樊爽

陜西寶雞教育中心科教大樓及學(xué)術(shù)樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

樊爽

結(jié)合地下室為大底盤，上部為一高一低兩棟建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，介紹了其基礎(chǔ)選型，結(jié)構(gòu)布置及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算分析結(jié)果。本文以寶雞市教育中心科教大樓及學(xué)術(shù)樓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，著重分析該工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的難點(diǎn)，探究切實(shí)有效的解決辦法，希望對(duì)于提高類似房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平有所幫助。

一、工程概況

1.建筑功能介紹：本工程位于陜西省寶雞市高新開發(fā)區(qū)行政大道以南，高速路輔道以北，鐵塔路以東，寶雞污水處理廠以西，距寶雞行政中心僅800米左右。主要功能定位為“五中心、三基地”，即：教育管理及行政指揮中心、考試管理服務(wù)中心、教育科研及評(píng)估中心、教育信息及教學(xué)資源管理中心、學(xué)生資助管理中心、教育管理干部及教師培訓(xùn)基地、學(xué)歷教育及遠(yuǎn)程教育基地、面向社會(huì)的干部職工繼續(xù)教育基地。平面功能：地下一層大底盤、地上四層(學(xué)術(shù)樓)、十五層(科教大樓)；地下一層作為設(shè)備用房、停車場(chǎng)、輔助用房等，學(xué)術(shù)樓地上一至四層作為培訓(xùn)教學(xué)和食堂，其中一層含一個(gè)1200座多功能廳、一個(gè)200人學(xué)術(shù)報(bào)告廳及舞蹈、美術(shù)、音樂琴房和其它培訓(xùn)教室，二至四層為培訓(xùn)教室，其中東側(cè)三四層為食堂部分；科教大樓一至十五層作為寶雞教育中心的綜合辦公，其中一層為教育服務(wù)大廳，二、三層為圖書館，其它樓層為各個(gè)部門的辦公區(qū)。主空間采取近似方形柱網(wǎng)8.4米x7.8米，大多樓層層高則為柱網(wǎng)尺寸的一半4.2米，這樣空間利用高，荷載受力均勻，工藝好排布，很好地滿足了建筑各工種之間的要求。1200座多功能廳采用大跨空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

2.結(jié)構(gòu)各計(jì)算參數(shù)：建筑物基本風(fēng)壓取0.40KN/m2，地面粗糙度為：B類?？拐鹪O(shè)防烈度:7度；設(shè)計(jì)基本地震加速度值：0.15g； 設(shè)計(jì)地震分組：第二組。建筑場(chǎng)地類別：II類。

3.結(jié)構(gòu)選型：本工程分為科教大樓、學(xué)術(shù)樓和地下車庫三個(gè)單體進(jìn)行設(shè)計(jì)，地下為一個(gè)大底盤，地上兩個(gè)單體以伸縮縫為界劃分?？平檀髽菫榈叵乱粚樱厣?5層，采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，框架為二級(jí)、剪力墻為二級(jí)。學(xué)術(shù)樓為地下一層，地上四層（局部二、三層），采用框架結(jié)構(gòu)，框架抗震等級(jí)為二級(jí)。地下車庫為地下一層框架結(jié)構(gòu)。

4.抗震設(shè)防分類：學(xué)術(shù)樓因含有1200座多功能廳，定為重點(diǎn)設(shè)防類（乙類）建筑，其余為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類（丙類）建筑，建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為二級(jí)。

二、地基與基礎(chǔ)

本工程地貌單元屬渭河左岸高漫灘，場(chǎng)地地層自上而下依次為雜填土、粉土、細(xì)砂、粗砂、圓礫、卵石、礫砂、粉質(zhì)粘土。采用天然地基，地基持力層為第6層卵石層，該層承載力特征值達(dá)到350KPa，經(jīng)過驗(yàn)算承載力、下臥層及沉降量，均滿足規(guī)范要求。十五層科教大樓采用梁筏基礎(chǔ)，基底壓力達(dá)到300KPa；四層學(xué)術(shù)樓采用條形基礎(chǔ)，以300KPa承載力來計(jì)算，用基礎(chǔ)梁翼緣寬度來調(diào)節(jié)與主樓間的沉降差，經(jīng)過計(jì)算高層與多層的沉降差滿足要求。單純地下車庫采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，能夠準(zhǔn)確地傳導(dǎo)柱荷載?；A(chǔ)筏板與條形基礎(chǔ)、柱下獨(dú)立基礎(chǔ)間設(shè)置構(gòu)造防水板，防水板下部設(shè)100厚苯板以使上部荷載能直接傳遞到各個(gè)基礎(chǔ)。主樓與多層間設(shè)置沉降后澆帶來解決基礎(chǔ)的沉降。

三、上部結(jié)構(gòu)

本建筑地下為車庫、設(shè)備用房，地面以上為分科教大樓（15層）和學(xué)術(shù)樓（4層）兩個(gè)單體，地下連成一個(gè)大底盤。地下室頂板采用180mm厚現(xiàn)澆板以做為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端。

