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摘要: 汶川大地震后,建筑抗震又引起了人们的重视,根据建设部落实国务院相关的要求,相应变更了灾区的设防烈度。以一框架—剪力墙结构为算例,研究抗震设防烈度的改变对土建造价的影响,分析了不同抗震设防烈度情况下土建造价的差异,为人们了解建筑抗震设防与造价之间的关系提供一个参考。
关键词:地震抗震设防烈度结构抗震等级土建造价
汶川大地震造成了巨大的损失,绝大部分是由建筑物垮塌造成的。根据国家地震局统计,此次地震中,受损严重的地区实际烈度都超过了当地的设防烈度,最高甚至达到了11度。建设部为落实国务院《汶川地震灾后恢复重建条例》的要求,灾后重建中提高了一些地区的设防烈度。在结构设计中,提高设防烈度需要通过提高建筑物的抗震等级实现,建筑物的造价也随之提高,造价增加的幅度是大家所关心的。建筑物的造价一般由三部分组成:土建造价:包括基础、墙柱、梁、楼板结构构件;设备造价:包括给排水、强弱电、电梯、空调暖通、智能化、安防等;装修造价:包括室内、外各种装修。提高建筑物的抗震等级对造价方面影响的主要是建筑的土建造价部分。下面,通过算例分析提高结构的抗震等级对土建造价的影响。
一相关的算例
建筑物抗震等级的确定与当地的抗震设防烈度、地震分组、设计基本加速度、建筑场地等外部因素有关,还与建筑物高度、建筑物抗震设防分类、结构类型等有关。建筑物抗震等级的提高,将加大结构构件的计算内力,提高配筋率和配箍率,对造价的影响是加大截面尺寸,即增加混凝土和钢筋用量,而对楼板厚度、配筋量几乎没有影响。以某10层普通综合办公楼为例,框架—剪力墙结构,主体高度39•9 m,首层3•6 m, 2~10层层高为3•3 m,上人平屋顶,围护墙选用190 mm厚加气混凝土墙。丙类建筑,Ⅱ类场地,地震分组为第一组,基本风压w0=0•5 kN/m2,地面粗糙度B类。分析该工程在不设防及抗震设防烈度分别为6度、7度和8度时的造价差异,在规范允许范围内,全部构件按最经济尺寸采用。在不同的抗震设防烈度情况下,钢筋用量、土建造价等的变化情况,会呈现出明显的不同。从计算中不难发现，在保持结构体系不变的情况下,抗震设防烈度从6度提高到7度需加大6根柱子的截面尺寸;从7度调整到8度截面尺寸变化的柱子数13根,同时,各个构件配筋量增加。相对于不设防情况下,土建造价增加率,抗震烈度为6度时约提高单方造价2%; 7度时,约提高单方造价6%;8度时,约提高单方造价11%,这相关的统计结果相同。钢筋用量增加率的变化从不设防到6度约提高12•46%、从6度到7度约提高10•96%、从7度到8度约提高8•65%,呈现出从不设防到8度抗震烈度依次增加,钢筋增加率渐小的规律。
二 经过对实例的研究,可以得到的结果:
1从6度到8度设防时,通过改变构件的截面尺寸和配筋率来提高结构的抗震能力,是个很有效的方法。
2当设防烈度超过8度时,依旧通过改变构件的截面尺寸和配筋率来提高结构的抗震能力已经不是最经济的方法,一方面加大竖向构件尺寸将降低有效使用面积,同时由于刚度的增加也加大了地震的作用力,此时应通过改变结构体系、增加抗震斜撑体系、增设隔震消震措施等提高结构抗震性能来达到抗震设防烈度的要求,这样提高的造价比单纯提高结构的截面尺寸和配筋量还少。根据各种结构类型的抗震性能从低到高,依次选择砖混结构、框架结构、框—剪结构、框—筒结构、筒中筒结构等,选择合适的結构体系是保证结构抗震能力的第一步,且直接影响建筑物的土建造价。
3 斜撑体系是抗震研究的新方向,其往往也有降低土建造价的作用。结构的竖向构件主要用于承担竖向力,而承受水平力时为受弯构件,需要较大的截面尺寸,不经济。采用斜撑体系可以改善这一缺点,斜撑为拉压构件,可以起到有效抵抗水平力作用,且可减少竖向构件的数量和尺寸,从而降低土建造价。
4 除了单纯以结构自身抵抗地震作用上下功夫外,还可以采用隔震、减震等措施,虽然增加了隔震、减震的设备费,由于作用于结构上的地震作用降低,使上部结构构件、配筋降低而使结构造价降低,仍可降低总的土建造价5%。
三 小结
