使用和耐久年限均为100年建筑的结构设计

　　摘要:　本文结合工程项目，对使用年限和耐久年限均为100年的建筑，采用既提高地震作用又提高抗震措施的方法,而且对结构耐久性和施工措施提出明确要求,以达到结构在设计使用和耐久年限内的可靠度。

　　关键词:设计使用年限　设计耐久年限 地震作用　设计基准期 耐久性设计

　　Abstract: combining with engineering project, the use fixed number of year and durable fixed number of year for all of 100 building, using both improving earthquake effect and the measures for the improvement of the seismic method, but also for durability and construction measures to give clear requirements, in order to achieve the structure design and durable in use within the fixed number of year of reliability.

　　Keywords: design use fixed number of year design durable fixed number of year seismic design of benchmark durability design

　　中图分类号：TB482.2 文献标识码：A 文章编号：

　　成都某遗址博物馆位于四川省成都市锦江区，建筑面积约6600平米，博物馆呈回字形，结构设置4道抗震缝，将平面划分为5个规则的结构单元，遗址文物在回字形中央(单层保护建筑，已由其他单位设计)。博物馆为2层框架结构，柱距为6米x 7米，框架梁为300X600和300x700，楼板采用现浇梁板，坡屋面采用密肋板，密肋板尺寸为150x400，间距为850。周边墙体采用保温砖+外包劈开砖。基础采用柱下独立基础，以稍密卵石作为持力层。根据《博物馆建筑设计规范》，该类6600平米规模的博物馆为中型博物馆，建筑的设计耐久年限为100年。据《建筑结构可靠度设计统一标准》，对于纪念性建筑和特别重要的建筑结构，结构设计的使用年限为100年。本工程按耐久性和使用年限均为100年进行结构设计，由于该项目具有较强的特殊性，现将耐久年限和使用年限均为100年的建筑结构设计的要点表述如下，供大家参考：

　　1、 几个关键术语的解释

　　1.1结构的耐久性：在设计确定的环境作用和维修、使用条件下，结构在设计使用年限内保持其适用性和安全性的能力。

　　1.2结构的使用年限：结构各种性能均能满足使用要求的年限。

　　根据以上条文解释，即使用年限为100年的建筑，建筑的耐久年限至少为100年。

　　1.3设计基准期：为确定可变作用及时间有关的材料性能等取值而选用的时间参数。

　　现国家的各设计规范和规程采用的设计基准期均为50年，即若设计使用年限为100年，各规范规定的可变荷载(作用)的标准值和变异系数、材料强度设计值设计表达式的各个分项系数、可靠指标需要互相配套，有待逐步研究解决，以上摘自《建筑工程抗震设防分类标准》2.0.2条条文说明。即设计年限100的建筑，以上各种数据、性能、指标无法参考，无法套用现有规范的数据，只能采取其他办法进行概念和量化设计。

　　1.4、100年设计使用年限的地震参数取值：

　　在现行的建筑抗震设计规范中, 是以“三个水准”来表达抗震设防目标的, 即“小震不坏, 中震可修, 大震不倒”。规范按50年的设计基准期内超越概率约为63.2 %的烈度取为第一水准烈度, 超越概率为10 %的烈度取为第二水准烈度(基本烈度) ,超越概率约为2 %～3 %的烈度取为第三水准烈度,相应的抗震设防烈度、地震动峰值加速度等都是在50 年情况下的概率保证。本工程属于重要建筑物，使用年限为100年,若仍按50年设计使用年限的地震参数进行进行抗震设防设计是不符合我国的抗震防灾政策。如何使不同使用年限建筑物的地震作用具有相同的概率保证,中国建筑科学研究院工程抗震研究所的毋剑平　白雪霜　孙建华三人在2003年6 月的《工程抗震》第2期中，发表了论文《不同设计使用年限下地震作用的确定方法》，此论文的结论：我们可以把设计使用年限为50 年、超越概率为0.632 的地震烈度求出的地震作用作为基数,将它乘一个大于1.00 的系数, 进而求得设计使用年限大于50 年的小震对应的地震作用，这样求出的地震作用应该具有相同的概率水准。

