成 曉 萍

(山西省建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030013)

·結(jié)構(gòu)·抗震·

中國知網(wǎng)數(shù)字出版與數(shù)字圖書館項目結(jié)構(gòu)設(shè)計

成 曉 萍

(山西省建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030013)

介紹了中國知網(wǎng)數(shù)字出版與數(shù)字圖書館項目的工程概況，從地基處理、上部結(jié)構(gòu)、抗震等級三個角度入手，對該項目的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法進行了分析計算，總結(jié)出了一些設(shè)計思路，以供參考。

建筑物，地基，結(jié)構(gòu)，周期，參數(shù)

1 工程概況

中國知網(wǎng)數(shù)字出版與數(shù)字圖書館，位于山西省太原市高新技術(shù)開發(fā)區(qū)。東側(cè)為唐槐西路，西側(cè)為大運東路，南至2012-21(山西虹安科技股份有限公司)地塊，北至龍城大街。建設(shè)用地面積約2 hm2。

建筑物東西向長約119.6 m，南北向?qū)捈s94.10 m，總建筑高度為34.8 m。本建筑物地下為2層(局部3層)，地上8層。地下層高分別為：2層3.9 m，地下1層6.6 m(局部夾層處為3.3 m)，主要功能為汽車庫、變配電機房、柴油發(fā)電機房、設(shè)備機房、人防設(shè)施；地上層高：1層為4.8 m，其他各層均為4.2 m，主要功能為辦公、行政用房、數(shù)字出版及生產(chǎn)基地、云計算中心、新產(chǎn)品研制中心、食堂等等?？偨ㄖ娣e86 074.6 m2，其中地上建筑面積60 682.6 m2，地下建筑面積25 392.0 m2。地上分為A，B座塔樓和C座板樓。各樓座A，B間，B，C間及A，C之間的連廊連接體采用鋼結(jié)構(gòu)連接。

本工程抗震設(shè)防烈度為8度(0.2g)，設(shè)計地震分組第一組，場地類別為Ⅲ類，基本風(fēng)壓0.40 kN/m2,基本雪壓0.35 kN/m2,場地標(biāo)準(zhǔn)凍深0.80 m，設(shè)計使用年限50年。結(jié)構(gòu)形式：框架—剪力墻結(jié)構(gòu)?？拐鸬燃墸杭袅橐患?，框架二級。

本建筑物體型具有一定的特點，其地下結(jié)構(gòu)連為一個整體，地上是一個局部下部架空上部連通的整體式建筑，東側(cè)和西側(cè)在3層及3層以上將建筑物北側(cè)和南側(cè)連接起來，北側(cè)在6層及6層以上將建筑物東側(cè)和西側(cè)連為一體，這樣整個建筑形成了在地上部分為下部分開，上部連接的形式(見圖1)。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 地基與基礎(chǔ)

根據(jù)甲方提供地質(zhì)資料，本工程辦公樓A座、B座、C座及通道1，2，3擬采用CFG樁復(fù)合地基，基礎(chǔ)底標(biāo)高為-12.10 m；地基處理范圍：CFG樁的平面布置均在各樓座及通道內(nèi)；經(jīng)地基處理后基底承載力特征值(fspk)應(yīng)大于350 kPa；而地下車庫部分采用天然地基方案，基底持力層為③粉土層或③1層粉細砂。地基承載力特征值為fak=120 kPa。

經(jīng)計算，CFG樁樁徑取400，樁頂標(biāo)高為-12.570 m，有效樁長18 m，樁端持力層為⑧層粉細砂層，樁端進入持力層深度不小于1.0 m。單樁承載力特征值大于600 kN，施工樁頂標(biāo)高宜高出設(shè)計樁頂標(biāo)高不少于0.5 m。CFG樁混凝土強度等級為C20。

基礎(chǔ)設(shè)計時，經(jīng)過反復(fù)核算，我們在辦公樓A座、B座核心筒部分采用筏板基礎(chǔ)，其余部分為十字交叉柱下條形基礎(chǔ)。筏基部分的基底反力約245 kPa，條基的基底反力約232 kPa，兩者反力基本接近。基底標(biāo)高約為-12.10 m，條基寬度為3.0 m。

辦公樓C座也采用柱下條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)寬度為3.0 m，基底標(biāo)高同A，B座，局部達到-14.0 m。同樣基底反力為230 kPa左右。

通道1，2，3部分為筏板基礎(chǔ)，此處由于上部鋼結(jié)構(gòu)跨度大，柱下荷載相對較大，采用筏基后，基底反力均達346 kPa左右，滿足設(shè)計要求。