地面以上建筑功能較為復(fù)雜，科教大樓含有中空通高至頂?shù)拇髲d（回字型）、學(xué)術(shù)樓有一個(gè)1200人的多功能廳。為滿足上部使用功能的要求，科教大樓的剪力墻布置結(jié)合建筑立面均集中布置在兩側(cè)核心筒部位即回字的兩側(cè)，使中間通高的大廳兩側(cè)均為剪力墻核心筒，使建筑空間和使用功能有效地發(fā)揮，中空大廳部位將大廳周邊框架柱、梁、板的截面及配筋加強(qiáng)以增加整體結(jié)構(gòu)的抗震性能。學(xué)術(shù)樓為了滿足大空間使用要求，合理抽掉中間的框架柱，受力構(gòu)件布局合理并滿足建筑功能要求。同時(shí)采取加強(qiáng)周邊框架、樓板等措施加強(qiáng)整體的抗震性能。整個(gè)結(jié)構(gòu)計(jì)算受力明確，剪力墻與框架柱、梁設(shè)置合理，滿足規(guī)范要求。

本建筑立面科教大樓寓意為書簡(jiǎn)，學(xué)術(shù)樓寓意為書架，十分復(fù)雜，層疊錯(cuò)落。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中配合建筑立面在錯(cuò)落處采取懸挑或退梁等措施來滿足立面要求，并能合理地配合幕墻的施工。

柱、剪力墻、梁、板主要受力鋼筋均采用HRB400級(jí)鋼筋，混凝土強(qiáng)度等級(jí)也隨樓層的高度逐漸降低，使含鋼量和造價(jià)得到合理的控制和降低?，F(xiàn)澆混凝土采用預(yù)拌混凝土，建筑砂漿采用預(yù)拌砂漿等措施符合綠色建筑的要求。

四、計(jì)算分析

結(jié)構(gòu)計(jì)算采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPMCAD系列軟件中的高層建筑結(jié)構(gòu)三維分析與設(shè)計(jì)軟件SATWE進(jìn)行計(jì)算分析：

1.科教大樓計(jì)算結(jié)果如下：

地震作用最大的方向 = -0.840 (度)

Tt/T1=1.9096/2.3018=0.829＜0.9；最大層間位移：X向Max-Dx/h 的最大值= 1/991、Y向Max-Dy/h 的最大值= 1/815 。X向偶然偏心地震力作用下的樓層最大位移與層平均位移的比值：1.02＜1.2 滿足規(guī)范要求。Y向偶然偏心地震力作用下的樓層最大位移與層平均位移的比值：1.25＞1.2 ，滿足規(guī)范要求需計(jì)算雙向地震。水平力作用下結(jié)構(gòu)底層框架部分承受的地震傾覆力矩與結(jié)構(gòu)總傾覆力矩的比值大于10%、小于50%，按框架-剪力墻進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.學(xué)術(shù)樓計(jì)算結(jié)果如下：

地震作用最大的方向 = -78.010 (度)

最大層間位移：X向Max-Dx/h 的最大值= 1/743、Y向Max-Dy/h 的最大值= 1/625。結(jié)構(gòu)薄弱層彈性層間位移角小于1/50，滿足要求。

兩個(gè)單體各樓層的側(cè)向剛度均不小于相鄰上一樓層的70%，且不小于其上相鄰三個(gè)樓層平均值的80%，側(cè)向剛度規(guī)則。

通過各種結(jié)構(gòu)措施的采用，該工程結(jié)構(gòu)體系合理，安全可靠，且各部位均無超筋現(xiàn)象，滿足了規(guī)范的各項(xiàng)要求。

五、結(jié)構(gòu)用料

1.混凝土

科教大樓基礎(chǔ)及筏板：C35；學(xué)術(shù)樓及地下車庫基礎(chǔ)：C30。

科教大樓柱、剪力墻： C 5 0～C 3 0，梁、板C40～C30。

2.鋼筋

梁、柱、基礎(chǔ)梁板受力主筋采用HRB400級(jí)鋼筋，其它箍筋采用HPB300級(jí)鋼筋。

六、設(shè)計(jì)體會(huì)

1.高低層建筑相連時(shí)應(yīng)根據(jù)基底反力確定合理的基礎(chǔ)形式，使地基承載力得到足夠發(fā)揮的同時(shí)沉降差值也能很好的控制。

2.對(duì)于較高的框剪結(jié)構(gòu)盡量使水平力作用下結(jié)構(gòu)底層框架部分承受的地震傾覆力矩與結(jié)構(gòu)總傾覆力矩的比值處于10%～50%，按框剪結(jié)構(gòu)來計(jì)算。

3.當(dāng)結(jié)構(gòu)存在開大洞情況，應(yīng)在計(jì)算時(shí)將周邊樓板設(shè)為彈性板來復(fù)核計(jì)算結(jié)果。

4.采用高強(qiáng)度的混凝土和鋼筋以縮小構(gòu)件截面，并降低造價(jià)。

七、結(jié)語

結(jié)構(gòu)做為房屋建筑工程的核心，其穩(wěn)定性、安全性及堅(jiān)固性的高低直接決定房屋建筑能否長(zhǎng)期有效使用。寶雞市教育中心工程獲得了陜西省第十八次優(yōu)秀工程設(shè)計(jì)三等獎(jiǎng)、2016年度全國(guó)紡織行業(yè)部級(jí)優(yōu)秀工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目二等獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)，本文對(duì)該工程由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面進(jìn)行介紹和分析，讓大家能更好的了解類似工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

陜西省現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)研究院）