　　本项目按《抗震设计规范》(2008)设计，成都市的抗震设防烈度为7度(0.1g，三组)，根据《建筑工程抗震设防分类标准》6.0.6条，博物馆的抗震设防类别为重点设防类，即乙类设防，博物馆框架的抗震设计等级应定义为二级。据《建筑工程抗震设防分类标准》2.0.3条文说明，设计年限为100年的建筑，可按100年的地震动参数确定地震作用进行设计，通过提高结构的地震作用来提高抗震能力。根据以上结论，本工程按抗震设防烈度按7度(0.15g，三组)，抗震等级为二级进行设计，既提高地震作用又提高抗震措施，结构的抗震安全性有很大提高，安全性能得到保证。

　　1.5结构的安全等级：本项目属于重要的建筑，建筑结构的安全等级为一级，结构的重要性系数γ0不应小于1.1。地基基础设计等级为甲级。

　　2、通过以上的表述，我们对博物馆等重要的建筑的地震设防烈度，抗震等级、抗震构造措施、结构安全等级、基础等级、设计使用年限、耐久年限等如何取值有了较为清楚的理解。由于耐久年限为100的建筑有很多技术要求，下面我就本工程在结构上采取措施达到耐久性要求进行表述：

　　结构的耐久性设计包括以下内容：

　　1) 结构的使用年限、环境类别和其作用等级。

　　一般环境对配筋混凝土结构的环境作用等级划分定义另详《混凝土结构耐久性设计规范》表4.2.1。成都市区的环境作用为：基本风压为0.35KN/m2，地面粗糙度为B类，基本雪压为0.15KN/m2，冻土深度为0米，年平均湿度为82.1%，年平均气温为16.1度，周边无氯化物环境。由于成都环境类别为一般环境，腐蚀机理为保护层混凝土碳化引起的钢筋锈蚀。根据环境作用等级的定义，本工程基础、基础梁、地下室顶板、侧壁、顶板梁、基础顶～地面的短柱为Ⅰ–C类级，传统生产演示厅为Ⅰ–B类;其余单体地面以上结构构件(柱、梁、板、楼梯等)属于Ⅰ-A类。

　　2) 有利于减轻环境作用的结构形式、布置、构造。

　　本工程通过设置抗震缝把结构划分为规则的结构单元，有效避开了环境作用不利位置。

　　3) 混凝土结构材料、钢筋保护层厚度、裂缝控制应满足耐久性要求。

　　本工程对不同环境作用下混凝土等级、钢筋保护层厚度、混凝土材料以及裂缝做了相应控制

　　a) 钢筋保护层应满足钢筋防锈、耐火以及与混凝土之间粘结力传递的要求，其混凝土保护层厚度设计值不得小于钢筋的公称直径。

　　b) 当梁柱中纵向受力钢筋的保护层厚度大于40mm时，在靠近构件表面配置焊接双向钢筋网φ6@150，其保护层厚度为10mm。

　　c) 地下室侧壁、底板、顶板、顶板梁和侧壁相邻的柱采用抗渗混凝土，抗渗等级为P6。

　　本工程Ⅰ –A～Ⅰ –C类环境中，耐久性对结构混凝土材料的基本要求

　　6) 建筑应采取有效防水和排水的构造措施

　　本工程采取以下构造措施：

　　6.1、受雨淋或可能积水的露天混凝土顶面和大部分屋面采用坡屋面，屋面上覆石板，有效解决了雨水在屋面上的停留问题，并与建筑美观相协调统一。设计时考虑结构扰度对排水的影响。

　　6.2、受雨淋的室外悬挑构件侧边下沿，建筑专业做滴水槽、鹰嘴或采取其他防止雨水淌向构件底面的构造措施。

　　6.3、在混凝土结构构件与上覆的露天面层之间，设置可靠的防水层。

　　6.4、施工缝或伸缩缝等连接缝的设置避开局部环境作用不利的部位，并在伸缩缝位置选择建筑节点做法。

　　7) 环境作用下采取合理的防腐蚀或多重防护策略。

　　本工程对于暴露在混凝土结构外的吊环和紧固件、连接件等金属部位，均采用热浸锌处理。所有与砖墙、混凝土接触的木构件表面均涂沥青防腐。

　　结论：使用年限和耐久年限均为100年的建筑在结构设计时，很多设计参数的取值和构造措施与使用年限为50年的建筑有很大区别，本工程采用既提高地震作用又提高抗震措施的方法,使结构的抗震安全性有较大程度的提高。同时对结构耐久性和施工措施提出明确要求,以达到结构在设计使用年限内的可靠度。

　　参　考　文　献

　　毋剑平.白雪霜.孙建华.不同设计使用年限下地震作用的确定方法.工程抗震第二期.2003年6月