钢筋混凝土结构的建筑工业化及其抗震设计

李本悦 樊启广 徐 成

(浙江大学建筑设计研究院有限公司，浙江 杭州 310028)

钢筋混凝土结构的建筑工业化及其抗震设计

李本悦 樊启广 徐 成

(浙江大学建筑设计研究院有限公司，浙江 杭州 310028)

根据我国建筑工业化发展现状，详细介绍了现场现浇的主体抗震结构和预制楼板的抗震设计方法及其他抗震措施，提出钢筋混凝土结构是我国建筑工业化发展的主要方向，指出主体抗震结构现场现浇、楼板和其他辅助构件工厂预制的钢筋混凝土结构为建筑工业化推广应用的重点。

钢筋混凝土结构，建筑工业化，结构抗震，抗震措施

随着我国城镇化进程的推进，建筑工业化以其节能、节材、节地、保护环境等特点将逐渐成为建筑市场的主力军，逐步代替传统建筑业中分散的、低水平的、低效率的手工作业生产方式。建筑工业化按建筑材料可分为木结构、钢结构和钢筋混凝土结构等种类[1]。因我国木材资源贫乏，木结构无法满足建筑市场的需求；钢结构为国外建筑工业化的主要模式，但因其耐火性能不高、后期防腐维护成本较高等特点，在我国市场占有率不高；钢筋混凝土结构具有坚固、耐久、防火性能好等优点，是我国建筑工业化发展的主要方向，特别是主体抗震结构现场现浇、楼板和其他辅助构件工厂预制的钢筋混凝土结构，因其抗震性能好、耗能机制完善、与当前建筑市场能紧密衔接等特点，应为建筑工业化应用推广的重点。我国处于环太平洋地震带和亚欧地震带，是世界上地震灾害最严重的国家之一，地震强度大、范围广、频率高、损失重，新中国成立以来，地震造成的死亡人数远高于其他各类自然灾害造成死亡人数的总和。根据我国的实际情况，为减轻建筑物震害，建筑结构设计应满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标[2]。确保结构设计满足抗震设防目标是钢筋混凝土建筑工业化推广应用的前提。本文主要介绍了现场现浇的主体抗震结构和预制楼板的抗震设计方法以及其他抗震措施。

1 现场现浇主体结构的抗震设计

传统意义上钢筋混凝土结构建筑工业化的施工方式主要采用预制装配式，即所有构件在工厂先制作好，然后运输至施工现场进行安装，这种方式虽然节省了模板、改善了施工条件、加快了施工进度，但结构的整体性不强，结构刚度偏弱，抗震性能较差。为确保抗震效果，主体结构(包括梁、柱和剪力墙)应采用现场浇筑的方式施工，通过采用工具式脚手架、整体式模板、预制钢筋骨架等方式深化施工技术的建筑工业化，而楼板和其他辅助构件工厂预制，现场安装，在深化建筑工业化进程的同时确保建筑物的抗震性能。现场浇筑的主体抗震结构其设计可分为以下两个阶段[3]，第一阶段：计算“小震”时结构在弹性状态下的地震作用，并与重力、风等荷载组合，进行构件截面设计，从而满足“小震不坏”的要求，应注意在设计时不应考虑刚性楼板假定，不考虑楼板对梁刚度的放大作用，简支在梁上的预制楼板，仅考虑传递竖向荷载作用。同时控制“小震”时层间位移角并采取相应的抗震构造措施，保证结构具有足够的延性、变形能力和塑性耗能机制，达到“中震可修”的目标；第二阶段：控制“大震”时结构的弹塑性层间位移角并采取相应的抗震构造措施，确保“大震不倒”。“大震不倒”是保证人员生命安全的红线，全结构现场浇筑的钢筋混凝土结构因现浇楼板的存在，无法切实做到“强柱弱梁、强剪弱弯”，过多的调整系数增加了结构抗震设计的不安定因素。主体抗震结构现场浇筑、楼板及其他辅助构件工厂预制的钢筋混凝土结构实际受力状态更符合结构计算软件的假定，结构计算准确可靠，并且工厂预制的结构楼板与主体结构柔性连接，在“大震”时能有效消耗地震能量，减少建筑物震害。

2 预制楼板的抗震设计

预制楼板不考虑参与地震时水平力的传递，仅按承受竖向荷载(含竖向地震)设计，只要满足正常使用极限状态和承载能力极限状态就能达到“小震不坏”的要求。预制楼板的抗震设计重点在于加强预制楼板与支撑梁的节点连接，典型的预制楼板与主体结构的连接节点如图1所示：预制楼板搁置在现浇梁侧的牛腿上，并通过预埋在梁顶的螺栓与梁实现柔性螺杆连接，其中搁置长度l需满足式(1)的要求。

l≤[ue]