随着改革开放的不断深入发展，我国的经济实力不断的提高，同时建筑标准也在不断提高,特别是人们用于室内外装修的费用日趋增加,少则百余元每平方米,多则可达几千元每平方米,甚至更高。此外,还有各种设备、仪器、管道等的投入,且装修数年需要更新,使建筑总造价增加,而单纯土建造价相对比例则减少。根据本文的结论可以知道,提高结构的安全度,建筑物土建造价增幅并不大,相对于整个建筑物的造价,只占很小比例,特别对于那些昂贵的地价和豪华装修的费用,所占比例就更小。而结构产生过大的变形或破坏,昂贵的装修和设备管线等也将付之东流,甚至引起失火、漏电等次生灾害,造成人身伤亡。由结构变形和破坏而引起装修和设备的破坏损失,远远大于土建造价的损失。根据日本统计结果资料显示,在地震发生时,通过自救或互救逃生的人数占了近70%,这部分人之所以能逃生,应该说是建筑结构在地震中存在足够延性的原因,而震后花费巨大成本的专业救护人员救出的人数只占2%,所以说,预防胜于事后补救,特别是生命财产。建筑抗震的好坏在于结构抗震性能的优劣,结构乃建筑之根本,应当确保其有足够的抗震能力,而提高土建成本,对结构抗震性能改善效果非常显著。本着政府提出的“以人为本”方针,本文作者认为,应该适当提高土建投入,确保结构经济上的安全性。在一些人的观念中,有的盲目追求建筑造型、昂贵的室内外装修,却忽略了增加结构抗震、建筑安全度的费用投入,这种“重外观、轻结构”的观念使我们在每次地震来临时,都遭受了惨痛的损失,其实,结构才是建筑物之根本,必须加强建筑物结构抗震才是最根本的。
参考文献:
[1]谈一评,等.广厦建筑结构通用分析与设计程序教程[M].北京:中国建筑工业出版社, 2008.
[2]周雍年,张晓志,谢礼立.工程抗震设防标准的效益分析[J].地震工程与工程振动, 2002(1).
[3]高小旺,李荷,等.工程抗震设防标准若干问题的探讨[J].土木工程学报, 1997, 12(6).
[4]王伟,等.建筑抗震设计数据资料[M].北京:中国建材工业出版社, 2007.
[5]许东.抗震设防烈度的变化对框架结构钢筋用量影响的定量分析[J].工程建设与设计, 2003(7).
[6]尚守平.结构抗震设计[M].北京:高等教育出版社, 2006.
[7]李树桢,李冀龙.房屋建筑的震害矩阵计算与设防投资比确定[J].自然灾害学报, 1998(4).
[8]Eurcode 8. Design of structures for earthquake resistance-Part1:General rules, seismic actions and rules for buildings[S]. 2004.
[9]耐震建筑研究会.巨大地震VS耐震施工.株式会社ィ一ストフ•レス, 2003.
[10] GB50223-2008建筑工程抗震设防分类标准[S].
关键词:地震抗震设防烈度结构抗震等级土建造价
汶川大地震造成了巨大的损失,绝大部分是由建筑物垮塌造成的。根据国家地震局统计,此次地震中,受损严重的地区实际烈度都超过了当地的设防烈度,最高甚至达到了11度。建设部为落实国务院《汶川地震灾后恢复重建条例》的要求,灾后重建中提高了一些地区的设防烈度。在结构设计中,提高设防烈度需要通过提高建筑物的抗震等级实现,建筑物的造价也随之提高,造价增加的幅度是大家所关心的。建筑物的造价一般由三部分组成:土建造价:包括基础、墙柱、梁、楼板结构构件;设备造价:包括给排水、强弱电、电梯、空调暖通、智能化、安防等;装修造价:包括室内、外各种装修。提高建筑物的抗震等级对造价方面影响的主要是建筑的土建造价部分。下面,通过算例分析提高结构的抗震等级对土建造价的影响。
一相关的算例
建筑物抗震等级的确定与当地的抗震设防烈度、地震分组、设计基本加速度、建筑场地等外部因素有关,还与建筑物高度、建筑物抗震设防分类、结构类型等有关。建筑物抗震等级的提高,将加大结构构件的计算内力,提高配筋率和配箍率,对造价的影响是加大截面尺寸,即增加混凝土和钢筋用量,而对楼板厚度、配筋量几乎没有影响。以某10层普通综合办公楼为例,框架—剪力墙结构,主体高度39•9 m,首层3•6 m, 2~10层层高为3•3 m,上人平屋顶,围护墙选用190 mm厚加气混凝土墙。丙类建筑,Ⅱ类场地,地震分组为第一组,基本风压w0=0•5 kN/m2,地面粗糙度B类。分析该工程在不设防及抗震设防烈度分别为6度、7度和8度时的造价差异,在规范允许范围内,全部构件按最经济尺寸采用。在不同的抗震设防烈度情况下,钢筋用量、土建造价等的变化情况,会呈现出明显的不同。从计算中不难发现，在保持结构体系不变的情况下,抗震设防烈度从6度提高到7度需加大6根柱子的截面尺寸;从7度调整到8度截面尺寸变化的柱子数13根,同时,各个构件配筋量增加。相对于不设防情况下,土建造价增加率,抗震烈度为6度时约提高单方造价2%; 7度时,约提高单方造价6%;8度时,约提高单方造价11%,这相关的统计结果相同。钢筋用量增加率的变化从不设防到6度约提高12•46%、从6度到7度约提高10•96%、从7度到8度约提高8•65%,呈现出从不设防到8度抗震烈度依次增加,钢筋增加率渐小的规律。
