錢(qián) 衛(wèi) （南京市凱盛建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000）

0 引 述

在高烈度區(qū)，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)為最大的難點(diǎn)。一般情況下，同樣高度的建筑，地震設(shè)防烈度越高，其結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)就越高；抗震等級(jí)越高，豎向受力構(gòu)件的允許軸壓比就越低，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的抗剪要求就越高，這對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)講是比較困難的。

1 前期階段

項(xiàng)目前期階段，選取正確的結(jié)構(gòu)體系是至關(guān)重要的。結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)型式的合理選擇是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié)，如果結(jié)構(gòu)體系選取錯(cuò)誤，那么結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出來(lái)的建筑將會(huì)嚴(yán)重影響建筑的美觀，還會(huì)大大增加建筑的工程造價(jià)。在結(jié)構(gòu)安全的情況下，結(jié)構(gòu)的造價(jià)越經(jīng)濟(jì)越好，這就需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師具有良好的工程經(jīng)驗(yàn)和扎實(shí)的力學(xué)概念；一味的照抄別人設(shè)計(jì)的施工圖，或者按照經(jīng)驗(yàn)而不進(jìn)行區(qū)別思考設(shè)計(jì)出的結(jié)構(gòu)，可能會(huì)造成一定的浪費(fèi)。雖然建筑設(shè)計(jì)對(duì)于某些設(shè)計(jì)人員來(lái)講，就是圖紙上的內(nèi)容，卻不設(shè)身處地為建設(shè)單位考慮。例如：基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要明白基礎(chǔ)造價(jià)的基本常識(shí)，同樣情況下，第一考慮獨(dú)立基礎(chǔ)，再次是筏板基礎(chǔ)，如果地基承載力不能支撐整個(gè)上部結(jié)構(gòu)的重量時(shí)，但是地基承載力相差不多，此時(shí)我們考慮進(jìn)行地基處理；如果地基承載力與整個(gè)上部結(jié)構(gòu)的重量相差太多時(shí)，我們可考慮樁基礎(chǔ)或者樁筏基礎(chǔ)。如果地基條件能夠滿(mǎn)足獨(dú)立基礎(chǔ)或者筏板基礎(chǔ)要求時(shí)，這時(shí)如果基礎(chǔ)采取樁基，那么地基承載力就會(huì)白白的浪費(fèi)，僅此一項(xiàng)可以節(jié)省工程土建造價(jià)的10%左右。上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，如果結(jié)構(gòu)體系必須采用框剪結(jié)構(gòu)的如果采用框架結(jié)構(gòu)的，可能最終指標(biāo)能夠滿(mǎn)足規(guī)范要求，但是造價(jià)會(huì)大大增加；相反如果結(jié)構(gòu)體系只需采用框架結(jié)構(gòu)就能輕松滿(mǎn)足相關(guān)指標(biāo)時(shí)， 這種情況下采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)同樣也會(huì)造成浪費(fèi)。如何選取正確的結(jié)構(gòu)體系，需要設(shè)計(jì)人員具有相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn)和扎實(shí)的設(shè)計(jì)概念。

作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師，還需明白大體的結(jié)構(gòu)造價(jià)組成，而結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性一般以單位面積用鋼量控制為主，以單位面積混凝土折算厚度為輔。例如高層住宅結(jié)構(gòu)中，一般地區(qū)，上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件的大體用鋼量區(qū)間： 板為10kg/m2、 梁為13～18kg/m2、 墻柱為18～25kg/m2，從此項(xiàng)可以看出結(jié)構(gòu)中用鋼量最大的豎向受力構(gòu)件墻柱部分，那么在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需仔細(xì)核對(duì)墻柱部分的配筋部分；如果不加區(qū)分地從下到上統(tǒng)一配筋，將會(huì)造成不小的浪費(fèi)。

2 主體設(shè)計(jì)

剪力墻結(jié)構(gòu)中，建筑方案上需要一定的大空間，不宜設(shè)置剪力墻而只能設(shè)置框架柱時(shí)，此時(shí)這種結(jié)構(gòu)體系可定義為少量框架柱的剪力墻結(jié)構(gòu)。 此種結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)時(shí)需明確以下的幾點(diǎn)：該結(jié)構(gòu)體系仍屬剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻的抗震等級(jí)按照純剪力墻結(jié)構(gòu)確定；框架柱的抗震等級(jí)可不低于剪力墻，或者按照框架剪力墻結(jié)構(gòu)確定框架柱的抗震等級(jí)。 對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需采取包絡(luò)設(shè)計(jì)：不考慮框架柱的剛度影響，全部地震作用由剪力墻承擔(dān)，按照剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出剪力墻的配筋；考慮框架柱的剛度影響，按照框架剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出框架柱的配筋。

