高地震烈度区工业设计浅谈
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摘 要：本文结合工程实际,简要谈谈高地震烈度区工业设计的几点体会。
关键词：规范；高地震烈度；工业设计
概述
随着社会的发展，对人类建筑的安全性和舒适性提出了更高的要求。近几年，地震发生的频率较高，震害较大，对建筑结构的安全是一个很大的考验，例如2008年“5.12”汶川地震，2010年“4.14”玉树地震。根据建筑震害经验，规范也做了多次的修订。本文在依据规范设计的前提下，浅谈高地震烈度区工业设计中的一些体会。
二、工程简介
本文所举实例为云南源鑫炭素工程，是国内近期最大规模的炭素工程之一。工程地址位于云南省红河州建水县。云南是地震多发地，建水的地震烈度为8度，地震加速度为0.3g。地震分组为第一组。工程项目主要包含有单层厂房，多层辅助设施，高层厂房及贮仓、烟囱、水池等构筑物。
三、设计方案
首先，设计依据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2008）。其次，厂房结构型式的确定。和各专业协调沟通，在条件允许的情况下，尽量采用规则的平面及立面布置；单层厂房的支撑系统设置合理可靠。最后，注意设计中的一些抗震构造措施。例如：（1）主要生产车间的贴建房屋应采用与车间相协调一致的建筑结构，如结构形式不一样，应脱开设缝，并满足结构抗震缝的要求 。（2）砖维护与钢结构主厂房的连接构造，应满足变形协调统一。（3）钢柱脚的锚固形式，采用插入式柱脚。（4）柱间支撑部位必须设置水平压梁，等等。
四、设计中的细节问题
下面以本工程的重点子项之一“高楼部”为例，详细谈谈高地震烈度区工业设计中的细节问题。
1、结构选型
作为工业建筑，高楼部有其特殊性。首先相对于同等高度的民用建筑来说，恒载、活载大，且层高较高。其次高楼部平面布置合理，体型简单，近似正方形，但竖向刚度分布不均匀，有多处错层，引起竖向刚度突变，各层楼面存在较大洞口。
（1）框架剪力墙结构的适用性。高楼部的柱网布置受工艺流程限制，不允许布置整片的剪力墙。由于工艺平面布置限制，不能将电梯间设置在高楼部柱网内，只能在主体角部设置，这样势必引起较大的刚度偏心。为了减小此偏心，楼梯间（电梯间）无法采用钢筋混凝土结构，而采用框架结构这样使得整个结构刚度均匀过渡，不致引起应力突变，造成局部破坏。鉴于以上原因，本工程采用框架剪力墙结构，很难实现框架与剪力墙的协同工作，达到该结构形式应有的效果。
（2）框架结构的适用性。《建筑抗震设计规范》对房屋最大高度做出了限制，主要是根据地震烈度、场地类别、结构抗震性能、使用要求、经济效果及抗震措施的特点，由工程经验粗略判定提出来的。本工程高度48m超过了规范对8度（0.3g）设防时框架结构45m的高度限制。当房屋高度超过规范限值时，设计除应遵守规范规定外，尚应采取一些加强措施。框架结构由于其布置灵活、建筑空间和尺度容易实现、改造余地大，对实现工艺配置和流程十分有利。故本工程采用框架结构，并采用一定的加强措施。
2、本工程采用框架结构时的结构位移控制
高地震烈度地区框架结构的设计，其竖向荷载作用下的承载力要求十分容易满足，但由于其自身抗侧刚度较弱的特点，在水平力作用下的位移，较难控制。结构弹性层间位移的限值，是保证结构在多遇地震作用下，建筑主体结构不受损坏。在实际设计过程中，钢筋混凝土框架结构的柱、梁截面确定，在高烈度区远非竖向承载力的要求所控制，多是为了调整结构整体的刚度，以满足《建筑抗震设计规范》对结构弹性层间位移限值的要求。这种情况在抗震设防烈度8度(0．30g)及以上时，更为明显。本工程主要采取以下措施，控制框架的层间位移角。
（1）控制整体刚度。通过对柱、梁截面的调整，起到增大整体刚度以达到减小整体位移值，控制最大层问位移角的目的。其中对框架梁的截面调整也是重要手段之一，柱的刚度和梁柱的刚度比越大，框架抗侧刚度也就越大。此外建筑层高的控制在整体刚度的控制中也是重要因素之一。建筑平面上，本工程接近方形的平面，对位移控制较为有利，同时在抗震分析上，扭转效应可相应减小，最大位移与平均位移比值也容易控制。
（2）提高最大位移发生区域角部的局部刚度。由于最大弹性层问位移角限值是多遇地震作用标准值产生的楼层内最大的弹性位移与楼层层高的比值，因此控制好最大位移发生区域的刚度，进而直接控制最大层间位移角。为了满足工艺净高的要求和对结构经济性的控制，不可能也没有必要为控制位移将整体框柱和框梁的截面都做的很大。对角柱和与角柱相连的两向的边框梁增大截面，一般不会影响建筑的功能和使用，可直接减少角区的位移值。
（3）合理地设置结构分析程序中的设计参数。在规范允许的范围内选取用合理的参数，既真实、有效反映出结构的层间位移角，同时得到一个既安全、又经济的建筑结构设计。现今的结构分析都是依靠相应的分析软件得以实现，而分析软件为适应各类不同的工程，设计参数都有一定选取范围，有些参数的设置不合理，会直接造成分析结果的失真，甚至完全错误。因此现在的《建筑抗震设计规范》和《高层建筑混凝土结构技术规程》对结构分析以及结构分析软件中的参数设置都提出了具体要求。由于考虑到填充墙对建筑结构自振周期的影响，《高层建筑混凝土结构技术规程》第3．3．17条要求，在非承重墙体为填充砖墙情况下，应对高层建筑的计算自振周期进行折减，规范建议框架结构可取0．6―0．7，并表明对采用其他非承重墙体时，可根据工程情况确定该系数。由于本工程只有周边维护，维护墙提较少，该折减系数可取0．9，不宜折减太多，以免过多地增大结构地震作用。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第5．2．2条要求，考虑现浇楼面对框梁的翼缘作用，楼面梁刚度增大系数可根据翼缘情况取1．3～2．0。因此在软件中对中梁和边梁刚度的放大可按规范取值，本工程梁截面较大，现浇楼面对框梁的翼缘作用有限，取值1.5，以在计算中增大框架结构整体的抗侧刚度。此外，《高层建筑混凝土结构技术规程》第4．6．3条有楼层位移计算不考虑偶然偏心影响的注释，因此在进行结构弹性层间位移分析时，可不用考虑偶然偏心。
五、结束语
高地震烈度区工业设计的重点在于依据规范。大量的震害经验表明，严格按照规范进行设计、施工和使用的建筑，在遭遇比当地设防烈度高一度的地震作用下，可以达到在预估的罕遇地震下保障生命安全的抗震设防目标。另外应注重建筑抗震概念设计。根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑和结构总体布置并确定细部构造。
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