抗震設(shè)防烈度對剪力墻結(jié)構(gòu)土建成本的影響探討

楊文湘

湖南省第六工程有限公司

摘要：作為多震災(zāi)國家，我國的地震具備分布廣、強(qiáng)度大、頻率高特點(diǎn)，平均10年左右便會發(fā)生1次8級以上地震，為減輕地震災(zāi)害，房屋建筑和工程設(shè)施的抗震設(shè)防工作向來受到各界關(guān)注。通過分析抗震設(shè)防烈度，并結(jié)合某地高層鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)住宅，深入探討了改變抗震設(shè)防烈度對剪力墻結(jié)構(gòu)土建成本的影響，供同行參考。

關(guān)鍵詞：抗震設(shè)防烈度;剪力墻結(jié)構(gòu);土建成本

建筑抗震設(shè)防烈度的提高會直接導(dǎo)致建筑土建成本提升，為了明確這種影響，地面及房屋等建筑物受地震破壞的程度被稱為地震烈度，本文研究的抗震設(shè)防烈度則是指按國家規(guī)定的權(quán)限批準(zhǔn)作為一個(gè)地區(qū)抗震設(shè)防的地震烈度，其主要基于抗震設(shè)防小區(qū)、建筑物的高度及類別確定，我國建筑工程的抗震設(shè)防烈度一般采用中國地震參數(shù)區(qū)劃圖的地震基本烈度[1]。

一、工程概況

為提升研究的實(shí)踐價(jià)值，本文以某地S高層建筑工程作為研究對象，該工程為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)住宅，地上30層，地下1層，實(shí)際抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)地震分組、設(shè)計(jì)基本地震加速度、場地類別、特征周期分別為第1組、0.1g、III類、0.45s，基本風(fēng)壓、基本雪壓、地面粗糙度、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期、建筑結(jié)構(gòu)安全等級分別為0.6kN/m2、0.4N/m2、C類、50a、二級，建筑抗震設(shè)計(jì)類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類（丙類），主體結(jié)構(gòu)總高為92.2m，圖1為S高層建筑工程結(jié)構(gòu)平面布置圖。

圖 1 S高層建筑工程結(jié)構(gòu)平面布置圖

二、改變抗震設(shè)防烈度對剪力墻結(jié)構(gòu)土建成本的影響

（一）剪力墻結(jié)構(gòu)墻、梁和板筋分析

結(jié)合工程實(shí)際及GB50011-2010 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（2016年版），可確定工程剪力墻結(jié)構(gòu)抗震墻的抗震等級、抗震構(gòu)造措施等級均為1級。配合PKPM系列軟件進(jìn)行計(jì)算、調(diào)試、配筋，并應(yīng)用PMCAD軟件構(gòu)建S高層建筑的工程模型，可最終明確剪力墻模型參數(shù)，其中自然層-1～3、標(biāo)準(zhǔn)差1～2的層高為3850mm，連梁為200×350mm，板厚分別為180mm與100mm，剪力墻厚分別為300mm、250mm、200mm，自然層4～30、標(biāo)準(zhǔn)層3～9的層高為2900mm、連梁為200×350mm，板厚分別為100mm、110mm、130mm，剪力墻厚分別為250mm、200mm[2]。

1、梁配筋分析

在抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.1g下，按梁的公式計(jì)算進(jìn)行配筋。通過計(jì)算可確定1層支座處受拉鋼筋配筋率處于1%左右，5處梁底下通筋配筋率分別為0.77%、0.85%、1.09%、1.6%、0.85%。一般情況下經(jīng)濟(jì)配筋率控制在1%左右，建筑的相應(yīng)框梁配筋變化不大，因此可確定建筑梁的配筋率符合經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。

2、墻配筋分析

剪力墻結(jié)構(gòu)的墻-柱單元配筋需重點(diǎn)關(guān)注剪力墻中鋼筋的連接與錨固，構(gòu)造邊緣構(gòu)件、約束邊緣構(gòu)件的構(gòu)造。同樣以S高層建筑的一層剪力墻為例，可確定墻、暗柱的配筋率分別被控制在0.5%左右、1.2%左右，滿足經(jīng)濟(jì)配筋率要求且符合相關(guān)規(guī)范要求。

3、板配筋分析

0.6%以下的樓板配筋較為經(jīng)濟(jì)，S高層建筑選用HRB400級鋼筋作為樓板鋼筋，按彈性算法計(jì)算雙向板，按板的嵌固端考慮邊緣板。結(jié)合計(jì)算可確定，1層樓板暗梁截面為500mm×130mm（板厚），并設(shè)置了C8@100的暗梁箍筋、8C10的暗梁縱筋。深入分析可發(fā)現(xiàn)，1層樓板的樓板配筋率處于0.25%～0.35%區(qū)間，該結(jié)果符合經(jīng)濟(jì)配筋率與最小配筋率要求，且與框架板配筋結(jié)果相同。

（二）主要建材用量與成本統(tǒng)計(jì)

結(jié)合市場調(diào)查，HBR400C16螺紋（25mm）、C30混凝土的單價(jià)分別取2150元/t、320元/m3，結(jié)合我國建筑業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，采用1.3的材料取廢系數(shù)。開展計(jì)算可確定，S高層建筑工程的總建筑面積為12403.97m2，混凝土總用量、鋼筋總用量分別為9137.70m2、1396.59m2，土建造價(jià)為477.8元/m2。