現(xiàn)行規(guī)范對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)停車(chē)位要求越來(lái)越多，并且要求停車(chē)位設(shè)置在地面以下的比例越來(lái)越高，所以很多新建小區(qū)為了滿(mǎn)足停車(chē)位的要求，必須設(shè)置地下室。地下室的功能一般可分為：機(jī)動(dòng)車(chē)停車(chē)部分、非機(jī)動(dòng)車(chē)停車(chē)部分、儲(chǔ)藏部分及人防部位。一般情況，非機(jī)動(dòng)車(chē)停車(chē)部分、儲(chǔ)藏部分及人防部位可以設(shè)置在主樓的下方，而機(jī)動(dòng)車(chē)停車(chē)位需要較為規(guī)整的尺寸空間，只能設(shè)置在小區(qū)綠化的下方，如此設(shè)計(jì)整個(gè)小區(qū)地下將會(huì)挖空。小區(qū)主樓設(shè)置在地下室上方，必須采取相應(yīng)的措施使地下室頂板滿(mǎn)足嵌固端的要求。一般小區(qū)綠化部分為了設(shè)備埋管和種植樹(shù)木覆土需要，需要將地下室頂板下沉1.0m～1.5m，那室外地下室頂板與主樓的正負(fù)零頂板形成較大的落差。地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端，主要是滿(mǎn)足地震作用時(shí)能夠?qū)⑺搅τ行鬟f，此時(shí)需將高差處的框架梁進(jìn)行構(gòu)造處理。首先需將框架梁的抗震等級(jí)進(jìn)行提高，對(duì)梁進(jìn)行加寬加腋處理，縱筋進(jìn)行加強(qiáng)，并且對(duì)箍筋進(jìn)行加粗加密處理，經(jīng)過(guò)以上處理措施之后，即可認(rèn)為滿(mǎn)足相關(guān)要求。地下室頂板在設(shè)計(jì)時(shí)，需根據(jù)建筑要求是否考慮消防車(chē)荷載，如果需考慮消防車(chē)荷載時(shí)，可以考慮采用較大的區(qū)隔板進(jìn)行設(shè)計(jì)， 這樣可以減少上部結(jié)構(gòu)的消防車(chē)荷載，同時(shí)需注意基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)可以不考慮消防車(chē)荷載，而應(yīng)根據(jù)正常使用情況進(jìn)行考慮，但需考慮施工荷載。地下室外墻是地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，地下室外墻一般取1m 墻體單元按照上部鉸接、下端固結(jié)的受力模型進(jìn)行分析。此種模型往往忽略了框架柱支座作用，根據(jù)對(duì)大量已建成小區(qū)地下室的觀察，在地下室外墻的中部區(qū)間出現(xiàn)豎向裂縫情況較多，對(duì)此在設(shè)計(jì)地下室外墻時(shí)內(nèi)側(cè)水平分布筋在該區(qū)域需加強(qiáng)。

在高烈度區(qū)，高層住宅的主要結(jié)構(gòu)體系為剪力墻結(jié)構(gòu)。建筑方案往往將樓梯設(shè)置在建筑的邊部，而在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)在樓梯間布置了剪力墻結(jié)構(gòu)，由于剪力墻的兩側(cè)均沒(méi)有樓板連接，在結(jié)構(gòu)分析時(shí)認(rèn)為這種情況不能有效傳遞水平力，模型與實(shí)際情況不符，此時(shí)可考慮將此剪力墻取消，而改設(shè)框架柱，按照兩種不同的工況對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)。同樣，建筑方案為了滿(mǎn)足建筑多面開(kāi)窗的要求，將建筑外形設(shè)計(jì)成凹凸?fàn)?，局部形成?xì)腰結(jié)構(gòu)，此時(shí)需將中間的樓板的板厚及配筋進(jìn)行加強(qiáng)處理。

