非抗震设防地区高层建筑混凝土结构设计

浙江建筑，第２９卷，第３期，２０１２年３月　Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｖｏ１．２９，Ｎｏ．３，Ｍａｒ．２０１２　非抗震设防地区高层建筑混凝土结构设计　Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｈｉｇｈ－－ｒｉｓｅ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｉｎ　Ｎｏｎ－－Ｓｅｉｓｍｉｃ　Ａｒｅａ　张伟才　，任光勇　，程媛　ＺＨＡＮＧ　Ｗｅｉ—ｃａｉ　，ＲＥＮ　Ｇｕａｎｇ—ｙｏｎｇ　，ＣＨＥＮＧ　Ｙｕａｎ　（１．浙江绿城建筑设计有限公司，浙江杭州３１０００７；２．中国联合工程公司，浙江杭州３１００２２）　摘要：国家相关规范明确地给抗震设防区域提出了要求和建议，但是对于非抗震区域，尤其是对于非抗震设防区域和抗震　设防区域交界的地区，现行规范不够具体。完全参照非抗震设防进行设计，与日益发展的社会现实不相符合；若参照抗震设防考　虑，则其经济性不佳。因此需精心考虑，才能寻求安全性和经济性之间的平衡点。　关键词：非抗震设防；高层建筑；结构设计　中图分类号：ＴＵ９７３　．３１　文献标志码：Ｂ　文章编号：１００８—３７０７（２０１２）０３—００２６—０４　１　问题的提出　高层建筑设计中，《建筑抗震设计规范（ＧＢ　５００１１－－２０１０）》¨　（以下简称《抗规》）和《高层建筑　混凝土结构技术规程（ＪＧＪ　３—２０１０）》Ｅ２　２（以下简称　地震，而九江市自２００５年以来短短的７年就已经　发生过两次地震，分别是２００５年１　１月２６日的　５．７级地震和２０１　１年９月１０日的４．７级地震，两　次地震均对生活造成很大的影响，经济造成很大　损失。对于非抗震区域我们应持有相同的审慎态　《高规》）明确提出，必须根据规定的设防烈度对结　构进行抗震设计。设计内容包含两个方面：地震作　度。从根本上讲，只有加强结构设计才能真正地　保证居民的安全。　随着经济发展，国家也慢慢有能力承受抗震设　用计算和抗震构造措施。但在具体工程中，有时设　计人员难以把握，因为对于抗震设防区域和非抗震　设防区域的交界处如何进行抗震设计并无明确规定　防带来的经济压力，所以近年来部分专家学者建议　取消非抗震设防区域，在多次浙江省注册结构工程　（实际上也无法明确规定），比如绍兴县和诸暨市，　相邻的县市，在规范中一个为抗震设防区域，另一个　师的继续教育培训中，都有专家建议提高重点地区　设防烈度以及将原来的非抗震设防区域按照６度设　防进行抗震设计。如绍兴地区诸暨市，位于６度区　与非抗震区域之间，国家规范明确规定诸暨为非抗　为非抗震设防区域，在其交界处的建筑如何确定抗　震等级，目前还难以明确。另外，中国位于亚欧板　块、印度洋板块、太平洋板块的交界处，是一个地震　多发国家，从以往的经验来看，最好对一些不确定区　域，还是采取一些抗震设防措施。　震设防设计，但是对于诸暨这样的经济发达区域，如　果发生地震，其引起的后果非常严重，而且诸暨市的　经济能力完全能承受因为抗震设防带来的经济代　价，因此绍兴市科学技术局明确规定诸暨市按照６　度设防进行结构设计。　地震设防区域是根据概率确定的，但是小概　率事件并不意味着不发生，尤其是在我国这样的　区域。以浙江省杭州市和江西省九江市为例，两　者均为６度设防，但是杭州市近年来并未发生过　结构设计应遵循三个原则：安全、经济、适用。　浙西地区有很大的区域是国家规定的非抗震设防区　收稿日期：２０１２一Ｏ２一Ｏ６　作者简介：张伟才（１９７８一），男，湖北武穴人，工程师，从事建筑结构设计工作。　