 1056.8 231.2 241.2

9度比8度增加率 28.6％ 44.7％ 38.2％

3分析、總結(jié)

通過以上兩個廠房的對比，我們可以看到，對于混凝土框架結(jié)構(gòu)，當抗震設(shè)防烈度從8度提高到9度后，工程的造價會提高30％以上。根據(jù)我們以前搜集的資料，對于鋼筋混凝土抗彎框架，當設(shè)計基本地震加速度值從0.05g提高到0.10g時，投資增加約1％；從0.10g提高到0.20g時，投資增加約6％，增加額并不大。這從我們以前的設(shè)計經(jīng)驗也可以驗證以上的數(shù)據(jù)，當設(shè)防烈度為7度時，采用與6度相同的框架截面僅配筋稍做增加，即可滿足抗震設(shè)計要求；當設(shè)防烈度為8度時，與7度時相比，配筋或截面及配筋稍做增加，也可滿足要求。通過本次9度工程的設(shè)計，我們注意到，對于混凝土框架結(jié)構(gòu)，無論是單層還是多層，框架的截面及配筋比8度條件下增加很多才能滿足抗震設(shè)計的要求。而較大的梁、柱截面有時會影響到建筑的使用或美觀，此時，應(yīng)考慮采取不同的結(jié)構(gòu)方案來進行設(shè)計，在此情況下，框架-抗震墻結(jié)構(gòu)是一個可選擇的方案。在本工程中，包裝車間（高度20.4m）、辦公樓（4層、總高13.5m）最終都是采用的框架-抗震墻結(jié)構(gòu)。

在抗震設(shè)防烈度為9度時，地震作用成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制作用，不僅是對框架結(jié)構(gòu)，對水泥廠中的其他結(jié)構(gòu)也一樣。例如，對于筒倉結(jié)構(gòu)，當筒倉較高時，在地震作用下，筒壁內(nèi)會產(chǎn)生拉力，筒壁的豎向配筋不能再按構(gòu)造配筋，應(yīng)按計算增加豎向抗拉鋼筋；另外，有些庫在水平地震作用下產(chǎn)生的剪力已經(jīng)大于筒倉支撐結(jié)構(gòu)的抗剪承載力，需要增加支撐結(jié)構(gòu)的截面或提高其混凝土強度等級。

4結(jié)語

抗震設(shè)防烈度為9度時，結(jié)構(gòu)的工程量及造價較低烈度條件下有較大增加，本文通過實際工程做了一些對比、總結(jié)。由于筆者水平有限，有些方面可能并不全面，謹希望能通過本文給大家提供一些有益的幫助。

作者簡介：李振強（1971- ），男，天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院有限公司，結(jié)構(gòu)專業(yè)。

摘要：在抗震設(shè)防烈度為9度時，結(jié)構(gòu)方案的選擇與低烈度條件下有很大差別，工程量也增加較多。文章對實際工程進行了總結(jié)和對比，旨在能為相關(guān)工作提供些許借鑒。

關(guān)鍵詞：抗震設(shè)防烈度9度；混凝土結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計

在中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖中，設(shè)計基本地震加速度值≥0.40g、也就是抗震設(shè)防烈度為9度及以上的區(qū)域很少，我們的工作中也很少遇到在抗震設(shè)防烈度為9度及以上區(qū)域的工程。那么，在此烈度條件下的結(jié)構(gòu)設(shè)計有何特點、結(jié)構(gòu)的工程量與低烈度條件下有多大差別呢？我院在2011年同時承接了兩條規(guī)模相同的水泥生產(chǎn)線，分別位于抗震設(shè)防烈度為8度（設(shè)計基本地震加速度值0.20g）和9度（0.40g）的地區(qū)，其中有些車間的尺寸及荷載相似，在此，筆者從結(jié)構(gòu)方案和工程量總結(jié)、對比了其中一些相似的車間，希望能對大家在遇到類似的情況時有一些借鑒。

下面，筆者主要選擇了窯頭廠房（單層）和旋風筒樓（多層）分別進行了對比。結(jié)構(gòu)計算程序采用PKPM，工程量也是由程序統(tǒng)計的。因兩工程的地質(zhì)情況不同，基礎(chǔ)方案不同，本文僅對比了兩車間的上部結(jié)構(gòu)。為簡化，下文中將位于抗震設(shè)防烈度為8度區(qū)的工程簡稱為8度工程，將位于9度區(qū)的工程簡稱為9度工程。