連梁設(shè)計(jì)是剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，連梁的計(jì)算模型不同其計(jì)算結(jié)果差異很大。連梁可以作為梁?jiǎn)卧斎?，同樣可以作為剪力墻開(kāi)洞形成。對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)，一般情況下，可以認(rèn)為連梁的凈跨度與連梁的截面高度的比值宜大于5， 為弱連梁，可采用梁模型輸入；而高烈度區(qū)的強(qiáng)連梁可采用剪力墻開(kāi)洞形成，為強(qiáng)連梁。剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻的墻肢長(zhǎng)度也不宜過(guò)長(zhǎng)，一般不宜超過(guò)8m；一旦墻肢長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，會(huì)造成墻體剛度太大，延性較差，不利于抗震，此時(shí)需對(duì)墻體進(jìn)行開(kāi)洞處理，在墻體之間設(shè)置連梁。當(dāng)連梁按照梁?jiǎn)卧O(shè)計(jì)時(shí)，連梁的剛度要明顯小于墻體單元，此時(shí)結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移較大，連梁配筋較小，墻肢配筋較大；同樣連梁按照墻體開(kāi)洞輸入，連梁作為墻體一部分，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度較大，位移較小，連梁配筋加大，而墻體配筋較小。地震作用發(fā)生時(shí)，連梁作為剪力墻結(jié)構(gòu)的第一道防線，允許其出現(xiàn)裂縫，所以連梁不宜設(shè)置的過(guò)大，使得結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)移。如果連梁高度太大，那么我們可考慮設(shè)置水平縫進(jìn)行處理。同時(shí)連梁上方不宜設(shè)置次梁與之搭接，如果無(wú)法避免時(shí)，需按照重力荷載作用下進(jìn)行縱筋補(bǔ)充設(shè)計(jì)。連梁的超筋是剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常出現(xiàn)的問(wèn)題，如何確保連梁的強(qiáng)剪弱彎，連梁塑性發(fā)展后其他構(gòu)件有足夠的抗震能力是比較重要的。首先采取調(diào)幅，如調(diào)幅不能通過(guò)則減小連梁截面；如果以上均不能通過(guò)計(jì)算，在連梁兩端進(jìn)行點(diǎn)絞，同時(shí)需將連梁兩側(cè)的墻體配筋相應(yīng)的增大；最終在連梁配筋時(shí)不宜無(wú)故加大連梁的配筋。

剪力墻結(jié)構(gòu)的四周一般需設(shè)置剪力墻，而不宜設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)角陽(yáng)臺(tái)和轉(zhuǎn)角窗，方案無(wú)法避免設(shè)置這些結(jié)構(gòu)后，此時(shí)破壞了結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和封閉性，將會(huì)使地震作用無(wú)法有效傳遞，于抗震不利。當(dāng)建筑方案無(wú)法避免時(shí)，此時(shí)需進(jìn)行加強(qiáng)措施，如采取框架梁或者暗梁，加強(qiáng)樓板作用及提高轉(zhuǎn)角窗、轉(zhuǎn)角陽(yáng)臺(tái)兩側(cè)墻體的穩(wěn)定性，同時(shí)需對(duì)樓板加厚，配筋雙層雙向進(jìn)行處理。

3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，地質(zhì)勘查報(bào)告是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師的第一手資料。在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)時(shí)，最好能夠參照當(dāng)?shù)氐念?lèi)似工程，以免造成浪費(fèi)?；A(chǔ)是隱蔽工程，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中非常重要，并且造價(jià)占的比重較高，設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)而安全的基礎(chǔ)是設(shè)計(jì)師必需掌握的技能。通過(guò)查看地質(zhì)勘查報(bào)告后，首先需確定基礎(chǔ)的型式，是否需要考慮液化作用。如果地質(zhì)情況良好，或者通過(guò)地基加固的處理方式進(jìn)行處理可以采用獨(dú)立基礎(chǔ)或者筏板基礎(chǔ)時(shí)，能夠充分發(fā)揮地基土的承載力是設(shè)計(jì)師優(yōu)先考慮的基礎(chǔ)型式，在基礎(chǔ)埋深滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范及承載力要求后，基礎(chǔ)應(yīng)盡量淺埋。如果設(shè)計(jì)基礎(chǔ)為筏板時(shí)，筏板在配筋時(shí)可以不考慮裂縫的影響。當(dāng)?shù)鼗休d力不能滿(mǎn)足上部結(jié)構(gòu)的荷載時(shí)，可考慮采用樁基礎(chǔ)。當(dāng)建筑存在純地下室部分（上部無(wú)塔樓）時(shí)，需考慮抗浮設(shè)計(jì)?？垢∷灰话愀鶕?jù)地勘報(bào)告確定，如地勘未明確時(shí)，一般按照室外地坪下0.5m 進(jìn)行考慮，地下室的抗浮一般優(yōu)先考慮自重，當(dāng)結(jié)構(gòu)自重不能滿(mǎn)足抗浮的要求，可以考慮設(shè)置抗拔樁或者增加配重；同樣在設(shè)計(jì)地下室底板時(shí)需考慮地下水位的作用。

[1]GB50011-2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[2]JGJ3-2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[3]GDA 0003-2012，高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一技術(shù)措施[S].廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院標(biāo)準(zhǔn)，2012.

[4]朱炳寅.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)答及分析[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.