第３期　张伟才等：非抗震设防地区高层建筑混凝土结构设计　２７　域，如果完全按照非抗震设防进行设计，对安全可能　即框架结构的侧向刚度计算是使得楼层发生单位位　有一定影响。因此，在非抗震区域的高层建筑设计　移下的作用力，而框剪结构的侧向刚度则是使得楼　时，应根据国家规范规定做出判断后，结合地方规定　层发生单位层间位移角下的作用力。要严格地满足　确定设计原则。如果无特别规定，如何既保证结构　这些条件，对于底部有较高的架空层时是比较困难　安全可靠又要考虑经济性，笔者根据自己的设计经　的，而且当底层平面作为嵌固端时，从公式可以看　验，在此文中给出一些建议。　出，很难满足底层与上层刚度比不小于１．５的要求，　要满足这些要求，势必会严重影响建筑的平面布置。　２　结构设计　竖向布置如此要求，实际上是一个避免结构出现薄　２．１　平面布置　弱层的做法，而薄弱层主要是基于抗震设防的一个　《高规》和《抗规》都非常明确地规定，对于高　概念，对于薄弱层应该对地震力进行放大处理，但如　层建筑结构设计，为保证结构的规则性，其平面布　果非抗震设防，放大也是没有意义的，这个概念也不　置应尽可能规则，以保证地震作用下不发生大的　重要，因此该项要求对于非抗震区域应适当放开，按　扭转，其具体表现为规范中规定的第一扭转周期　照规范规定的“不宜”执行即可。如果所在区域是　与第一平动周期比不宜大于规范规定值。有些计　抗震设防和非抗震设防的交界区域（规范中为非抗　算程序，如果是非抗震设计，不会给出周期，但是　震设防），建议进行抗震作用的计算，并对该层的竖　对于结构而言，周期是其固有的特性。因此，在实　向构件加强处理，以消除因薄弱层可能带来的不安　际设计中建议计算出周期，与荷载规范给出的一　全因素。　般的估算公式进行对比，以核对刚度是否适中，偏　２．３结构计算与构造　刚了，对于非抗震地区来说，过于浪费；偏柔了，对　结构的承载力极限状态和正常使用状态主要受　于高层建筑来说，这种地区一般都是风荷载控制，　竖向荷载和水平荷载影响。　其层间位移角会过大。但是对于周期比这一点，　２．３．１　地震作用　对结构有影响的水平荷载一般　抗震设防区域一般会加以控制，使得第一扭转周　为地震荷载和水平荷载。对于那些位于抗震区和非　期与第一平动周期比尽量小，对于普通的Ａ级建　抗震区交界的地区，从结构安全角度考虑，建议按６　筑而言，很多时候会做到０．７～０．８５，平动周期中　度区进行抗震设计。对于那些远离抗震设防区域，　扭转分量的比重尽可能的小；对于普通的Ａ级建　一般来说至少距离超过一个县（市）的非抗震地区　筑，一般尽量调整平面使其较小，但是受诸多限　的结构设计时，地震荷载发生的概率非常小，或者即　制，可以占到５％一１０％，对于地震作用较小，可以　便发生震级也非常小，如果按照６度区计算，无疑将　略微放松，这样在平面布置上可以更加灵活，给建　会人为放大很多水平作用，按照抗震规范，对于６度　筑创作人员留下更大的空间。　区的多层建筑，抗震设计时是可以不进行抗震计算　２．２竖向布置　而只需要进行采取抗震构造措施来设防。参照这一　在《高层建筑混凝土结构技术规程（ＪＧＪ　３—　点，我们认为对于非抗震地区的高层建筑设计可以　２００２）》　中对于结构竖向布置引起的自下而上的　不进行抗震计算，但必须按照设防烈度来采取抗震　刚度变化有明确规定，到了２０１０年版《高规》中对　措施，这样的做法既能获得较高的安全度，又能保证　这一点规定得更加严格，《高规》第３．５．２条规定　良好的经济性。在采取构造措施中，重要构件（如　前面所述的薄弱层的竖向构件）可以按照四级抗震　：＝　不宜小于０．