抗震设防烈度对剪力墙结构土建成本的影响探讨

杨文湘

湖南省第六工程有限公司

摘要：作为多震灾国家，我国的地震具备分布广、强度大、频率高特点，平均10年左右便会发生1次8级以上地震，为减轻地震灾害，房屋建筑和工程设施的抗震设防工作向来受到各界关注。通过分析抗震设防烈度，并结合某地高层钢筋混凝土剪力墙结构住宅，深入探讨了改变抗震设防烈度对剪力墙结构土建成本的影响，供同行参考。

关键词：抗震设防烈度;剪力墙结构;土建成本

建筑抗震设防烈度的提高会直接导致建筑土建成本提升，为了明确这种影响，地面及房屋等建筑物受地震破坏的程度被称为地震烈度，本文研究的抗震设防烈度则是指按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防的地震烈度，其主要基于抗震设防小区、建筑物的高度及类别确定，我国建筑工程的抗震设防烈度一般采用中国地震参数区划图的地震基本烈度[1]。

一、工程概况

为提升研究的实践价值，本文以某地S高层建筑工程作为研究对象，该工程为钢筋混凝土剪力墙结构住宅，地上30层，地下1层，实际抗震设防烈度为7度，设计地震分组、设计基本地震加速度、场地类别、特征周期分别为第1组、0.1g、III类、0.45s，基本风压、基本雪压、地面粗糙度、设计基准期、建筑结构安全等级分别为0.6kN/m2、0.4N/m2、C类、50a、二级，建筑抗震设计类别为标准设防类（丙类），主体结构总高为92.2m，图1为S高层建筑工程结构平面布置图。

图 1 S高层建筑工程结构平面布置图

二、改变抗震设防烈度对剪力墙结构土建成本的影响

（一）剪力墙结构墙、梁和板筋分析

结合工程实际及GB50011-2010 建筑抗震设计规范（2016年版），可确定工程剪力墙结构抗震墙的抗震等级、抗震构造措施等级均为1级。配合PKPM系列软件进行计算、调试、配筋，并应用PMCAD软件构建S高层建筑的工程模型，可最终明确剪力墙模型参数，其中自然层-1～3、标准差1～2的层高为3850mm，连梁为200×350mm，板厚分别为180mm与100mm，剪力墙厚分别为300mm、250mm、200mm，自然层4～30、标准层3～9的层高为2900mm、连梁为200×350mm，板厚分别为100mm、110mm、130mm，剪力墙厚分别为250mm、200mm[2]。

1、梁配筋分析

在抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g下，按梁的公式计算进行配筋。通过计算可确定1层支座处受拉钢筋配筋率处于1%左右，5处梁底下通筋配筋率分别为0.77%、0.85%、1.09%、1.6%、0.85%。一般情况下经济配筋率控制在1%左右，建筑的相应框梁配筋变化不大，因此可确定建筑梁的配筋率符合经济性指标。

2、墙配筋分析

剪力墙结构的墙-柱单元配筋需重点关注剪力墙中钢筋的连接与锚固，构造边缘构件、约束边缘构件的构造。同样以S高层建筑的一层剪力墙为例，可确定墙、暗柱的配筋率分别被控制在0.5%左右、1.2%左右，满足经济配筋率要求且符合相关规范要求。

3、板配筋分析

0.6%以下的楼板配筋较为经济，S高层建筑选用HRB400级钢筋作为楼板钢筋，按弹性算法计算双向板，按板的嵌固端考虑边缘板。结合计算可确定，1层楼板暗梁截面为500mm×130mm（板厚），并设置了C8@100的暗梁箍筋、8C10的暗梁纵筋。深入分析可发现，1层楼板的楼板配筋率处于0.25%～0.35%区间，该结果符合经济配筋率与最小配筋率要求，且与框架板配筋结果相同。

（二）主要建材用量与成本统计

结合市场调查，HBR400C16螺纹（25mm）、C30混凝土的单价分别取2150元/t、320元/m3，结合我国建筑业发展现状，采用1.3的材料取废系数。开展计算可确定，S高层建筑工程的总建筑面积为12403.97m2，混凝土总用量、钢筋总用量分别为9137.70m2、1396.59m2，土建造价为477.8元/m2。