（三）不同設(shè)防烈度受力構(gòu)件尺寸調(diào)整

上文研究中S高層建筑工程的抗震設(shè)防烈度、設(shè)計(jì)基本地震加速度分別為7度與0.1g，為明確抗震設(shè)防烈度對剪力墻結(jié)構(gòu)土建成本，研究分別采用6度（0.05g）、7度（0.15g）開展研究。基于變化調(diào)整PMCAD模型，各層剪力墻截面厚度會隨之發(fā)生變化，具體變化如下：（1）6度（0.05g）。地下室為1層，-1層厚度為250mm，1層厚度為200mm，2～30層厚度為180mm、200mm。（2）7度（0.15g）。地下室為兩層，-2～-1層厚度為300mm、250mm，1-2層厚度為250mm、200mm，3-30層為200mm。

采用樁基承臺加地梁形式基礎(chǔ)，從地梁上升起剪力墻，承臺頂標(biāo)高為-4.350m（相對于±0.000），地下一層層高、地上層高分別為4.350m、2.900m，結(jié)合規(guī)范要求可發(fā)現(xiàn)，調(diào)整后的模型仍能夠保證地下1層剛度為地上1層剛度的1.5倍。此外，不同設(shè)防烈度下，S高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)梁截面也出現(xiàn)了一定變化，但考慮到變化較小及篇幅限制，本文不對其進(jìn)行詳細(xì)描述。

（四）不同設(shè)防烈度下受力結(jié)構(gòu)配筋比較分析

S高層建筑工程的剪力墻結(jié)構(gòu)梁材料消耗不高，且板厚和板的配筋在不同設(shè)防烈度下基本未發(fā)生變化，因此研究僅通過比較分析不同設(shè)防烈度下受力結(jié)構(gòu)配筋變化，明確抗震設(shè)防烈度對剪力墻結(jié)構(gòu)土建成本的影響。抗震墻屬于剪力墻結(jié)構(gòu)最主要的抗側(cè)力構(gòu)件，其受抗震設(shè)防烈度的影響較為顯著，抗震墻截面厚度及配筋會受到抗震設(shè)防烈度下降的直接影響，邊緣構(gòu)件配筋也會同時(shí)受到較為深遠(yuǎn)影響。在抗震設(shè)防烈度為6度（0.05g）時(shí)，首層部分約束邊緣構(gòu)件配筋分別為6C14、22C14、22C14、22C14、26C16;7度（0.15g）時(shí)，分別為6C16、24C16、26C16、26C16、26C18。

（五）不同設(shè)防烈度下主要建材用量與成本統(tǒng)計(jì)比較

結(jié)合上述分析，圍繞S高層建筑工程在不同抗震設(shè)防烈度下的建材用量及成本開展計(jì)算，可確定抗震設(shè)防烈度為6度（0.05g）時(shí)，混凝土總用量、鋼筋總用量分別為7849.16m3、1180.88t，土建造價(jià)為407.2元/m2;7度（0.10g）時(shí)，混凝土總用量、鋼筋總用量分別為8176.21m3、1206.66t，土建造價(jià)為420.1元/m2;7度（0.15g）時(shí)，混凝土總用量、鋼筋總用量分別為8680.82m3、1256.93t，土建造價(jià)為441.8元/m2。

結(jié)合上述數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，隨著抗震設(shè)防烈度的提升，S高層建筑的混凝土用量存在較為穩(wěn)定的增幅，而鋼筋用量則存在跳躍式的增加，并使得抗震設(shè)防烈度7度（0.15g）時(shí)，S高層建筑工程的成本出現(xiàn)一定增加。深入分析可以發(fā)現(xiàn)，之所以鋼筋用量則存在跳躍式增加，主要是由于高層剪力墻結(jié)構(gòu)的整體剛度越大，受到的地震力影響也約到，這就使得混凝土墻的厚度增加直接導(dǎo)致所受地震力隨之增長，因此S高層建筑工程的模型調(diào)整需基于規(guī)范允許最小值附近調(diào)整結(jié)構(gòu)整體剛度。開展進(jìn)一步計(jì)算，可確定6度（0.05g）→7度（0.10g）時(shí)，每平米增加土建造價(jià)、增加比例分別為12.9元、3.17%;7度（0.10g）→7度（0.15g）時(shí)，分別為21.7元、5.16%，抗震設(shè)防烈度對剪力墻結(jié)構(gòu)土建成本造成的深遠(yuǎn)影響可見一斑。

三、結(jié)語：

綜上所述，剪力墻結(jié)構(gòu)土建成本會直接受到抗震設(shè)防烈度的影響。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的主要建材用量與成本統(tǒng)計(jì)、不同設(shè)防烈度受力構(gòu)件尺寸調(diào)整、不同設(shè)防烈度下主要建材用量與成本統(tǒng)計(jì)比較等內(nèi)容，則直觀展示了抗震設(shè)防烈度所帶來的影響。為有效控制剪力墻結(jié)構(gòu)土建成本，抗震設(shè)防烈度的合理選擇必須得到重視。

參考文獻(xiàn)：

[1]周穎，顧安琪.自復(fù)位剪力墻結(jié)構(gòu)四水準(zhǔn)抗震設(shè)防下基于位移抗震設(shè)計(jì)方法[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2019，40（03）：118-126.

[2]韓軍，李英民，熊海江.設(shè)防烈度7度（0.2g）區(qū)RC剪力墻結(jié)構(gòu)抗震能力需求分析[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2018，39（S1）：153-159.