龐景蘭

（水利部河北水利水電勘測設計研究院，天津300250）

隨著建筑工程技術經(jīng)濟的發(fā)展，國家對工程抗震性能提出了越來越高的要求。1966年，邢臺地震提出基礎深一點，墻體厚一點，屋頂輕一點。1976年唐山地震創(chuàng)造了構造柱和圈梁的形式。1988年瀾滄、耿馬地震后，明確了小震不壞，中震可修，大震不倒的原則。2008年汶川地震發(fā)生后，根據(jù)對災情的調研，修定了建筑抗震設計規(guī)范（GB50011—2001，2008年版）。現(xiàn)以裴莊節(jié)制閘工程為例，對如何提高機架橋抗震性能進行探討。

1 工程概況

裴莊節(jié)制閘工作閘門采用平面鋼閘門。機架橋為啟閉機提供工作平臺，同時為啟閉機室和上下游檢修閘門啟閉機提供結構支撐。機架橋位于閘墩墩頂，共9孔，閘墩寬1.4m，孔口9m，起止高程為4.6～14m，機架橋高9.4m。

機架橋上布置9臺2×400kN啟閉機；橋面上啟閉機室高4.8m；工作閘門上游和下游分別設置檢修門，采用2×100kN移動電動葫蘆進行啟閉。

由于裴莊節(jié)制閘采用平面直升鋼閘門，使得機架橋的結構高度較大，有橋面、啟閉機、啟閉機室等重力荷載，結構的重心較高。機架橋上部工程區(qū)設計基本地震加速度值為0.2g，抗震設防烈度為8°，因此對其進行抗震設計是本課題重點研究的問題。

2 結構體系確定

2.1 結構體系分析

根據(jù)建筑使用功能要求，本工程有3種結構體系。

2.1.1 整體式框架結構

縱向最大柱距10.875m，共9跨；橫向柱距6.4m， 共1跨， 機架橋高9.4m。啟閉機室及上下游檢修門移動電動葫蘆直接作用在12.5m高程框架梁上，見圖1。

2.1.2 懸臂式框架結構

縱向最大柱距10.875m，共9跨；橫向柱距2.5m， 共1跨， 機架橋高9.4m。為滿足管理、使用、啟閉機檢修維護所需空間，14m高程縱橫梁需做成懸挑結構，承擔上部啟閉機室；上下游檢修門移動電動葫蘆則作用在10.3m高程框架柱懸挑的牛腿上，見圖2。

2.1.3 簡支結構

縱向最大柱距10.875m，共9跨；橫向柱距2.5m， 共1跨， 機架橋高7.8m，其上簡支設置1.6m高鋼筋混凝土T型梁，T型梁上安設輕質彩鋼板啟閉機室，上下游檢修門移動電動葫蘆直接作用在11.8m高程框架梁上，見圖3。

2.2 結構體系特點

2.2.1 整體式框架結構

（1）優(yōu)點。 14m高程縱、橫向均設有框架梁，縱橫梁間用水平剛度無限大的現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板相聯(lián)。因此，整體剛度好、抗震性能好；外側兩道縱梁承受啟閉機室重量，中間2道縱梁承受啟閉機荷載，受力分工明確；每孔在4道縱梁間加設2道橫梁，使上下游檢修門移動電動葫蘆工字鋼跨度控制在4m之內。

（2）缺點?？蚣茌^高，抬高了電動葫蘆的起升高度，增加了鋼絲繩的長度。

2.2.2 懸臂式框架結構

（1）優(yōu)點。14m高程縱、橫向均設有框架梁，縱橫梁間用水平剛度無限大的現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板相聯(lián)，根據(jù)工藝要求在橫向框架中間高程設置1道連系梁。因此，整體剛度好，外側2道縱梁承受啟閉機室重量，中間兩道縱梁承受啟閉機荷載，受力分工明確。

（2）缺點。整個啟閉機室作用在懸挑結構上，懸挑梁長度1.95m，遠遠大于柱距30%，屬于抗震規(guī)范中平面不規(guī)則類型，不利于抗震；上下游檢修門移動電動葫蘆則作用在10.3m高程框架柱懸挑的牛腿上，工字鋼最大跨度達10.875m，大大增加了工字鋼與牛腿的連接難度。

2.2.3 簡支結構

（1）優(yōu)點。由于T型梁可以提前預制，避免了現(xiàn)場梁、板的模板支設，可以縮短工期。

（2）缺點。14m高程預制T型梁簡支在梁上，使下部框架沒有縱梁連接。因此，整體剛度不好；中間2道縱梁承受啟閉機荷載，啟閉機室作用在T型梁的翼緣上，只能采用輕型材料，耐久性能較差；啟閉機及啟閉機室所有荷載都通過預制T型梁傳到下部柱上，造成豎向抗側力構件不連續(xù)，屬于抗震規(guī)范中豎向不規(guī)則類型，不利于抗震；上下游檢修門移動電動葫蘆則作用在11.8m高程框架柱懸挑的牛腿上，工字鋼最大跨度達10.875m，大大增加了工字鋼與牛腿的連接難度。

2.3 結構設計

本工程混凝土結構的環(huán)境類別為2b類，混凝土強度等級采用C30，主筋采用HRB335，箍筋采用HPB235。結構構件的裂縫控制等級為3級，最大裂縫寬度限值為0.2mm。通過PKPM軟件計算分析以上3種結構體系。

