張　材，童來富，張慶山

(浙江工業(yè)大學(xué)工程設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310014)

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某高校實(shí)驗(yàn)樓的結(jié)構(gòu)方案選型

張材，童來富，張慶山

(浙江工業(yè)大學(xué)工程設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310014)

結(jié)合某高校實(shí)驗(yàn)樓具體工程實(shí)例，從建筑功能、結(jié)構(gòu)體系、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等綜合因素，對建筑單體采用多種不同結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行計(jì)算比較，最終選用最佳結(jié)構(gòu)體系方案，并為型鋼混凝土在大跨度復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用作了一定的嘗試。

結(jié)構(gòu)方案選型；型鋼混凝土；構(gòu)造措施

1　工程概況

本工程為實(shí)驗(yàn)樓，包含1#樓、2#樓、3#樓及地下室，位于浙江省杭州市，項(xiàng)目總建筑面積44 389 m2，鳥瞰圖見圖1，局部平面見圖2，剖面圖見圖3、圖4，主要功能為教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室，地下室部分層高為4.10 m(局部5.10 m)，主要功能為地下汽車庫。

圖1　鳥瞰圖

圖2　教學(xué)樓局部平面圖

圖3　1#樓剖面圖

圖4　2#樓剖面圖

2　工程設(shè)計(jì)中需解決的難題

2.1結(jié)構(gòu)方案的合理選擇

本工程處在6度抗震設(shè)防地區(qū)，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05 g，地震分組為第一組，場地類別為Ⅲ類。考慮到機(jī)械大樓各部分的建筑功能、層數(shù)及結(jié)構(gòu)形式的不同，通過多次計(jì)算比較，設(shè)置合理的結(jié)構(gòu)縫，劃分了不同的結(jié)構(gòu)單元。

2.2結(jié)構(gòu)選型與初步分析

本文選取1#樓剖面(圖3)和2#樓剖面(圖4)兩個(gè)單體來分析。

經(jīng)初步結(jié)構(gòu)計(jì)算，分析得出如下難題：

1)建筑結(jié)構(gòu)體系存在平面不規(guī)則，質(zhì)心與剛度中心存在較大偏移，呈扭轉(zhuǎn)不規(guī)則；已達(dá)到《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50011—2010)》[1]表3.4.3.1的兩種主要平面不規(guī)則類型的標(biāo)準(zhǔn)；

2)由于底層為大型承重實(shí)驗(yàn)室，運(yùn)行吊車需抽柱，形成大跨度框架結(jié)構(gòu)且需抬柱，造成豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)，且抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力小于相鄰上一樓層的80%，已達(dá)到[1]表3.4.3.2的兩種主要豎向不規(guī)則類型的標(biāo)準(zhǔn)；

3)建筑條件已限定首層高度(1#樓為10.450 m,2#樓為6.450 m)，考慮到中間運(yùn)行的吊車空間及起吊高度，客觀上限制了大跨梁的凈高(1#樓為1.500 m,2#樓為1.300 m)。

本工程結(jié)構(gòu)體系平面不規(guī)則和豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)，為了滿足建筑功能要求，通過合理的結(jié)構(gòu)體系選型和整體優(yōu)化，使結(jié)構(gòu)周期、彈性層間位移角、地震作用等各項(xiàng)規(guī)范指標(biāo)達(dá)到要求，避免結(jié)構(gòu)體系扭轉(zhuǎn)不規(guī)則和樓層承載力突變以及解決大跨度梁的凈高是本次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心目標(biāo)。

2.3方案比較

由于項(xiàng)目的特殊性，選擇了4種結(jié)構(gòu)方案，分別是：

方案一為普通鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)；

方案二為大跨預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁的框架結(jié)構(gòu)；

方案三為大跨部分采用型鋼混凝土梁、柱的框架結(jié)構(gòu)[2-3]；

方案四為大跨部分采用型鋼混凝土梁、柱的框剪結(jié)構(gòu)。

采用中國建筑科學(xué)研究院開發(fā)的PKPM2010 V2.2的SATWE程序,進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算并分析。見表1、表2。

表1　底層大跨框架梁、柱估算結(jié)果

備注：以上數(shù)據(jù)不含型鋼的配筋率；1#樓底層跨度20.0 m，2#樓底層跨度17.0 m。

表2　1#樓方案三和方案四的計(jì)算指標(biāo)

