許京夢

(中國建筑西南設(shè)計研究院有限公司，四川成都 610042)

2013年4月20日，四川省雅安市蘆山縣發(fā)生7.0級地震，震源深度13 km。震中蘆山縣龍門鄉(xiāng)99%以上的房屋垮塌，受災(zāi)人口達(dá)152萬人，受災(zāi)面積12 500 km2。蘆山縣距離雅安市市區(qū)33 km，位于龍門山前緣構(gòu)造帶南段。此次地震是繼2008年汶川地震后，發(fā)生于龍門山斷裂帶上的又一嚴(yán)重破壞性地震災(zāi)害，震中距汶川地震震中僅有約90 km。地震發(fā)生后，政府及企事業(yè)單位針對蘆山受災(zāi)情況迅速展開救災(zāi)與恢復(fù)重建工作。筆者所在的設(shè)計院承擔(dān)了部分災(zāi)后重建建筑的設(shè)計任務(wù)，蘆山縣龍門鄉(xiāng)的村級公共服務(wù)中心即為其中之一。為了更好地給災(zāi)后重建提供指導(dǎo)依據(jù)，四川省地震局對蘆山地震有關(guān)區(qū)域的抗震設(shè)防要求進(jìn)行了相關(guān)調(diào)整［1］，其中，蘆山縣龍門鄉(xiāng)抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震動峰值為0.15g，設(shè)計地震分組為第二組，與GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范一致。村級公共服務(wù)中心項目位于雅安市蘆山縣龍門鄉(xiāng)。主體結(jié)構(gòu)三層，總高度約14.50 m，采用坡屋面造型(見圖1)。主體結(jié)構(gòu)采用框架結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防等級為三級。柱截面為400 mm×400 mm，主梁截面200 mm×650 mm，次梁截面為200 mm×550 mm。典型平面圖見圖2。

圖1 村級公共服務(wù)中心（效果圖）

圖2 結(jié)構(gòu)典型平面布置圖（第二層）

1 地梁設(shè)計

根據(jù)地質(zhì)勘察報告，場地內(nèi)地質(zhì)較為穩(wěn)定，無軟弱層、液化土層，基礎(chǔ)采用稍密卵石層作為持力層，基礎(chǔ)形式采用獨立基礎(chǔ)，埋深為 1.50 m。根據(jù) GB 50011-2010 建筑抗震設(shè)計規(guī)范［2］6.1.11條規(guī)定，該項目為三級框架，各柱基礎(chǔ)底面在重力荷載代表值作用下的壓應(yīng)力差別不大，基礎(chǔ)為獨立基礎(chǔ)且埋置較淺，無軟弱及液化土層，可不設(shè)置基礎(chǔ)系梁(即地梁)。為比較經(jīng)濟(jì)性，分別就有無地梁進(jìn)行計算并統(tǒng)計混凝土及鋼筋用量(見表1)。

表1 有無地梁層時材料用量比較

由此可以看出，在滿足結(jié)構(gòu)抗震要求的前提下，取消地梁層可減少混凝土及鋼筋用量。由于基礎(chǔ)埋深較淺，若設(shè)置地梁，基礎(chǔ)頂面至地梁層間的柱都會成為短柱，需滿足體積配箍率不小于1.2%的要求，不僅增加箍筋用量，而且不利于結(jié)構(gòu)受力。同時，由于地梁將隔墻荷載傳遞至基礎(chǔ)，會增加基礎(chǔ)面積及配筋。綜上，設(shè)計采用無地梁層方案。

