基于設(shè)計使用年限100年的設(shè)計方法探

李黨

討

摘 要：以某大型博物館工程作為探討案例，從地震動參數(shù)、荷載取值、耐久性要求等方面開展，對基于設(shè)計使用年限100年的設(shè)計方法進行了探討，為相關(guān)研究提供借鑒。

關(guān)鍵詞：設(shè)計；使用年限；地震

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.205

0 引言

設(shè)計使用年限在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中是很重要的一個概念，它和建筑結(jié)構(gòu)的壽命代表著不同的意義，在實際使用時應(yīng)確保理解和應(yīng)用不會出現(xiàn)錯誤。某大型博物館工程具有15400m2左右的建筑面積、23.4m的結(jié)構(gòu)總高度、109m×58m的平面尺寸。主體、局部分別為三層框架結(jié)構(gòu)和兩層通高框架結(jié)構(gòu)。屋蓋、樓面和鋼筋混凝土板分別屬于井字梁體系、單向板?；A(chǔ)為柱下獨立基礎(chǔ)，屬于甲級設(shè)計等級。結(jié)構(gòu)為100年的設(shè)計，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.1，屬于一級安全等級，地震基本烈度是6度。該工程屬于重點設(shè)防型的抗震設(shè)防類別，以6度計算地震作用，依照7度設(shè)防實施抗震構(gòu)造措施。

1 基于設(shè)計使用年限一百年的地震動參數(shù)和荷載取值

我國的建筑抗震設(shè)計以三水準(zhǔn)設(shè)防思想為指導(dǎo)，重現(xiàn)期分別為50、475、1641～2475年，對應(yīng)設(shè)計使用年限為50年?；谠O(shè)計地震基本烈度VI，選取烈度相關(guān)關(guān)系的平均數(shù)?；究拐鹪O(shè)防烈度，相應(yīng)的超越概率是10%，基本地震的設(shè)計使用限100年時，相應(yīng)的重現(xiàn)期是958年。通過二次項差值法計算得出設(shè)防烈度、地震影響系數(shù)最大值、基本地震加速度和荷載取值。該地區(qū)承受100年一次的基本雪壓為0.50kN/m2及基本風(fēng)壓為0.50KN/m2，屬于B類的地面粗糙度?？紤]屋面上雪壓和活荷載的不利布置，確定50年設(shè)計基準(zhǔn)期，以符合荷載統(tǒng)計參數(shù)要求。使用50年的設(shè)計基準(zhǔn)期，以滿足建筑結(jié)構(gòu)荷載要求。對使用年限100年的建筑設(shè)計，再次確定基準(zhǔn)期100年內(nèi)設(shè)計的最大荷載的概率分布與最大載荷對應(yīng)的統(tǒng)計參數(shù)。因為當(dāng)前沒有構(gòu)建起基準(zhǔn)期100年設(shè)計的可變荷載概率模型，為提升結(jié)構(gòu)安全性，采用了重要性系數(shù)參數(shù)，增加0.1的重要性系數(shù)，將增加0.5作用的可靠指標(biāo)。本工程屬于一級安全等級，在結(jié)構(gòu)中，選取1.1做為重要性系數(shù)。

2 基于設(shè)計使用年限一百年的耐久性要求和施工要求

對設(shè)計年限100年的建筑，常規(guī)維護時，應(yīng)確保其有一定的耐久性。既必須保證正常維護下具有足夠的耐久性。相同環(huán)境狀態(tài)下，使用年限100年的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)載設(shè)計，要求混凝土強度等級不得小于C30，堿成分在混凝土中含有量小于3.0kg/m3，氯離子在混凝土中含有量在0.06%以下，依照要求，將混凝土保護層厚度增加40%。和使用年限50年的普通結(jié)構(gòu)比起來，在相同環(huán)境狀態(tài)中，改變了原有板的保護層厚度0.015m，變成了0.021m，改變了原有柱的保護厚度0.03m，變成了0.042m，改變了原有梁的保護層厚度0.025m，變成了0.035m。