７，变换公式可得Ｙ：＝　要求，对非重要构件可以放松要求。这样的做法既　能实现结构工程师的概念设计，又能做到有的放矢，　－　一≤０．７，而且对于框剪结构引入了层高修正　更好地体现成本控制。　这一选项，对公式Ｙｚ：　｝．　进行变换后，可　２．３．２　风荷载作用计算　对于非抗震区的高层建　筑，因为地震作用非常小，对水平位移起决定作用的　以得到　：　，实际所谓的尽高修　便是风荷载。２００２年版《高规》建议６０　ｍ以上的高层　按照１００年一遇的风压来考虑，没有对极限使用状态　正，从概念上讲可以理解为对侧向刚度的重新定义，　和正常使用状态做区分。广东省在《高层建筑混凝土　２８　浙江建筑　２０１２年第２９卷　结构技术规程（ＪＧＪ　３—２００２）　的补充规定　中给出　抗震组合的结果要大，所以最终轴压比不一定由地　的建议是承载力计算时，需要按照１００年一遇的风　压，对于位移这样正常使用状态下的标准来说，使用　正常基本风压，即５０年一遇的基本风压即可。２０１０　震作用计算控制。对于轴压比，在非抗震区域建议　按照规范的四级抗震要求来执行，主要在于竖向构　件是整个结构的最重要部分，适当地提高一些要求　是应该的；而且，建筑平面的调整、功能的更改、后期　年版《高规》也采取了这种做法，明确位移按照５０年　一遇基本风压，承载力计算时基本风压放大１．１倍。　装修，导致附加荷载偏大、墙体材料更改、墙面材料　更改等诸多不确定因素，在高层累计后可能对底层　如果不分开计算，统一放大１．１倍，按照位移与荷载　呈线性比例关系，荷载放大１．１倍，位移也会放大１．１　倍，那么相应的竖向构件也必须加强，这种的做法提　高了结构的安全性，但是这种过度的安全性是不必要　的竖向构件会附加一些设计难以考虑到的荷载，留　有余地也可以充分体现设计人性化的一面。　对于墙，在没有抗震要求时，轴压比可以放宽到　的，反而造成不必要的浪费，导致了结构的不经济性，　不符合绿色节能环保的现代设计理念。　２．３．３柱轴压比计算　对于低烈度区和与低烈度　０．７—０．８，并注意验算墙的稳定性。对边缘构件进　行配筋时，仅设置构造边缘构件。　区相邻的非抗震区的结构，在控制轴压比时应对抗　震计算和非抗震计算的两种状态下的计算结果进行　３工程实例　本工程位于浙江省杭州市建德市，该地区为非　抗震设防烈度区，其周围的淳安、兰溪、开化、桐庐等　地均为非抗震设防区域，因此可以按照非抗震计算。　按照建筑平面布局布置好结构竖向构件，见　图１。　比较。根据《高规》和《抗规》公式，抗震计算时用重　力荷载代表值和地震作用的组合，非抗震计算时用　恒载和活载的基本组合。重力荷载代表值计算时对　活载的组合系数为０．５，活载折减的部分可能会比　图１初始平面布置图　利用程序计算结果各项指标都满足要求，但是第　一考虑是满足要求，但是为了提高安全性，对局部进行调　整，将角部的柱换成剪力墙，对称布置，见图２。　振型的扭转分量系数为１８％，从规范上讲，按非抗震　第３期　张伟才等：非抗震设防地区高层建筑混凝土结构设计　２９　’　ｒ　一　一　一　．．．．￡　．．．．　建筑师的想法，不会破坏建筑空间，同时结构布置更　ｌ　Ｊ　趋于合理，也能更准确地把握结构的力学性能。　哪　＿１　对竖向构件进行配筋时，首先满足结构设计计　算要求，其次按照构造。根据现场施工情况，建议对　■厂　＼＼Ｊ　—，●Ｊ　『－　于截面高度超过５００　ｍｍ的柱，内部优先采用箍筋，　；　。　—————一　能够更好地保证施工质量。在进行拉筋布置时，不　必要进行对称布置，满足箍筋的肢距要求即可，一般　●，　Ｌ　ｕ　Ｌ　一Ｊ，　当满足纵筋的构造要求时，拉筋隔一拉一。