2 樓梯間設(shè)計

樓梯作為房屋建筑的輔助構(gòu)件，在地震中是重要的生命通道。但汶川和蘆山地震震害表明，樓梯間的破壞相當(dāng)嚴(yán)重。樓梯間的主要破壞形式包括:樣板沿板寬方向出現(xiàn)貫通裂縫或鋼筋斷裂;平臺梁梁端及上下梯板相交處破壞;平臺板出現(xiàn)受拉裂縫或上下梯板相交處出現(xiàn)剪切裂縫;平臺梯柱及節(jié)點出現(xiàn)柱端破壞等［3-5］。蘆山地震中，也表現(xiàn)出類似的破壞特征［6］。地震時，樓梯梯板的斜撐效應(yīng)使得樓梯間剛度增大，承受地震力較設(shè)計值增大，最終導(dǎo)致樓梯發(fā)生破壞。此次設(shè)計中，采取以下措施，增強(qiáng)樓梯間的安全性:1)樓梯斜板采用雙層雙向貫通配筋，斜板沿梯板方向上下部配筋適當(dāng)加強(qiáng);2)梯梁全長范圍內(nèi)箍筋加密，增強(qiáng)梯梁的抗剪承載力;3)斜梯板下部采用滑動支座，弱化樓梯與主體結(jié)構(gòu)的連接，使樓梯段在水平地震作用下只產(chǎn)生相對水平位移，而不會在梯板段產(chǎn)生拉壓應(yīng)力，減小對框架柱的剪力;4)由于平臺處于半層高位置，使得與平臺相連的框架柱形成短柱，設(shè)計時沿柱高范圍加強(qiáng)配箍率，滿足短柱最小體積配箍率的要求。樓梯滑動支座大樣圖見圖3。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計中短柱問題

在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，由于樓梯間平臺及斜屋面等會造成框架柱局部出現(xiàn)短柱，由于水平地震力根據(jù)剛度分配剪力，短柱的剛度較其他柱要大，容易發(fā)生剪切破壞的脆性破壞。而現(xiàn)行規(guī)范中并未提出改善短柱抗震性能的具體措施，因此應(yīng)在結(jié)構(gòu)方案中盡量避免形成短柱。本項目中，由于設(shè)置地梁會造成基礎(chǔ)頂面至地坪高度范圍內(nèi)的框架柱形成短柱，故綜合考慮后，取消地梁。

而對于樓梯平臺及斜坡屋面等由于使用功能要求而形成的短柱，則根據(jù)抗規(guī)要求，增大箍筋配筋，滿足短柱體積配箍率的要求。

圖3 樓梯滑動支座大樣

4 結(jié)語

通過對蘆山災(zāi)后重建項目的設(shè)計分析，針對框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，提出以下幾點建議:1)地梁在設(shè)計時，需要綜合考慮結(jié)構(gòu)需求及工程造價等因素，尤其需要注意地梁設(shè)置后的短柱問題，在滿足結(jié)構(gòu)抗震要求的情況下，可取消地梁，避免短柱的產(chǎn)生;2)樓梯間作為地震發(fā)生時的重要逃生通道，需進(jìn)行抗震設(shè)計。為盡量減小對主體結(jié)構(gòu)的影響，可采用滑動支座的形式，并對斜梯段及梯梁進(jìn)行適當(dāng)?shù)臉?gòu)造加強(qiáng);3)結(jié)構(gòu)設(shè)計中盡量避免產(chǎn)生短柱，當(dāng)由于使用功能要求不可避免產(chǎn)生短柱時，需滿足短柱體積配箍率的要求。

［1］川震防發(fā)［2013］74號，四川省地震局關(guān)于“4·20”蘆山地震有關(guān)區(qū)域抗震設(shè)防要求建議的通知［Z］.

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

［3］馮 遠(yuǎn)，劉宜豐，肖克艱，等.來自汶川大地震親歷者的第一手資料——結(jié)構(gòu)工程師的視界與思考［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［4］蘇啟旺，蔡宏儒，李 力.從“汶川大地震”引發(fā)對板式樓梯設(shè)計的思考［J］.四川建筑科學(xué)研究，2008，34(4)：165-167.

［5］沈 靚，柳炳康，張瑜中，等.汶川地震中框架樓梯典型震害分析與有限元計算［J］.工程抗震與加固改造，2010，32(4)：114-119.

［6］張令心，劉 琛，劉潔平.蘆山地震樓梯間震害調(diào)查及思考［J］.地震工程與工程振動，2013，33(4)：21-25.