蘆山災后重建項目結構設計

許京夢

(中國建筑西南設計研究院有限公司，四川成都 610042)

2013年4月20日，四川省雅安市蘆山縣發生7.0級地震，震源深度13 km。震中蘆山縣龍門鄉99%以上的房屋垮塌，受災人口達152萬人，受災面積12 500 km2。蘆山縣距離雅安市市區33 km，位于龍門山前緣構造帶南段。此次地震是繼2008年汶川地震后，發生于龍門山斷裂帶上的又一嚴重破壞性地震災害，震中距汶川地震震中僅有約90 km。地震發生后，政府及企事業單位針對蘆山受災情況迅速展開救災與恢復重建工作。筆者所在的設計院承擔了部分災后重建建筑的設計任務，蘆山縣龍門鄉的村級公共服務中心即為其中之一。為了更好地給災后重建提供指導依據，四川省地震局對蘆山地震有關區域的抗震設防要求進行了相關調整［1］，其中，蘆山縣龍門鄉抗震設防烈度為7度，設計基本地震動峰值為0.15g，設計地震分組為第二組，與GB 50011-2010建筑抗震設計規范一致。村級公共服務中心項目位于雅安市蘆山縣龍門鄉。主體結構三層，總高度約14.50 m，采用坡屋面造型(見圖1)。主體結構采用框架結構，抗震設防等級為三級。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 村級公共服務中心（效果圖）

圖2 結構典型平面布置圖（第二層）

1 地梁設計

根據地質勘察報告，場地內地質較為穩定，無軟弱層、液化土層，基礎采用稍密卵石層作為持力層，基礎形式采用獨立基礎，埋深為 1.50 m。根據 GB 50011-2010 建筑抗震設計規范［2］6.1.11條規定，該項目為三級框架，各柱基礎底面在重力荷載代表值作用下的壓應力差別不大，基礎為獨立基礎且埋置較淺，無軟弱及液化土層，可不設置基礎系梁(即地梁)。為比較經濟性，分別就有無地梁進行計算并統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，在滿足結構抗震要求的前提下，取消地梁層可減少混凝土及鋼筋用量。由于基礎埋深較淺，若設置地梁，基礎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，而且不利于結構受力。同時，由于地梁將隔墻荷載傳遞至基礎，會增加基礎面積及配筋。綜上，設計采用無地梁層方案。

2 樓梯間設計

樓梯作為房屋建筑的輔助構件，在地震中是重要的生命通道。但汶川和蘆山地震震害表明，樓梯間的破壞相當嚴重。樓梯間的主要破壞形式包括:樣板沿板寬方向出現貫通裂縫或鋼筋斷裂;平臺梁梁端及上下梯板相交處破壞;平臺板出現受拉裂縫或上下梯板相交處出現剪切裂縫;平臺梯柱及節點出現柱端破壞等［3-5］。蘆山地震中，也表現出類似的破壞特征［6］。地震時，樓梯梯板的斜撐效應使得樓梯間剛度增大，承受地震力較設計值增大，最終導致樓梯發生破壞。此次設計中，采取以下措施，增強樓梯間的安全性: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加強;2)梯梁全長范圍內箍筋加密，增強梯梁的抗剪承載力;3)斜梯板下部采用滑動支座，弱化樓梯與主體結構的連接，使樓梯段在水平地震作用下只產生相對水平位移，而不會在梯板段產生拉壓應力，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，設計時沿柱高范圍加強配箍率，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 結構設計中短柱問題

在結構設計中，由于樓梯間平臺及斜屋面等會造成框架柱局部出現短柱，由于水平地震力根據剛度分配剪力，短柱的剛度較其他柱要大，容易發生剪切破壞的脆性破壞。而現行規范中并未提出改善短柱抗震性能的具體措施，因此應在結構方案中盡量避免形成短柱。本項目中，由于設置地梁會造成基礎頂面至地坪高度范圍內的框架柱形成短柱，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，則根據抗規要求，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 結語

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

［1］川震防發［2013］74號，四川省地震局關于“4·20”蘆山地震有關區域抗震設防要求建議的通知［Z］.

［2］GB 50011-2010，建筑抗震設計規范［S］.

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

［4］蘇啟旺，蔡宏儒，李 力.從“汶川大地震”引發對板式樓梯設計的思考［J］.四川建筑科學研究，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查及思考［J］.地震工程與工程振動，2013，33(4)：21-25.