芦山灾后重建项目结构设计

许京梦

(中国建筑西南设计研究院有限公司，四川成都 610042)

2013年4月20日，四川省雅安市芦山县发生7.0级地震，震源深度13 km。震中芦山县龙门乡99%以上的房屋垮塌，受灾人口达152万人，受灾面积12 500 km2。芦山县距离雅安市市区33 km，位于龙门山前缘构造带南段。此次地震是继2008年汶川地震后，发生于龙门山断裂带上的又一严重破坏性地震灾害，震中距汶川地震震中仅有约90 km。地震发生后，政府及企事业单位针对芦山受灾情况迅速展开救灾与恢复重建工作。笔者所在的设计院承担了部分灾后重建建筑的设计任务，芦山县龙门乡的村级公共服务中心即为其中之一。为了更好地给灾后重建提供指导依据，四川省地震局对芦山地震有关区域的抗震设防要求进行了相关调整［1］，其中，芦山县龙门乡抗震设防烈度为7度，设计基本地震动峰值为0.15g，设计地震分组为第二组，与GB 50011-2010建筑抗震设计规范一致。村级公共服务中心项目位于雅安市芦山县龙门乡。主体结构三层，总高度约14.50 m，采用坡屋面造型(见图1)。主体结构采用框架结构，抗震设防等级为三级。柱截面为400 mm×400 mm，主梁截面200 mm×650 mm，次梁截面为200 mm×550 mm。典型平面图见图2。

图1 村级公共服务中心（效果图）

图2 结构典型平面布置图（第二层）

1 地梁设计

根据地质勘察报告，场地内地质较为稳定，无软弱层、液化土层，基础采用稍密卵石层作为持力层，基础形式采用独立基础，埋深为 1.50 m。根据 GB 50011-2010 建筑抗震设计规范［2］6.1.11条规定，该项目为三级框架，各柱基础底面在重力荷载代表值作用下的压应力差别不大，基础为独立基础且埋置较浅，无软弱及液化土层，可不设置基础系梁(即地梁)。为比较经济性，分别就有无地梁进行计算并统计混凝土及钢筋用量(见表1)。

表1 有无地梁层时材料用量比较

由此可以看出，在满足结构抗震要求的前提下，取消地梁层可减少混凝土及钢筋用量。由于基础埋深较浅，若设置地梁，基础顶面至地梁层间的柱都会成为短柱，需满足体积配箍率不小于1.2%的要求，不仅增加箍筋用量，而且不利于结构受力。同时，由于地梁将隔墙荷载传递至基础，会增加基础面积及配筋。综上，设计采用无地梁层方案。

2 楼梯间设计

楼梯作为房屋建筑的辅助构件，在地震中是重要的生命通道。但汶川和芦山地震震害表明，楼梯间的破坏相当严重。楼梯间的主要破坏形式包括:样板沿板宽方向出现贯通裂缝或钢筋断裂;平台梁梁端及上下梯板相交处破坏;平台板出现受拉裂缝或上下梯板相交处出现剪切裂缝;平台梯柱及节点出现柱端破坏等［3-5］。芦山地震中，也表现出类似的破坏特征［6］。地震时，楼梯梯板的斜撑效应使得楼梯间刚度增大，承受地震力较设计值增大，最终导致楼梯发生破坏。此次设计中，采取以下措施，增强楼梯间的安全性:1)楼梯斜板采用双层双向贯通配筋，斜板沿梯板方向上下部配筋适当加强;2)梯梁全长范围内箍筋加密，增强梯梁的抗剪承载力;3)斜梯板下部采用滑动支座，弱化楼梯与主体结构的连接，使楼梯段在水平地震作用下只产生相对水平位移，而不会在梯板段产生拉压应力，减小对框架柱的剪力;4)由于平台处于半层高位置，使得与平台相连的框架柱形成短柱，设计时沿柱高范围加强配箍率，满足短柱最小体积配箍率的要求。楼梯滑动支座大样图见图3。

3 结构设计中短柱问题

在结构设计中，由于楼梯间平台及斜屋面等会造成框架柱局部出现短柱，由于水平地震力根据刚度分配剪力，短柱的刚度较其他柱要大，容易发生剪切破坏的脆性破坏。而现行规范中并未提出改善短柱抗震性能的具体措施，因此应在结构方案中尽量避免形成短柱。本项目中，由于设置地梁会造成基础顶面至地坪高度范围内的框架柱形成短柱，故综合考虑后，取消地梁。

而对于楼梯平台及斜坡屋面等由于使用功能要求而形成的短柱，则根据抗规要求，增大箍筋配筋，满足短柱体积配箍率的要求。

图3 楼梯滑动支座大样

4 结语

通过对芦山灾后重建项目的设计分析，针对框架结构的抗震设计，提出以下几点建议:1)地梁在设计时，需要综合考虑结构需求及工程造价等因素，尤其需要注意地梁设置后的短柱问题，在满足结构抗震要求的情况下，可取消地梁，避免短柱的产生;2)楼梯间作为地震发生时的重要逃生通道，需进行抗震设计。为尽量减小对主体结构的影响，可采用滑动支座的形式，并对斜梯段及梯梁进行适当的构造加强;3)结构设计中尽量避免产生短柱，当由于使用功能要求不可避免产生短柱时，需满足短柱体积配箍率的要求。

［1］川震防发［2013］74号，四川省地震局关于“4·20”芦山地震有关区域抗震设防要求建议的通知［Z］.

［2］GB 50011-2010，建筑抗震设计规范［S］.

［3］冯 远，刘宜丰，肖克艰，等.来自汶川大地震亲历者的第一手资料——结构工程师的视界与思考［M］.北京：中国建筑工业出版社，2009.

［4］苏启旺，蔡宏儒，李 力.从“汶川大地震”引发对板式楼梯设计的思考［J］.四川建筑科学研究，2008，34(4)：165-167.

［5］沈 靓，柳炳康，张瑜中，等.汶川地震中框架楼梯典型震害分析与有限元计算［J］.工程抗震与加固改造，2010，32(4)：114-119.

［6］张令心，刘 琛，刘洁平.芦山地震楼梯间震害调查及思考［J］.地震工程与工程振动，2013，33(4)：21-25.