某设计使用年限100年建筑结构设计（一）

　　湖北建筑工程培训学校，某大型博物馆工程,建筑面积约15400m2,平面尺寸为109m×58m,结构总高度23.4m。主体为三层框架结构,局部两层通高。大跨楼、屋盖采用钢筋混凝土单向梁、井字梁体系。单向梁的跨度分为16.8m和20.4m两种,主梁截面分别为400mm×1200mm和400mm×1400mm,梁中距2.8m。井字梁跨度为24.3m×24.3m和16.8m×25.2m,井字梁截面为450mm×1350mm和300mm×1000mm,梁中距为2.7m和3m。基础为柱下独立基础,地基基础设计等级甲级。建筑结构设计使用年限为100年,安全等级一级,结构重要性系数γ0取1.1。本地区设计地震基本烈度为6度,设计地震分组为第一组,场地类别为Ⅱ类。本工程抗震设防类别为重点设防类(乙类),地震作用按6度计算,抗震措施按7度设防[1、2]。(参考《建筑中文网》)

　　1 设计使用年限100年设计

　　1.1 地震动参数

　　按照三水准设防思想,即多遇地震、基本烈度地震和罕遇地震,湖北建筑工程培训学校，在设计使用年限为50年时,对应的重现期分别为50年,475年和1975年。以设计地震基本烈度I为基础,取平均意义上的烈度相关关系,即多遇地震为I-1.55度,罕遇地震为I+1.0度。对于不同的基本地震烈度区,重现期为X的设防烈度可表示为[4]:

　　I=a(logX)2+blogX+c。设计使用年限T与重现期X的关系为:PT(I i)=1-e-λ(I i)T。其中,λ为地震的年平均发生率,与地震重现期互为倒数,即:X(I i)=1/λ(I i)。规范[3]定义的基本抗震设防烈度对应的超越概率为10%,由此可得设计使用年限为100年时,基本烈度地震对应的重现期为958年。由二次项差值法,6度区重现期958年的计算设防烈度为6.49度。基本地震加速度A=0.1×2(I-7)=0.07g,多遇地震下的水平地震影响系数最大值αmax=0.056。

　　1.2 荷载取值

　　本地区100年一遇的基本风压为0.50kN/m2,地面粗糙度类别为B类。本地区100年一遇的基本雪压为0.50kN/m2,雪压与屋面均布活荷载不同时考虑。建筑结构荷载规范采用的设计基准期为50年,其荷载统计参数都是按设计基准期为50年确定的。严格来讲,设计使用年限100年的建筑应另行确定在设计基准期100年内最大荷载的概率分布及相应的统计参数。现阶段,设计基准期100年的可变荷载概率模型尚未建立,主要通过重要性系数来提高结构的安全性,重要性系数增加0.1,可靠指标约增加0.5。本工程安全等级为一级,结构重要性系数取1.1。

　　1.3 耐久性要求

　　设计使用年限为100年的建筑必须保证在正常维护下具有足够的耐久性。在一类环境中,设计使用年限为100年的钢筋混凝土结构最低混凝土强度等级为C30,混凝土中的最大氯离子含量不得超过0.06%,混凝土中的最大含碱量不得超过3.0kg/m3,混凝土保护层厚度应按规定增加40%。相比设计使用年限为50年的一般结构,在一类环境中,板的保护层厚度由15mm增加到21mm,梁的保护层厚度由25mm增加到35mm,柱的保护层厚度由30mm增加到42mm。随着保护层厚度的增加,梁、柱截面有效高度随之减小;同时,梁、柱截面纵向钢筋单排最大根数随之减少;在计算和配筋时需考虑这两方面的影响。

　　在二类和三类环境中,设计使用年限为100年的钢筋混凝土结构,应采取专门有效措施。在设计中可采取如下措施:限制混凝土的水灰比;适当提高混凝土的强度等级;保证混凝土抗冻性能;提高混凝土抗渗透能力;使用环氧涂层钢筋;构造上注意避免积水;构件表面增加防护层使构件不直接承受环境作用等。本工程柱下独立基础和基础联系梁表面均涂抹一层防水水泥砂浆,并要求施工时限制混凝土的水灰比。从材料性能和构造措施上保证基础结构的耐久性。

　　1.4 抗震措施

　　本地区设计地震基本烈度为6度,抗震措施提高一度,按7度设防,框架抗震等级为三级。湖北建筑工程培训学校，局部大跨度单向梁、井字梁再提高一级,其框架抗震等级为二级。即大跨度框架梁和与之相连的框架柱,其抗震等级提高到二级。体现了局部加强,适当提高的设计思路[5、6]。梁柱节点处柱端弯矩增大系数取1·2,柱剪力增大系数取1.2,梁端剪力增大系数取1.2,并对框架节点核心区进行抗震受剪承载力验算。在构造上,要求梁、柱的钢筋接头均采用机械连接,梁下部钢筋接头在两端1/3跨度范围内,上部钢筋接头在跨中1/3跨度范围内,同一截面的接头数量不超过25%。

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