（三）不同设防烈度受力构件尺寸调整

上文研究中S高层建筑工程的抗震设防烈度、设计基本地震加速度分别为7度与0.1g，为明确抗震设防烈度对剪力墙结构土建成本，研究分别采用6度（0.05g）、7度（0.15g）开展研究。基于变化调整PMCAD模型，各层剪力墙截面厚度会随之发生变化，具体变化如下：（1）6度（0.05g）。地下室为1层，-1层厚度为250mm，1层厚度为200mm，2～30层厚度为180mm、200mm。（2）7度（0.15g）。地下室为两层，-2～-1层厚度为300mm、250mm，1-2层厚度为250mm、200mm，3-30层为200mm。

采用桩基承台加地梁形式基础，从地梁上升起剪力墙，承台顶标高为-4.350m（相对于±0.000），地下一层层高、地上层高分别为4.350m、2.900m，结合规范要求可发现，调整后的模型仍能够保证地下1层刚度为地上1层刚度的1.5倍。此外，不同设防烈度下，S高层建筑的剪力墙结构梁截面也出现了一定变化，但考虑到变化较小及篇幅限制，本文不对其进行详细描述。

（四）不同设防烈度下受力结构配筋比较分析

S高层建筑工程的剪力墙结构梁材料消耗不高，且板厚和板的配筋在不同设防烈度下基本未发生变化，因此研究仅通过比较分析不同设防烈度下受力结构配筋变化，明确抗震设防烈度对剪力墙结构土建成本的影响。抗震墙属于剪力墙结构最主要的抗侧力构件，其受抗震设防烈度的影响较为显著，抗震墙截面厚度及配筋会受到抗震设防烈度下降的直接影响，边缘构件配筋也会同时受到较为深远影响。在抗震设防烈度为6度（0.05g）时，首层部分约束边缘构件配筋分别为6C14、22C14、22C14、22C14、26C16;7度（0.15g）时，分别为6C16、24C16、26C16、26C16、26C18。

（五）不同設防烈度下主要建材用量与成本统计比较

结合上述分析，围绕S高层建筑工程在不同抗震设防烈度下的建材用量及成本开展计算，可确定抗震设防烈度为6度（0.05g）时，混凝土总用量、钢筋总用量分别为7849.16m3、1180.88t，土建造价为407.2元/m2;7度（0.10g）时，混凝土总用量、钢筋总用量分别为8176.21m3、1206.66t，土建造价为420.1元/m2;7度（0.15g）时，混凝土总用量、钢筋总用量分别为8680.82m3、1256.93t，土建造价为441.8元/m2。

结合上述数据进行分析可以发现，随着抗震设防烈度的提升，S高层建筑的混凝土用量存在较为稳定的增幅，而钢筋用量则存在跳跃式的增加，并使得抗震设防烈度7度（0.15g）时，S高层建筑工程的成本出现一定增加。深入分析可以发现，之所以钢筋用量则存在跳跃式增加，主要是由于高层剪力墙结构的整体刚度越大，受到的地震力影响也约到，这就使得混凝土墙的厚度增加直接导致所受地震力随之增长，因此S高层建筑工程的模型调整需基于规范允许最小值附近调整结构整体刚度。开展进一步计算，可确定6度（0.05g）→7度（0.10g）时，每平米增加土建造价、增加比例分别为12.9元、3.17%;7度（0.10g）→7度（0.15g）时，分别为21.7元、5.16%，抗震设防烈度对剪力墙结构土建成本造成的深远影响可见一斑。

三、结语：

综上所述，剪力墙结构土建成本会直接受到抗震设防烈度的影响。在此基础上，本文涉及的主要建材用量与成本统计、不同设防烈度受力构件尺寸调整、不同设防烈度下主要建材用量与成本统计比较等内容，则直观展示了抗震设防烈度所带来的影响。为有效控制剪力墙结构土建成本，抗震设防烈度的合理选择必须得到重视。

参考文献：

[1]周颖，顾安琪.自复位剪力墙结构四水准抗震设防下基于位移抗震设计方法[J].建筑结构学报，2019，40（03）：118-126.

[2]韩军，李英民，熊海江.设防烈度7度（0.2g）区RC剪力墙结构抗震能力需求分析[J].建筑结构学报，2018，39（S1）：153-159.