二 经过对实例的研究,可以得到的结果:
1从6度到8度设防时,通过改变构件的截面尺寸和配筋率来提高结构的抗震能力,是个很有效的方法。
2当设防烈度超过8度时,依旧通过改变构件的截面尺寸和配筋率来提高结构的抗震能力已经不是最经济的方法,一方面加大竖向构件尺寸将降低有效使用面积,同时由于刚度的增加也加大了地震的作用力,此时应通过改变结构体系、增加抗震斜撑体系、增设隔震消震措施等提高结构抗震性能来达到抗震设防烈度的要求,这样提高的造价比单纯提高结构的截面尺寸和配筋量还少。根据各种结构类型的抗震性能从低到高,依次选择砖混结构、框架结构、框—剪结构、框—筒结构、筒中筒结构等,选择合适的結构体系是保证结构抗震能力的第一步,且直接影响建筑物的土建造价。
3 斜撑体系是抗震研究的新方向,其往往也有降低土建造价的作用。结构的竖向构件主要用于承担竖向力,而承受水平力时为受弯构件,需要较大的截面尺寸,不经济。采用斜撑体系可以改善这一缺点,斜撑为拉压构件,可以起到有效抵抗水平力作用,且可减少竖向构件的数量和尺寸,从而降低土建造价。
4 除了单纯以结构自身抵抗地震作用上下功夫外,还可以采用隔震、减震等措施,虽然增加了隔震、减震的设备费,由于作用于结构上的地震作用降低,使上部结构构件、配筋降低而使结构造价降低,仍可降低总的土建造价5%。
三 小结
随着改革开放的不断深入发展，我国的经济实力不断的提高，同时建筑标准也在不断提高,特别是人们用于室内外装修的费用日趋增加,少则百余元每平方米,多则可达几千元每平方米,甚至更高。此外,还有各种设备、仪器、管道等的投入,且装修数年需要更新,使建筑总造价增加,而单纯土建造价相对比例则减少。根据本文的结论可以知道,提高结构的安全度,建筑物土建造价增幅并不大,相对于整个建筑物的造价,只占很小比例,特别对于那些昂贵的地价和豪华装修的费用,所占比例就更小。而结构产生过大的变形或破坏,昂贵的装修和设备管线等也将付之东流,甚至引起失火、漏电等次生灾害,造成人身伤亡。由结构变形和破坏而引起装修和设备的破坏损失,远远大于土建造价的损失。根据日本统计结果资料显示,在地震发生时,通过自救或互救逃生的人数占了近70%,这部分人之所以能逃生,应该说是建筑结构在地震中存在足够延性的原因,而震后花费巨大成本的专业救护人员救出的人数只占2%,所以说,预防胜于事后补救,特别是生命财产。建筑抗震的好坏在于结构抗震性能的优劣,结构乃建筑之根本,应当确保其有足够的抗震能力,而提高土建成本,对结构抗震性能改善效果非常显著。本着政府提出的“以人为本”方针,本文作者认为,应该适当提高土建投入,确保结构经济上的安全性。在一些人的观念中,有的盲目追求建筑造型、昂贵的室内外装修,却忽略了增加结构抗震、建筑安全度的费用投入,这种“重外观、轻结构”的观念使我们在每次地震来临时,都遭受了惨痛的损失,其实,结构才是建筑物之根本,必须加强建筑物结构抗震才是最根本的。
参考文献:
[1]谈一评,等.广厦建筑结构通用分析与设计程序教程[M].北京:中国建筑工业出版社, 2008.
[2]周雍年,张晓志,谢礼立.工程抗震设防标准的效益分析[J].地震工程与工程振动, 2002(1).
[3]高小旺,李荷,等.工程抗震设防标准若干问题的探讨[J].土木工程学报, 1997, 12(6).
[4]王伟,等.建筑抗震设计数据资料[M].北京:中国建材工业出版社, 2007.
[5]许东.抗震设防烈度的变化对框架结构钢筋用量影响的定量分析[J].工程建设与设计, 2003(7).
[6]尚守平.结构抗震设计[M].北京:高等教育出版社, 2006.
[7]李树桢,李冀龙.房屋建筑的震害矩阵计算与设防投资比确定[J].自然灾害学报, 1998(4).
[8]Eurcode 8. Design of structures for earthquake resistance-Part1:General rules, seismic actions and rules for buildings[S]. 2004.
[9]耐震建筑研究会.巨大地震VS耐震施工.株式会社ィ一ストフ•レス, 2003.
[10] GB50223-2008建筑工程抗震设防分类标准[S].