高烈度区工业厂房设计实例

李 哲 斐

(中建安装工程有限公司南京医药设计研究院，江苏 南京 210049)

高烈度区工业厂房设计实例

李 哲 斐

(中建安装工程有限公司南京医药设计研究院，江苏 南京 210049)

以8度区工业厂房为例，分析了在高烈度区钢筋混凝土结构的特性和受力特点，主要对框架一剪力墙结构与框架结构两种结构设计方法与计算作了研究，为在高烈度区工业厂房设计提供了参考。

高烈度，框架结构，框架—剪力墙结构

0 引言

目前我国工业厂房的结构形式主要有混凝土和钢结构两种。混凝土结构以其自身的优势广泛应用于各类工业厂房中。工业厂房相对于住宅结构来讲，需要满足工艺要求，往往楼面设备很多荷载很大，房间布局没有规律且层高很大。6度,7度抗震地区的混凝土工业厂房大多采用框架结构，而到了8度,9度高烈度地区，对于多层厂房，框架结构会出现柱子截面及配筋过大的情况，一层地震力很大导致柱子超筋，这时框架结构已不能满足受力要求，这就需要加适量剪力墙成为框架—剪力墙结构才能满足要求。

现以8度0.3g，Ⅱ类场地上的工业厂房为例，浅述在高烈度地区钢筋混凝土结构的特性，为在高烈度区类似工程提供参考。

1 设计实例一(框架—剪力墙结构)

某车间总高21 m，四层，建筑物长49 m，宽21 m，柱网7 m×7 m。底层层高5.5 m，二层层高6 m，三层层高5 m，四层层高4.5 m。因生产工艺要求，楼面活荷载取5 kN/m2。

1.1 上部结构设计

1)布置体系。

若按照框架结构计算建模，柱子截面边长取到1 m仍超筋，因此加入部分剪力墙，按照框架—剪力墙结构进行设计。一层～三层墙、柱、梁混凝土采用C40，四层以上为C30；板混凝土强度等级均为C30。

柱子截面采用变截面柱，一层柱750×900；二层柱750×750；三、四层边柱750×750，中柱700×700。

一、二层边框梁同墙宽，梁高800，内框梁300×700；三、四层框梁均为300×700。

剪力墙电梯井截面不变，截面厚度380 mm～500 mm；建筑四角剪力墙墙厚一层450 mm，二层及以上380 mm；其他部位墙体一层除个别加厚外墙厚取380 mm，二层以上墙厚300 mm。

2)剪力墙布置。

墙体布置需要经过多次试算，因工艺要求，建筑上布置的墙体比较少且位置不规则，二层楼面又有很多设备需要大空间不能布置墙体，该厂房剪力墙布置比较困难，在四角，电梯间及楼梯间布置了剪力墙，在南北立面各布置了几片剪力墙，方能通过验算。

本工程在四角，电梯间及楼梯间布置了剪力墙，在南北立面各布置了几片剪力墙，在厂房内部因设备摆放及工艺要求不能布置墙体，且受条件限制，布置了部分一字形剪力墙。经过试算比较，L形，T形墙肢对结构整体受力都要好很多，因此在一字形墙肢一端能加翼墙的尽量加上。

1.2 主体结构计算

本工程位于设防烈度8度区，设计基本地震加速度0.30g，设计地震第二组，场地类别Ⅱ类。因工艺有防爆区，建筑物的设防类别为重点设防类。

结构抗震等级为：框架二级，剪力墙一级；结构设计采用结构空间有限元分析设计软件SATWE(2010版)进行结构分析。周期折减系数0.8，连梁刚度折减系数0.5。规定水平力框架柱地震倾覆力矩所占百分比(抗规)大于10%，根据高规，剪力墙按二级计算。

经计算，建筑第一周期0.4 s，一、二周期均为平动，第三周期扭转。X向楼层最大位移1/1 164，Y向楼层最大位移1/1 702。位移已不作为控制指标。一层个别墙体在加厚以后方能通过计算。