保護層厚度增加的同時，柱截面高度和梁截面高度開始變小；柱截面縱向鋼筋單排與梁截面縱向鋼筋單排的最大根數(shù)也開始減少；需要將這兩種因素考慮在計算、配筋內(nèi)。使用年限100年鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計在二、三類環(huán)境設(shè)計中，要采取相應(yīng)的對策。設(shè)計過程采取以下方式：將混凝土水灰比控制在一定范圍；將混凝土強度調(diào)整到合適的等級；保持混凝土良好的抗?jié)B透能力；使混凝土保持一定的抗凍性能；采用環(huán)氧涂層鋼筋；防止表面出現(xiàn)積水情況；對構(gòu)件表面的防護層進行增加，減少環(huán)境直接作用的影響。

該工程將一層防水水泥砂漿涂抹在基礎(chǔ)聯(lián)系梁表面與柱下獨立基礎(chǔ)表面，施工中控制混凝土的水灰配比。對材料性能和構(gòu)造方法，確保基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)具有一定的耐久性。

避免梁柱截面尺寸、結(jié)構(gòu)板厚與找坡的誤差，提高精確性。骨料選用粒徑不大的級配碎石，將其用在井字梁節(jié)點鋼筋密集處，振實澆注的混凝土。施工工作依照2.5%的跨度對大跨度井字梁、單向梁進行起拱。密封屋面后澆帶，搞好夏季施工的防曬工作，實施蓄水養(yǎng)護措施，搞好表面的保溫隔熱。在施工中，下層頂板具有較大的承載力極限，通常把下面幾層模板當(dāng)作臨時支撐。

該工程的大跨度井字屋蓋只有單層頂板。地面的第一層是回填土地面，對回填土進行壓實，使回填土地坪上的有足夠的強度進行支撐，要防止臨時基礎(chǔ)出現(xiàn)下沉。合理安排施工流程，構(gòu)建良好的模板支撐體系，對施工過程進行研究分析，制定出支模方案與和拆模方案。對大跨度鋼筋混凝土梁的施工，動態(tài)觀測外形變化，由中間向兩端的分階段拆模，拆模中觀察裂縫和撓度的大小與變化，搞好安全記錄工作。

3 基于設(shè)計使用年限一百年的抗震方法

6度作為本地區(qū)設(shè)計的地震基本烈度，對于抗震構(gòu)造措施采取的抗震方法是提升1度設(shè)防，依照7度進行，抗震等級為三級的框架抗震。將局部框架抗震等級，提升到二級，將局部大跨度井字梁、單向梁上升到一個級次。設(shè)計思路中的適當(dāng)提升在局部加強中得到了體現(xiàn)。梁端剪力增大系數(shù)和柱剪力增大系數(shù)各取1.2，采取抗震受剪承載力，檢驗、計算框架節(jié)點核心區(qū)。以機械連接的方式規(guī)定，構(gòu)造上的柱鋼筋接頭與梁鋼筋接頭分別在跨中1/3跨度范圍內(nèi)、兩端1/3跨度范圍內(nèi)，相同截面接頭數(shù)小于25%。

4 基于設(shè)計使用年限一百年的屋面梁、大跨度樓面的設(shè)置布置

工程展廳與藝術(shù)廳等均需要開闊的空間。屋蓋、大跨度樓面采用鋼筋混凝井字梁與單向梁受力體系。單向梁的跨度共有兩種：一種是16.8m，另一種是20.4m。梁中距2.8m，主梁截面共有兩種：一種是0.4m×1.20m，另一種是0.4m×1.4m，井字梁截面共有兩種：一種是0.45m×1.35m，另一種是0.3m×1m，井字梁跨度共有兩種：一種是是24.3m×24.3m，另一種是16.8m×25.2m，梁中距一般是2.7m，另一種是3m。

5 結(jié)束語

良好的設(shè)計能夠確保耐久性、使用性和安全等方面功能的要求，還要確保技術(shù)的先進性，和使用最少的成本。設(shè)計使用年限，即是在規(guī)定的設(shè)計期限內(nèi)，實施正常維護，無需大修，可以如期投入使用，凸顯預(yù)定功能。采用使用年限一百年的建筑工程，為了實現(xiàn)預(yù)定功能，體現(xiàn)較高的可靠度，應(yīng)確定相應(yīng)的多種可變荷載中的可靠性指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)值時，保持協(xié)調(diào)，不斷研究系統(tǒng)中存在的問題，用以提升地震作用和抗震措施的手段，確保結(jié)構(gòu)抗震具有較高的安全性。

參考文獻：

[1]丁子文，余祖國.某設(shè)計使用年限100年建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].甘肅科技，2010（04）：142-144.