2.3.1 整體式框架結構

橫向框架梁斷面為500mm×1500mm，負彎矩筋為6Φ25，正彎矩筋為12Φ22，箍筋為4支箍，Φ10＠100/200；縱向框架梁斷面為500mm×1200mm，承受啟閉機室的外側2根縱向框架梁負彎矩筋為9Φ25，正彎矩筋為6Φ25，箍筋為4支箍，Φ8＠100/200；承受啟閉機設備荷載的內側2根縱向框架梁負彎矩筋為15Φ25，正彎矩筋為10Φ25，箍筋為4支箍，Φ8＠100/200；框架柱斷面為650mm×800mm。 主筋22Φ25，箍筋為井字箍，Φ8＠100/200；最大彈性位移角1/562，滿足抗震規(guī)范規(guī)定的彈性層間位移角限值1/550的要求，樓層屈服強度系數(shù)均小于0.5。根據(jù)抗震規(guī)范需驗算罕遇地震作用下薄弱層的彈塑性變形，最大彈塑性位移角1/65，滿足抗震規(guī)范規(guī)定的彈塑性層間位移角限值1/50的要求。

2.3.2 懸臂式框架結構

橫向框架梁斷面為500mm×1500mm，負彎矩筋為16Φ25，正彎矩筋為6Φ25，箍筋為4支箍，Φ10＠100/200；縱向框架梁斷面為500mm×1200mm，承受啟閉機室的外側2根縱向框架梁負彎矩筋為9Φ25， 正彎矩筋為6Φ25， 箍筋為4支箍，Φ8＠100/200；承受啟閉機設備荷載的內側2根縱向框架梁負彎矩筋為15Φ25，正彎矩筋為10Φ25，箍筋為4支箍，Φ8＠100/200；為了把啟閉機設備荷載傳遞給縱向框架梁，每孔設置4根300mm×600mm次梁，負彎矩筋為4Φ22，正彎矩筋為4Φ25，框架柱斷面為800mm×800mm。 主筋22Φ25，箍筋為井字箍，Φ8＠100/200；最大彈性位移角1/580，滿足抗震規(guī)范規(guī)定的彈性層間位移角限值1/550的要求，樓層屈服強度系數(shù)均小于0.5，最大彈塑性位移角1/66，滿足抗震規(guī)范要求。

2.3.3 簡支結構

結構共分兩層。第1層為預制T型梁，2根T型梁承受全部啟閉機室及啟閉機室荷載，框架梁斷面為500mm×1600mm，負彎矩筋為9Φ25，正彎矩筋為12Φ25，箍筋為4支箍，2Φ10＠100／200。第2層為把T型梁荷載傳遞給閘墩的π型架，梁斷面為400mm×600mm，負彎矩筋為5Φ25，正彎矩筋為6Φ25，箍筋為4支箍，Φ10＠100/200，柱斷面為800mm×800mm。主筋22Φ25，箍筋為井字箍，Φ8＠100/200；最大彈性位移角1/560，滿足抗震規(guī)范規(guī)定的彈性層間位移角限值1/550的要求，樓層屈服強度系數(shù)均小于0.5，最大彈塑性位移角1/62，滿足抗震規(guī)范要求。

3 構造措施

3.1 防震縫

本工程屬于露天環(huán)境中現(xiàn)澆整體框架結構，伸縮縫的最大間距為30m。根據(jù)抗震構造要求，當設置伸縮縫和沉降縫時，在地震區(qū)其寬度應符合防震縫的要求。因此本工程設置2道70mm寬伸縮縫，將建筑物分成抗震性能完整的3部分，每部分均滿足規(guī)范要求。

3.2 非結構構件

抗震規(guī)范規(guī)定非結構構件，包括非結構構件和機電設備，自身及其與結構主體的連接，應進行抗震設計。填充墻應優(yōu)先采用輕質墻體材料，應沿框架柱全高每隔500mm設2Φ6拉筋，拉筋伸入墻內的長度沿墻全長貫通，墻長大于5m時，墻頂與梁宜有拉結，墻高超過4m時，墻體半高宜設置與柱連接且沿墻全長貫通的鋼筋混凝土水平系梁；機電設備與主體結構應有可靠的連接和錨固，應使設備在遭遇設防烈度地震影響后能迅速恢復運轉，機電設備的基座或連接件應能將設備承受的地震作用全部傳遞到主體結構上，主體結構中用于固定機電設備的預埋件、錨固件的部位，應采取加強措施，以承受機電設備傳給主體結構的地震作用。

4 結語

PKPM軟件計算分析結果可以看出，整體式框架結構具有明顯的優(yōu)勢。

（1）水平剛度無限大的樓板與縱橫梁澆筑在一起，整體穩(wěn)定性好。

（2）縱橫向均采用框架梁相連接，承受各方向發(fā)生的地震力，抗震性能好。

（3）每孔4道縱梁，外側2道承受啟閉機室荷載，內側2道承受啟閉機設備荷載，最終通過框架柱傳到閘墩。

（4）梁柱斷面及配筋，比較經(jīng)濟。

（5）經(jīng)設計機架橋上啟閉機室使用年限為50a的框架結構，建筑結構的耐久性能良好。因此，采用整體式框架結構。

［1］GB 50068—2001，建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準［S］.

［2］GB 50010—2002，混凝土結構設計規(guī)范［S］.

［3］GB 50011—2001，建筑抗震設計規(guī)范［S］.

［4］婁宇.四川汶川5·12地震房屋震害分析及抗震對策建議［J］.建筑結構，2008，（8）.