梁柱墙板主筋及箍筋均采用HRB400钢筋。

经计算，底层柱配筋很大，最大一根柱子配筋率达到3.94%，用直径32的钢筋已经排列不下，需要采用并筋两根一组；节点核心区剪力最大的一根柱子，箍筋面积需要7.9 mm2。二层柱配筋最大配筋率已减至3.44%；节点核心区剪力最大的一根柱子，箍筋面积需要7.0 mm2；三层柱配筋最大配筋率减至1.07%；节点核心区剪力最大的一根柱子，箍筋面积需要5.5 mm2；四层柱配筋最大配筋率为1.13%；节点核心区剪力最大的一根柱子，箍筋面积需要1.9 mm2。墙柱均不以轴压比作为控制指标，柱子轴压比在0.3以下，墙体轴压比在0.1以下。

1.3 基础设计

根据地勘条件，本工程采用筏板基础。以2层粉质粘土为持力层，承载力特征值fak=120 kPa。采用梁板式筏板基础，混凝土取C35，筏板厚600 mm，地梁高1 500 mm，无剪力墙处地梁宽500 mm，有剪力墙处地梁宽500 mm～1 100 mm。底板及地梁主筋及箍筋均采用HRB400钢筋。

2 设计实例二(框架结构)

某公用工程楼，建筑物长40 m，宽10.5 m，高12.6 m，柱距5 m。地上三层，每层层高4.2 m。地下为水池深3.5 m。

2.1 结构布置体系

采用框架结构。地下柱截面端部柱800×800，中间柱600×800；一层～三层柱端部柱800×800，中间柱600×600；基础顶～一层柱混凝土强度C40，二层以上柱混凝土强度C30。

2.2 主体结构计算

本工程位于设防烈度8度，设计基本地震加速度0.30g，设计地震第二组，场地类别Ⅱ类。建筑物的设防类别为标准设防类。

结构抗震等级为：框架二级；结构设计采用结构空间有限元分析设计软件SATWE(2010版)进行结构分析。周期折减系数0.8，连梁刚度折减系数0.6。

经计算，建筑第一周期0.4 s，一、二周期均为平动，第三周期扭转。X向楼层最大位移1/568，Y向楼层最大位移1/607。位移作为控制指标。

梁柱墙板主筋及箍筋均采用HRB400钢筋。

一、二层部分柱节点核心区剪力大，箍筋需加大。

经过计算，底层柱最大配筋率为2.89%，最大节点核心区箍筋面积6.3 mm2；二层柱最大配筋率为1.67%，最大节点核心区箍筋面积6.0 mm2；三层柱最大配筋率1.39%，最大节点核心区箍筋面积3.3 mm2。柱轴压比在0.25以下，不作为控制指标。

2.3 基础设计

采用筏板基础，基础厚600，混凝土强度等级C35。以②层粉质粘土为持力层，承载力特征值fak=120 kPa。底板及地梁主筋及箍筋均采用HRB400钢筋。

3 结论和建议

1)在高烈度区，房屋超过三层做框架结构柱已经很大了，需要考虑改变结构形式如加剪力墙成为框架—剪力墙结构进行设计计算。

高烈度区的框架结构，轴压比已经不作为柱截面的控制方式，地震力很大，纯框架结构为了控制层间位移角，需要调整柱子与梁的截面，使结构整个刚度变大。而结构刚度变大，自振周期变短，导致地震作用更大。在低烈度区，框架梁和柱的截面往往是根据竖向承载力的需要进行调整的。而在高烈度区，调整框架梁柱截面并不仅仅由竖向承载力来控制，很多情况下梁柱截面影响到整个结构的刚度，由层间位移来控制。