对于剪　１５００　１８００　３８００　３５５０　３６５０　（　Ｄ　（　（　力墙边缘构件的配筋，非抗震区域，按照《高规》的　图２调整后局部平面布置图　规定进行构造边缘构件配筋即可，设置底部加强区，　无需设置过渡层。剪力墙边缘构件中的箍筋仅仅对　此时，第一振型的扭转分量系数降低至２％，结　纵筋起约束作用，不承担抗剪作用，规定其配箍率是　构造价略微提高，但是结构性能及安全性大大增强。　没有意义的。在２０１０年版《高规》中，这一做法已　可以看出：扭转分量大大地减小；调整楼层上下　经得到修正，鉴于此，对于边缘构件的箍筋或者拉　的剪力墙厚，当一层底作为嵌固段时，底层与上层的　筋，参照规范规定的四级构造即可，甚至更弱，不必　刚度比达到了１．２，这样处理的结果既能充分尊重　参照一定的体积配箍率。典型墙、柱配筋见图３。　窘０＠１　２堂１００／１８　一ｔ＇２０２００回　ｎＴ＿ｒ］ｌ　｛Ｉ｝　＿　昌　截面　ｎ　●　截面　。。　８　ｎ　１【］：　同　［］　［｜　］　】ｌ　【］　［　］　ｊ『　铂　ｎ　【３００【　６５０　【　一１２００１　６５０　Ｉ　—Ｉ２００１　６５０　　ｌ５００　编号　ＧＢＺ１　ＧＢＺ１　ＧＢＺ１　枥滴　基础顶面～＂－０　０５０　标高　基础顶面～４　９５０　４　９５０－ｌ１　０００　１１　０００－７６　９００　纵筋　１８空１４　１４　１２　１４营ｌ２　编号　ＫＺ１７ａ　箍筋／拉筋　空８＠２００　堂８＠２００　堂８＠２５０　图３典型墙柱配筋图　整个工程的设计思路明确、计算清楚、构造合理，　区进行设防计算，甚至是７度区。不进行抗震作用　既实现了结构工程师对结构概念的理解，又实现了安　计算，势必会影响其安全性。对于原来抗震设防区　全性的保障，同时对结构成本进行了合理的控制。　域的非抗震区域，建议仅对关键部位进行抗震构造。　４　结　语　加强抗震设计的同时必须顾及到经济合理，对　受整体经济水平的影响，我们可以保留部分非　结构抗侧刚度贡献大的构件需加强构造，对结构抗　侧刚度贡献小的构件可以按照非抗震构造处理，以　抗震设防区域的中心区域作为真正意义上的非抗震　设防区。但是对于该区域的高层建筑结构或一些重　做到有的放矢，节约造价。　要工程，对影响其抗侧刚度的关键部位，建议采取抗　参考文献　震构造措施以保证其结构的可靠性，避免受到发生　［１］　黄世敏，王亚勇，丁沽民，等．ＧＢ　５００１１—２０ｌＯ建筑抗震设计规　范［ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２０１０．　概率较小的地震对其造成不利影响。　［２］徐培福，黄小坤，容柏生，等．ＪＧＪ　３—２Ｏ１Ｏ高层建筑混凝土结　抗震设计分为抗震计算和抗震构造两部分，根　构技术规程［Ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２０１０．　据不同情况对具体工程采取相应的做法。对于抗震　［３］　徐培福，黄小坤，容柏生，等．ＪＧＪ　３—２０Ｏ２高层建筑混凝土结　设防区域和非抗震设防区域交界的区域，建议进行　构技术规程［ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２００２．　［４］、方小丹，李少云，张元坤，等．ＤＢＪ／Ｔ　１５—４６—２００５广东省实施　抗震设计，包括地震作用计算和抗震构造。此类区　《高层建筑混凝土结构技术规程（ＪＧＪ　３—２ＯＯ２）》补充规定　域的超限工程的安全性评估报告一般建议按照６度　［Ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２００５．