通過對表1、表2分析可知，方案一的梁、柱配筋率過大，基本可以排除；由于單體都是底層單跨抬柱形式，屬抗震不利結(jié)構(gòu)，且方案二的的柱配筋仍然過大，預(yù)應(yīng)力梁本身預(yù)應(yīng)力度也偏高，為滿足要求，還需再加大梁、柱截面，且預(yù)應(yīng)力梁的錨固端頭也影響立面效果，綜合多方面的因素考慮，排除了方案二；最終經(jīng)過多次計(jì)算和分析，選擇了如下方案：

1#樓采用方案四(結(jié)構(gòu)平面布置圖見圖5)和2#樓采用方案三(結(jié)構(gòu)平面布置圖見圖6)，滿足建筑功能和規(guī)范要求，也縮短了施工周期。

圖5　1#樓結(jié)構(gòu)平面布置圖

圖6　2#樓結(jié)構(gòu)平面布置圖

2.4減少吊車振動對結(jié)構(gòu)影響的措施

首先，考慮到實(shí)驗(yàn)樓投入使用前，底層地面設(shè)備安裝需要頻繁用到吊車的情況外，正常教學(xué)時(shí)間利用率不高，選用吊車的工作制為電動單梁級別，吊車運(yùn)行對周邊的影響很??；其次通過加大吊車軌道型號和改進(jìn)吊車梁與軌道的連接大樣等措施，減小吊車運(yùn)行振動對上部的影響；最后,通過加厚實(shí)驗(yàn)樓的二層結(jié)構(gòu)樓板至150 mm,也能降低振動對上部建筑物的影響。

3　型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)承載力高、延性好，具有良好的抗震性能。本工程由于建筑功能的需要，造成了平面和立面的結(jié)構(gòu)布置不規(guī)則，采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)能夠很好地解決大跨抬柱及重荷載的構(gòu)件，但是型鋼混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，施工難度高。為了提高抗震性能并方便施工，結(jié)合工程實(shí)際提出了如下幾點(diǎn)構(gòu)造措施：

1)轉(zhuǎn)換層的梁、柱抗震等級按提高一級設(shè)計(jì)，型鋼柱的鋼骨往上延伸一層；

2)轉(zhuǎn)換層樓板需加強(qiáng)，板厚按150 mm設(shè)計(jì)，板鋼筋雙層雙向，配筋率應(yīng)不小于0.25%；

3)型鋼混凝土柱的縱向鋼筋遇型鋼梁時(shí)，采用套筒連接，見圖7；

4)型鋼混凝土梁的上下鋼筋遇型鋼柱時(shí)，采用型鋼柱上加焊鋼牛腿的做法，見圖8；

5)型鋼梁腹板兩側(cè)加設(shè)栓釘。

圖7　型鋼混凝土柱配筋構(gòu)造示意圖

圖8　鋼牛腿大樣

4　結(jié)　語

一個(gè)現(xiàn)代化的教學(xué)大樓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅僅要滿足其受力安全和使用要求，還應(yīng)力求使其方案更合理，以達(dá)到更好的安全性與經(jīng)濟(jì)性，為此可以從以下幾點(diǎn)著手：

1)選擇合理的受力體系與結(jié)構(gòu)方案以及合適的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造措施；

2)對作用在結(jié)構(gòu)上的荷載做正確的分析與取值；

3)按受力特點(diǎn)與構(gòu)造重要性進(jìn)行構(gòu)件規(guī)格的選擇；

4)要充分考慮施工現(xiàn)場可能存在的困難，便于施工也是設(shè)計(jì)需考慮的一項(xiàng)內(nèi)容。

要達(dá)到以上要求，就需要進(jìn)行多次設(shè)計(jì)，并在工程中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，要從建筑方案與結(jié)構(gòu)方案綜合考慮，從結(jié)構(gòu)體系的選擇到構(gòu)件的布置、節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造，并對荷載正確取值、節(jié)點(diǎn)詳圖設(shè)計(jì)、圖紙質(zhì)量等多方面作詳細(xì)推敲。

[1]中國建筑科學(xué)研究院.GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010.

[2]中冶集團(tuán)建筑研究總院.YB 9082—2006鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程[S].北京:冶金工業(yè)出版社,2007.

[3]中國建筑科學(xué)研究院.JGJ 138—2001型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.

The Structure Model Selection of theLaboratory Building for a College

ZHANG Cai, TONG Laifu, ZHANG Qingshan

2016-03-22

張材(1983—)，男，浙江紹興人，工程師，從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

TU318+.2

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1008-3707(2016)06-0013-04