鋼結(jié)構(gòu)民用建筑房屋抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

段曉慶

沈陽市華域建筑設(shè)計(jì)有限公司 遼寧沈陽 110000

設(shè)計(jì)師在制定民用房屋建筑的鋼結(jié)構(gòu)方案過程中，應(yīng)保證鋼結(jié)構(gòu)具有良好的延展性、強(qiáng)度高、自重小、受力均衡，萬一發(fā)生地震、火災(zāi)事故，房屋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定堅(jiān)固，抗震耐久性能良好，不會產(chǎn)生巨大變形和受損，防止民用建筑結(jié)構(gòu)全面破壞、坍塌，避免居民的財(cái)產(chǎn)安全、人身安全遭受損失。

1 民用建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則與具體要求

二十世紀(jì)后半期，全球地震災(zāi)害頻發(fā)，各國建筑設(shè)計(jì)師在實(shí)踐分析、總覺經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究了民用建筑的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)、整體結(jié)構(gòu)、承載受力，正式提出結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)理念，并以此作為民用房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想原則，以保證民用建筑在遭遇地震災(zāi)害的時(shí)候，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固穩(wěn)定，避免發(fā)生變形坍塌，維護(hù)居民的財(cái)產(chǎn)安全與人身安全。民用建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則及具體要求包括以下幾點(diǎn)：

1.1 地質(zhì)水文勘查工作要求

設(shè)計(jì)人員在準(zhǔn)備鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案之前，應(yīng)全面掌握房屋建筑現(xiàn)場的地質(zhì)水文勘查數(shù)據(jù)，禁止憑經(jīng)驗(yàn)或者在原有工程地址上，不經(jīng)過地質(zhì)水文勘查擬定項(xiàng)目選址。地質(zhì)水文勘查技術(shù)人員應(yīng)對民用建筑地質(zhì)中的巖層情況、土質(zhì)類型做出精確測量和詳細(xì)計(jì)算，為后續(xù)設(shè)計(jì)工作做好準(zhǔn)備[1]。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)的平面設(shè)計(jì)要求

為了保證民用建筑鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能，其結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)應(yīng)避免存在凹陷或者凸起，樓梯、房屋整體的平面結(jié)構(gòu)應(yīng)保持規(guī)則、軸對稱的均衡狀態(tài)。

1.3 承重載荷受力的設(shè)計(jì)要求

在總結(jié)與借鑒汶川地震災(zāi)害中民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的缺陷基礎(chǔ)上，避免將鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和磚墻落結(jié)構(gòu)混搭使用，造成房屋建筑結(jié)構(gòu)在縱向、橫向上承載受力不均衡，降低了房屋建筑的抗震穩(wěn)定性能；為了保證建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、承重載荷受力均勻，應(yīng)在一座建筑中選擇同一種結(jié)構(gòu)體系[2]。

1.4 多道抗震設(shè)防的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

以強(qiáng)震不倒、中震可修和輕震不壞為原則，盡可能降低地震災(zāi)害對民用建筑結(jié)構(gòu)的損壞，采用兩道及多道抗震設(shè)防的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，以增強(qiáng)房屋建筑的結(jié)構(gòu)抗震性能。

2 民用建筑工程鋼結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)的策略及注意事項(xiàng)

2.1 結(jié)構(gòu)高度、寬度比值的抗震設(shè)計(jì)

我國《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡稱為抗規(guī)）中，對房屋建筑工程鋼結(jié)構(gòu)的高度、寬度比值設(shè)計(jì)做出了明確要求，設(shè)計(jì)師應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)《抗規(guī)》標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合房屋工程的實(shí)際情況，考慮到高寬比數(shù)值越大，鋼結(jié)構(gòu)所需要承受的變形力越強(qiáng)，房屋建筑的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性越高，精確測算出高度比數(shù)值，合理設(shè)定房屋建筑的寬度與高度[3]。

2.2 防震縫的設(shè)計(jì)策略

依據(jù)工程具體情況，假如民用建筑的縱向、橫向結(jié)構(gòu)不符合鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)原則，需要安置防震縫以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，防震縫的寬度設(shè)計(jì)應(yīng)參照建筑類型、防震烈度等因素；假如，民用建筑的縱向、橫向結(jié)構(gòu)符合鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)原則，民用建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定抗震性能達(dá)到要求，則無需安置防震縫[4]。