(1)

其中，[ue]为“中震”时，相邻主体结构间的最大相对位移。预制板的搁置长度根据抗震设计设防目标应满足“中震可修”的要求，如搁置长度不足，导致“中震”时预制板脱落，虽然由于柔性螺栓的存在不致于倒塌，但预制板脱落的维修需要小型吊装机械和施工场地，实施起来相对困难，不符合“中震可修”的目标；如按“大震不倒”设计搁置长度，搁置长度会较长，影响建筑使用。

柔性螺栓连接需按“大震不倒”的要求设计，“大震”时允许预制楼板因滑出搁置牛腿而发生脱落，柔性螺栓和螺杆拉住预制板而不发生倒塌，以实现“大震不倒”的目标。单根螺栓所受拉力可由式(2)计算。

Nt=Geb/n

(2)

其中，Geb为单块预制板的重力荷载代表值；n为单块预制板所使用的连接螺栓个数。柔性螺栓按“大震不倒”的要求设置，“小震中震”时不参与结构受力，螺杆需要有足够的富余长度，使其在“小震中震”时自由变形，富余部分螺杆可弯折埋入板端缝中，并用建筑密封胶保护；预制板底部的螺帽需防水、防腐，并应采取防脱落措施；为方便施工，柔性螺杆应在现浇梁的梁顶预埋，在预制板的板底固定；柔性螺杆应使用屈服台阶长、屈强比低、总伸长率大的材料制作，并在可能受混凝土剪切处采取刚性套筒保护，以防止在预制板脱落过程中被混凝土尖角剪断。

3 其他抗震措施

3.1 加强相邻预制板之间的连接及密封措施

相邻预制板间的连接能协调预制板间的差异变形，增强预制板的整体性，降低单块板搁置端破坏后预制板发生倒塌的风险。相邻预制板间通常采用螺栓连接，施工简单方便，质量稳定可靠。预制板与主体结构间以及相邻预制板间还需采用高效、稳定、变形能力强的建筑胶密封，以满足建筑物隔音、防水和私密性的要求，密封效果的好坏对住宅工业化建筑尤为重要。

3.2 采用预制空心楼板或预制带肋楼板

采用预制空心楼板或预制带肋楼板可有效减轻结构自重，减轻建筑物震害的同时又可增强预制板刚度、减少变形、降低造价，通过采用高强钢筋或施加预应力等措施可进一步节省结构钢筋用量，使建筑物达到节能、节材、环保的要求。

3.3 在预制构件和主体抗震构件之间安装耗能元件

在预制构件和主体抗震构件之间安装耗能元件如阻尼器、减震垫等，能有效利用预制构件在“中震大震”时变形能力强的特性进行建筑物耗能，减少主体抗震结构所吸收的地震能量，降低建筑物震害。

4 结语

建筑工业化是我国建筑业发展的必然趋势，是实现绿色建筑的必由之路[5]，本文提出了主体抗震结构现场现浇、楼板和其他辅助构件工厂预制是钢筋混凝土结构建筑工业化的主要方向，讨论了主体抗震结构和预制楼板的结构抗震设计要点和注意事项以实现我国的抗震设防目标，并提出通过加强相邻预制板间连接及密封措施、采用预制空心楼板或预制带肋楼板和在预制构件和主体抗震构件之间安装耗能元件等抗震措施以降低建筑物的震害。

[1] 张晓平.建筑工业化设计要点探讨[J].科技探索,2011(2):268-269.

[2] GB 50011-2010,建筑抗震设计规范[S].

[3] 国家标准建筑抗震设计规范管理组.建筑抗震设计规范统一培训教材[M].北京:地震出版社,2010.

[4] 侯艳斌.谈钢筋混凝土结构基于性能的抗震设计理论[J].山西建筑，2013，39(20)：31-32.

[5] 曾令荣,吴雪樵,张彦林.建筑工业化——我国绿色建筑发展的主要途径与必然选择[J].居业,2012(3):94-96.

The construction industrialization and seismic design of reinforced concrete structure

LI Ben-yue FAN Qi-guang XU Cheng

(TheArchitecturalDesign&ResearchInstituteCo.,LtdofZhejiangUniversity,Hangzhou310028,China)

According to the current situation of construction industrialization, discusses the seismic design methods and some seismic measures of this structure. The main development direction is the application of the reinforced concrete structure, in which, the chief anti-seismic structure casting-in-scene, floor slab and other auxiliary components fabricated in factory should be emphasized and preferred.

reinforced concrete structure, construction industrialization， anti-seismic structure， anti-seismic measures

1009-6825(2014)11-0064-02

2014-01-25

李本悦(1979- )，男，工程师； 樊启广(1977- )，男，工程师； 徐 成(1976- )，男，工程师

TU375

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