采用分層總和法沉降計算，辦公樓A座、B座、C座條形基礎(chǔ)及筏基的沉降量計算均小于50 m。相鄰柱沉降差異及沉降總量計算均滿足設(shè)計要求。

地下車庫部分采用天然地基，基礎(chǔ)寬度3.0 m，基底標(biāo)高為-11.800 m。

在所有條形基礎(chǔ)與筏板之間及條形基礎(chǔ)之間設(shè)置鋼筋混凝土防水板，防水板厚350。設(shè)計時地下水位的浮力按5 m的水位進行設(shè)計，其中防水板抗浮計算中已考慮枯水期的水位變幅1 m。防水板經(jīng)計算構(gòu)造配筋已滿足設(shè)計要求。

2.2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計

1)結(jié)構(gòu)分段。整個建筑我們采用上分而下不分的原則，在辦公樓A座、B座、C座及通道1，2，3在±0.000地面以下連為一體，在±0.000地面以上各相鄰單體之間設(shè)置防震縫，使得將整個看似復(fù)雜的連體高層建筑的計算將劃分為在±0.000嵌固的6個獨立的計算單元進行計算，避免了因樓座之間高位連接所形成的超限問題。我們對整個結(jié)構(gòu)進行了包絡(luò)設(shè)計，即采用整體多塔分析與各單體的獨立計算。

施工期間，在樓座與地下車庫之間設(shè)置用于沉降的后澆帶，沉降后澆帶在結(jié)構(gòu)主體完成后澆筑。C座因為長度119.6 m，屬于超長結(jié)構(gòu)，我們在設(shè)計時考慮了一定的溫度應(yīng)力，在框架梁柱外側(cè)及屋面板面均設(shè)置一定數(shù)量的溫度筋，抵御溫度應(yīng)力，且C座辦公樓在長度1/3位置設(shè)置用于溫度后澆帶，溫度后澆帶在地下室結(jié)構(gòu)完成后60 d澆筑。

2)結(jié)構(gòu)體系。本工程辦公樓A座、B座及C座均采用鋼筋混凝土框架—抗震墻的結(jié)構(gòu)形式；通道1，2，3采用鋼骨混凝土柱、鋼骨混凝土剪力墻、鋼梁的框架—抗震墻結(jié)構(gòu)形式；其中西側(cè)通道2、東側(cè)通道3跨度為20.9 m，北側(cè)通道1為29.8 m～37.3 m。樓面、屋面采用鋼梁+鋼筋混凝土板的組合樓面體系。地下室采用鋼筋混凝土框架的結(jié)構(gòu)形式。

3)建筑物抗震等級。上部：辦公樓A，B，C座，抗震墻抗震等級為一級，框架等級為二級；通道1，2，3抗震墻抗震等級為一級，框架等級為二級(按鋼結(jié)構(gòu)考慮)。

地下部分：辦公樓A，B，C座及通道1，2，3地下一層抗震墻抗震等級為一級，框架等級為二級；地下2層(含夾層)抗震墻抗震等級為二級，框架等級為三級。

地下車庫抗震等級為三級。與主樓連接的相關(guān)范圍內(nèi)其抗震等級同主樓的相應(yīng)部位的抗震等級。

對于地庫與主樓連接處的錯層部位，我們采取了提高一級抗震等級的構(gòu)造措施進行包絡(luò)設(shè)計，滿足了規(guī)范要求。

3 結(jié)構(gòu)分析及結(jié)果

1)本工程設(shè)計計算所采用的計算程序。采用《多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計軟件—SATWE》(2012年6月)進行結(jié)構(gòu)整體分析。

2)主要計算結(jié)構(gòu)如下。辦公樓A，B座計算結(jié)果見表1，表2。

表1 結(jié)構(gòu)自振周期(一)

表2 主要控制參數(shù)(一)

辦公樓C座計算結(jié)果見表3，表4。

表3 結(jié)構(gòu)自振周期(二)

表4 主要控制參數(shù)(二)

北側(cè)通道1計算結(jié)果見表5，表6。

東西側(cè)通道2，3計算結(jié)果見表7，表8。

表5 結(jié)構(gòu)自振周期(三)

表6 主要控制參數(shù)(三)

表7 結(jié)構(gòu)自振周期(四)

表8 主要控制參數(shù)(四)

4 設(shè)計總結(jié)