1窯頭廠房

1.1廠房尺寸。廠房為單層，頂面高度為8.000m，柱底高度為-2.000m，平面尺寸參見圖1：

1.28度工程設(shè)計。此工程采用常規(guī)的框架結(jié)構(gòu)方案，框架柱的尺寸從600x600~800x800mm。

1.39度工程設(shè)計。此工程如果仍采用與8度工程相同的框架截面，結(jié)構(gòu)的層間位移角將達到1/298，不滿足《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011中第5.5.1條中規(guī)定的框架結(jié)構(gòu)彈性層間位移角限值1/550的要求，因此，需增加結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度。在設(shè)計過程中，我們對比了加大框架截面尺寸和設(shè)置抗震墻兩種方案，從對比的結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用設(shè)置抗震墻的方案工程量更省，我們最終的設(shè)計即采用了框架-抗震墻的方案，在下圖1所示位置設(shè)置了抗震墻，墻厚為300mm。所有柱截面尺寸均為600×600mm。

圖1

1.4工程量及造價對比。上述兩種方案的對比見下表：

對比項 混凝土（m3） 鋼筋（t） 造價（萬元）

8度 396.8 76.3 83.7

9度 494.4 102.6 109.2

9度比8度增加率 24.6％ 34.5％ 30.4％

注：表中混凝土單價按860元/ m3、鋼筋單價按6500元/t計算，下表相同。

2旋風筒樓

2.1廠房尺寸。廠房的平、立面尺寸見圖2。兩工程的基礎(chǔ)埋深有些差別，其中：A軸基礎(chǔ)埋深相同，為1軸處-9.000m、3軸處-10.800m；其他軸處8度工程埋深均為-6.500m，9度工程埋深均為-3.500m。

2.28度工程設(shè)計。此工程采用常規(guī)的框架結(jié)構(gòu)方案，框架柱的尺寸從700x900~1000x1200mm。

圖2

2.39度工程設(shè)計。在《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011中第6.1.1條的表6.1.1中規(guī)定，9度時鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋適用的最大高度為24m，本廠房的高度已超過這一要求。因此，我們選用了框架-抗震墻的結(jié)構(gòu)方案，在B、C軸之間設(shè)置了抗震墻。

2.4工程量及造價對比。上述兩種方案的對比見下表：

對比項 混凝土（m3） 鋼筋（t） 造價（萬元）

8度 821.6 159.8 174.5

9度 1056.8 231.2 241.2

9度比8度增加率 28.6％ 44.7％ 38.2％

3分析、總結(jié)

通過以上兩個廠房的對比，我們可以看到，對于混凝土框架結(jié)構(gòu)，當抗震設(shè)防烈度從8度提高到9度后，工程的造價會提高30％以上。根據(jù)我們以前搜集的資料，對于鋼筋混凝土抗彎框架，當設(shè)計基本地震加速度值從0.05g提高到0.10g時，投資增加約1％；從0.10g提高到0.20g時，投資增加約6％，增加額并不大。這從我們以前的設(shè)計經(jīng)驗也可以驗證以上的數(shù)據(jù)，當設(shè)防烈度為7度時，采用與6度相同的框架截面僅配筋稍做增加，即可滿足抗震設(shè)計要求；當設(shè)防烈度為8度時，與7度時相比，配筋或截面及配筋稍做增加，也可滿足要求。通過本次9度工程的設(shè)計，我們注意到，對于混凝土框架結(jié)構(gòu)，無論是單層還是多層，框架的截面及配筋比8度條件下增加很多才能滿足抗震設(shè)計的要求。而較大的梁、柱截面有時會影響到建筑的使用或美觀，此時，應(yīng)考慮采取不同的結(jié)構(gòu)方案來進行設(shè)計，在此情況下，框架-抗震墻結(jié)構(gòu)是一個可選擇的方案。在本工程中，包裝車間（高度20.4m）、辦公樓（4層、總高13.5m）最終都是采用的框架-抗震墻結(jié)構(gòu)。

在抗震設(shè)防烈度為9度時，地震作用成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制作用，不僅是對框架結(jié)構(gòu)，對水泥廠中的其他結(jié)構(gòu)也一樣。例如，對于筒倉結(jié)構(gòu)，當筒倉較高時，在地震作用下，筒壁內(nèi)會產(chǎn)生拉力，筒壁的豎向配筋不能再按構(gòu)造配筋，應(yīng)按計算增加豎向抗拉鋼筋；另外，有些庫在水平地震作用下產(chǎn)生的剪力已經(jīng)大于筒倉支撐結(jié)構(gòu)的抗剪承載力，需要增加支撐結(jié)構(gòu)的截面或提高其混凝土強度等級。

4結(jié)語

抗震設(shè)防烈度為9度時，結(jié)構(gòu)的工程量及造價較低烈度條件下有較大增加，本文通過實際工程做了一些對比、總結(jié)。由于筆者水平有限，有些方面可能并不全面，謹希望能通過本文給大家提供一些有益的幫助。

作者簡介：李振強（1971- ），男，天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院有限公司，結(jié)構(gòu)專業(yè)。