我國《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第6．1．14條規(guī)定，地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位時(shí)，樓板厚度不宜小于180mm，混凝土強(qiáng)度等級不宜小于C30，應(yīng)采用雙層雙向配筋，且每層每個(gè)方向的配筋率不宜小于0．25%；結(jié)構(gòu)地上一層的側(cè)向剛度，不宜大于相關(guān)范圍地下一層側(cè)向剛度的0．5倍等構(gòu)造及計(jì)算要求。另有第6．1．3-3、第6．1．10也有與嵌固端相關(guān)條文。

高規(guī)第8．1．3條規(guī)定，抗震設(shè)計(jì)的框架剪力墻結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)在規(guī)定的水平力作用下結(jié)構(gòu)底層框架部分承受的地震傾覆力矩與結(jié)構(gòu)總傾覆力矩的比值來確定設(shè)計(jì)方法；抗規(guī)第6．1．3-1條，底層框架部分承擔(dān)的傾覆力矩大于地震作用總傾覆力矩的50%時(shí)，其框架的抗震等級應(yīng)按框架結(jié)構(gòu)確定，抗震墻的抗震等級可與其抗震等級相同，底層均指計(jì)算嵌固端所在層。

現(xiàn)階段，國內(nèi)設(shè)計(jì)師多借助數(shù)字化軟件工具，完成民用建筑的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其中，彈簧剛度方法和水平位移限制方法，是民用建筑地下室鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的兩種常用模擬測算方法。

2.3 結(jié)構(gòu)體系布置與選用的抗震設(shè)計(jì)

當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)民用建筑房屋小于12層時(shí)，可以采用框架、支撐等結(jié)構(gòu)；大于12層時(shí)，應(yīng)采用鋼結(jié)構(gòu)。設(shè)防烈度在8、9度時(shí)，小于12層的建筑可使用偏心支撐、設(shè)置防震縫、在墻體內(nèi)設(shè)置鋼板；大于12層時(shí)，應(yīng)采用鋼框架——筒體結(jié)構(gòu)，特殊情況下可設(shè)置延伸臂加強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

使用框架——支撐結(jié)構(gòu)時(shí)，框架的設(shè)置應(yīng)對稱。對于小于12層的建筑，應(yīng)采用中心支撐方式，條件允許的情況下可采用偏心支撐。大于12層的建筑，12層內(nèi)應(yīng)采用偏心支撐，高出12層，應(yīng)采用中心支撐。中心支撐有多種支撐方式，常用的有人字型、交叉型、K型支撐等，其中最不適合剛性結(jié)構(gòu)的是K型支撐。

2.4 鋼結(jié)構(gòu)的樓蓋抗震設(shè)計(jì)

實(shí)踐中，設(shè)計(jì)師通常使用非組合式的樓板作為鋼結(jié)構(gòu)民用建筑的樓蓋，以增強(qiáng)民用建筑的抗震安全性能。假如，民用建筑的樓層數(shù)超過12，需要選擇輕型材料或者裝配式的樓蓋設(shè)計(jì)方法；假如，民用建筑的樓層數(shù)低于12，可以選擇鋼筋混凝土的預(yù)制樓板或者其他組合式樓板，具體應(yīng)結(jié)合民用建筑實(shí)際情況而定。

2.5 鋼結(jié)構(gòu)的地下室抗震設(shè)計(jì)

為了增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)房屋建筑地下室的抗震性能，設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)選擇延伸到底部、布置緊密的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。

3 結(jié)語

總而言之，作為設(shè)計(jì)單位及其設(shè)計(jì)人員應(yīng)認(rèn)識到，抗震性能設(shè)計(jì)對于維護(hù)鋼結(jié)構(gòu)民用建筑安全穩(wěn)定的重要意義；為了延長民用建筑的使用年限，為了保護(hù)居民的生命財(cái)產(chǎn)安全不遭受意外損失，設(shè)計(jì)人員應(yīng)提高自身的專業(yè)能力，遵守國家施工規(guī)范要求，優(yōu)化民用建筑的鋼結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)。