1)C座辦公樓，長度為119 m，寬度35.7 m，為超長結(jié)構(gòu)設(shè)計，溫度應(yīng)力不可忽視。溫差應(yīng)力包括板面溫差張拉應(yīng)力，梁板的軸向冷縮應(yīng)力，不同構(gòu)件比下梁和板在各自存在著不同溫度、形成不同漲縮效應(yīng)時接觸界面上產(chǎn)生的剪切應(yīng)力，強柱弱梁情況下柱水平推力與柱身作用彎矩的疊加。本工程通過采取外墻保溫、在外側(cè)框架梁的縱向通過增設(shè)一定數(shù)量的縱向腰筋，在每層柱外側(cè)及角柱來考慮溫度應(yīng)力。同時在屋面板設(shè)計時，也考慮了屋頂板的板面溫差應(yīng)力。溫度應(yīng)力按室內(nèi)外最大溫差來考慮，這個溫差變幅我們按照當(dāng)?shù)貙嶋H情況，取值不低于30 ℃。同時我們采取措施，比如在適當(dāng)部位設(shè)置用于溫度應(yīng)力和混凝土收縮的后澆帶來綜合考慮超長結(jié)構(gòu)所帶來的溫度和混凝土收縮應(yīng)力。

2)基礎(chǔ)部分：采用CFG+柱下條形基礎(chǔ)+防水板。對于條基及局部筏基的沉降計算，沉降量均控制在50 mm以內(nèi)。沉降差和沉降總量均滿足設(shè)計要求?；A(chǔ)實現(xiàn)了基礎(chǔ)形式的經(jīng)濟性、合理性的統(tǒng)一，為甲方在基礎(chǔ)節(jié)約總造價15%左右。

3)由于本工程功能較為復(fù)雜，層高及凈高在建筑功能等方面的要求較為嚴格，我們在結(jié)構(gòu)梁的選擇上經(jīng)過反復(fù)比較，采用了寬梁設(shè)計，使得各專業(yè)功能在層高凈高上得到最優(yōu)化，同時也將結(jié)構(gòu)在剛度方面及受力方面更趨于合理化和經(jīng)濟化。

4)大跨度的鋼結(jié)構(gòu)連廊高位連接，原準(zhǔn)備鋼桁架轉(zhuǎn)換，通過優(yōu)化設(shè)計，我們采用密肋的焊接鋼梁與鋼骨混凝土柱，鋼骨混凝土剪力墻，形成框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，避免了在高層單方向形成單跨框架。且經(jīng)過計算，及采取通道層層連接，使得通道1在高位轉(zhuǎn)換時，上下層剛度比接近1，在雙方向剛度基本接近。同時也實現(xiàn)建筑功能的最優(yōu)化，結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)及各項技術(shù)指標(biāo)實現(xiàn)了經(jīng)濟化、合理化的要求，得到了甲方的認可和好評。

5)后澆帶的應(yīng)用。在設(shè)計中，我們綜合考慮各種因素，在不同部位留設(shè)不同的后澆帶。后澆帶分為沉降后澆帶和溫度后澆帶。同時設(shè)計中我們特別強調(diào)其注意事項：

a.沉降后澆帶設(shè)在裙房一側(cè)，距主樓邊柱第二跨內(nèi)。從基礎(chǔ)一直到裙房頂，用它來減小地基差異沉降對結(jié)構(gòu)的影響。封閉時間：如果沉降曲線平緩，可在高層封頂一個月后封閉；如果沉降曲線不平緩，應(yīng)延長封頂時間。封閉混凝土采用比原構(gòu)件混凝土強度提高一級的微膨脹混凝土。施工要求：兩邊梁板必須支撐好，直到后澆帶封閉好后再拆除，做好基礎(chǔ)底板的防水，后澆帶封閉前應(yīng)覆蓋，勿使垃圾掉入難于清理。

b.溫度后澆帶設(shè)置距離40 m左右。封閉時間：混凝土澆筑后不宜少于2個月，封閉混凝土及施工要求同1)。為了減少混凝土收縮變形，在設(shè)計上，我們對梁板盡量選用較低強度等級；對于墻、柱不是必需也不應(yīng)采用過高的強度等級。在施工技術(shù)上，我們也強調(diào)采取相應(yīng)的有效措施，比如：減少水泥用量、慎用添加劑、減小水化熱、適量使用緩凝劑等等。

Structural design of CNKI digital publishing and digital library project

Cheng Xiaoping

(ShanxiAcademyofBuildingDesign,Taiyuan030013,China)

The paper introduces CNKI digital publishing and digital library project engineering conditions, analyzes and calculates its structural design methods from three aspects of foundation treatment, upper structure and seismic grade, and summarizes some design concepts, with a view to provide some guidance.

architecture, foundation, structure, cycle, parameter

2015-01-04

成曉萍(1967- )，女，工程師

1009-6825(2015)08-0033-03

TU746.3

A