高烈度区底层柱地震力很大，柱子配筋很大。本工程底层因工艺要求层高需要5.5 m，一层柱钢筋直径最大用32，个别柱子钢筋排列不下采用了并筋的形式。高烈度区的框架结构应采用空心轻质的填充墙，尽量避免在楼、屋面安放大的设备，以减轻结构自重从而减小地震力，同时应尽量避免层高过大以减小结构侧移及剪力墙厚度。

2)剪力墙的布置应遵循对称均匀的原则，尽量布置L,T形墙肢，避免一字形墙肢，在建筑四周宜布置剪力墙。因建筑及工艺要求，本工程很多位置不能设置剪力墙，且墙上洞口位置及大小受到限制，给剪力墙的布置和计算带来了难度。

3)高烈度区框架及框架—剪力墙结构柱节点核心区受剪比较大，需要增加箍筋，且混凝土强度要提高。

高烈度区框架节点区域处箍筋面积大大高于一般框架结构节点域箍筋，节点域处的箍筋需要增加单独配置，必要时要提高混凝土强度等级。

4)对于高烈度地区的建筑，采用常规的抗震设计，要使得各项指标满足规范要求，构件的截面和配筋量都很大，工程造价很高，必要时可以考虑采取隔震及消能减震技术措施以减小地震力，减少工程造价。

位移型阻尼器，在国内外得到了应用，日本，美国，中国台湾均有应用。国内上海的世博中心，北京银泰中心。国外到2004年止，已有300栋建筑采用了支撑型阻尼器，国内截止到2012年6月，位移型阻尼器已有215栋建筑采用，速度型约有100栋建筑采用。在结构中合理布置阻尼墙是达到减震效果的有效途径。

基础隔震技术是在建筑上部结构与地基之间设置足够安全的隔震系统，由于隔震层的“隔震”“吸震”作用，地震时上部结构作近似平动，从而“隔离”了地震，使用隔震技术的房屋经历8级地震的震动仅相当于5.5级，不仅达到了减轻地震对上部结构造成损坏的目的，而且建筑装修及室内设备也得到有效保护。

在诸多隔震系统中，隔震橡胶支座是世界研究和应用的主流，在美国、日本等多震国家广泛应用。国内外所有使用叠层橡胶支座隔震房屋，经过多次强烈地震的考验，隔震效果良好，抗震性能显著。

从隔震技术应用于建筑工程的实际效果来看，对于8度及其以上抗震设防区的高于六层建筑，应用隔震技术后，设防烈度可降低2度，从而可以节约投资成本，作为成熟的工程应用技术，隔震技术已在国内外包括美国、日本等发达国家广泛应用，目前世界最大的隔震建筑是美国旧金山国际机场。

一般来说隔震技术主要适用于较重要的低层和多层建筑，如医院、学校、商场、科研机构以及重要的指挥职能单位。在高烈度地区，涉及到重要建筑时，可以考虑采用减隔震技术。

[1] 鲁风勇，李爱群.高烈度区多层钢筋混凝土框架梁的受力特征和设计建议[J].江苏建筑，2007(2)：112-113.

[2] 林 玲.高烈度区框架结构设计探讨[J].福建建材，2012(8)：25-26.

[3] 张 中.高烈度区多层钢筋混凝土框架结构的位移控制[J].工程抗震与加固改造，2008，30(1)：79-81.

On design examples for industrial workshop at high-intensity areas

LI Zhe-fei

(Nanjing Pharmaceutical Industry Design Institute, China Construction Installation Engineering Co., Ltd, Nanjing 210049, China)

Taking some industrial workshop at 8-level intensity area, the paper analyzes the features and stressed characteristics of the reinforced concrete structure at the high intensity area, undertakes the design methods and calculation of the two structures, including the framework-shearing wall structure and framework structure, so as to provide some reference for the design of the industrial workshop at high intensity areas.

high intensity, framework structure, framework-shearing wall structure

1009-6825(2014)36-0027-03

2014-10-16

李哲斐(1979- )，女，工程师

TU318

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