吳 化 偉

(山西省建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030013)

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談太原市第五中學(xué)校新校區(qū)教學(xué)樓結(jié)構(gòu)設(shè)計

吳 化 偉

(山西省建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030013)

結(jié)合太原市第五中學(xué)校新校區(qū)項目概況及地質(zhì)條件，闡述了工程的地基處理及基礎(chǔ)方案，并計算分析了工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)參數(shù)，介紹了結(jié)構(gòu)材料的強度和材質(zhì)，從而保證建筑結(jié)構(gòu)的安全耐久性。

教學(xué)樓，地基處理，結(jié)構(gòu)體系，混凝土，鋼筋

1 工程概況

本項目為太原市第五中學(xué)校新校區(qū)項目國際部教學(xué)樓，建設(shè)場地位于太原市小店區(qū)龍城南街南側(cè)，大運東路東側(cè)，唐槐路西側(cè)。根據(jù)建筑形體和使用功能，以及該場地地質(zhì)情況所具有高靈敏特性，設(shè)計在教學(xué)樓9個區(qū)段之間均設(shè)置抗震縫。其中國際部教學(xué)樓各個分區(qū)概況如下:A-1， A-7，A-5，A-6為地上4層的框架結(jié)構(gòu)，建筑高度15.000 m，室內(nèi)外高差為0.30 m；A-2，A-3，A-4，A-8，A-9為地上3層的框架結(jié)構(gòu)，建筑高度11.400 m，室內(nèi)外高差為0.30 m。教學(xué)樓主體結(jié)構(gòu)形式采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，樓板為現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板。結(jié)構(gòu)設(shè)計在相關(guān)樓層的適當(dāng)部位布置減震構(gòu)件——粘滯阻尼器。建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級。設(shè)計使用年限50年。A-8，A-9區(qū)段為連廊，其建筑抗震設(shè)防類別為丙類，結(jié)構(gòu)抗震等級為二級。其余A-1～A-7為教學(xué)樓功能用房部分，建筑抗震設(shè)防類別為乙類，結(jié)構(gòu)抗震等級為一級。地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為丙級。

2 工程地質(zhì)條件

1)風(fēng)雪荷載見表1。

表1 風(fēng)雪荷載

2)抗震設(shè)防的有關(guān)參數(shù)見表2。

表2 抗震設(shè)防有關(guān)參數(shù)

3)標(biāo)準(zhǔn)凍深：0.74 m。

4)工程地質(zhì)條件。

根據(jù)《太原市第五中學(xué)校新校區(qū)建設(shè)項目巖土工程勘察報告(詳勘)》。a.場地、地形:本場地所處地貌為汾河Ⅰ級階地。 b.地層土質(zhì)概述：場地內(nèi)具體土層分布如下：第①層：人工填土。第②層：粉質(zhì)黏土，地基土承載力特征值110 kPa。第③層：粉質(zhì)黏土，地基土承載力特征值120 kPa。第④層：粉質(zhì)黏土、粉細砂，地基土承載力特征值140 kPa。第⑤層：粉土、粉細砂，地基土承載力特征值140 kPa。第⑥層：粉質(zhì)黏土，地基土承載力特征值160 kPa。第⑦層：粉細砂，地基土承載力特征值180 kPa。第⑧層：粉質(zhì)黏土，地基土承載力特征值180 kPa。第⑨層：細砂，地基土承載力特征值200 kPa。第⑩層：粉質(zhì)黏土、粉土，地基土承載力特征值180 kPa。c.場地地下水:在長期浸水條件下對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性。d.地基土的靈敏度:本工程所在的區(qū)段范圍內(nèi)，第④層粉質(zhì)黏土的靈敏度可按中～高靈敏度土考慮，第⑤層粉土的靈敏度可按中靈敏度土考慮。e.本工程所在的區(qū)段可不考慮液化影響。按GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范第4.1.1條劃分，擬建場地屬對建筑抗震一般地段，建筑場地類別Ⅲ類。

3 地基處理及基礎(chǔ)方案

根據(jù)現(xiàn)有場地巖土工程地質(zhì)條件，基礎(chǔ)持力層位于第①層人工填土層，且地基土第④層(粉質(zhì)黏土、粉細砂)及第⑤層(粉土、粉細砂)為靈敏土，采用天然地基無法滿足設(shè)計要求。依照建筑物的重要性，從地基穩(wěn)定性、承載力、控制不均勻沉降及施工工期、施工難度、工程造價、使用功能等方面綜合因素考慮，確定本工程采用預(yù)應(yīng)力高強混凝土管樁進行地基處理。管樁施工前，先將基底下雜填土全部挖出，用素土分層碾壓夯實到基底標(biāo)高，要求壓實系數(shù)不小于0.97。

預(yù)應(yīng)力高強混凝土管樁(代號PHC樁)混凝土強度等級C80，外徑400，型號AB型，壁厚95，樁尖形式為a型，除B-13，B-15，B-16樁長為23.00 m外，其余樁長均為24.00 m。單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值達到1 400 kN；單樁豎向承載力特征值700 kN。樁端持力層為第⑧層粉質(zhì)黏土層。該樁型施工工藝成熟，施工工期短，質(zhì)量有保證，可解決地基強度不足，變形大的問題，從而達到滿足上部結(jié)構(gòu)需要，減小沉降變形之目的。

基礎(chǔ)形式采用柱下獨立樁承臺加地拉梁，局部采用承臺梁，地下室部分增設(shè)防水板。

4 工程結(jié)構(gòu)選型

本工程采用框架結(jié)構(gòu)體系，在結(jié)構(gòu)的一些部位增設(shè)減震構(gòu)件。使其在本身有足夠的側(cè)向剛度的同時滿足使用要求，在特殊情況下隨著側(cè)向變形的增大，使消能構(gòu)件產(chǎn)生較大的阻尼來消耗地震作用時的大部分能量。因此，本工程在相關(guān)樓層的適當(dāng)部位布置減震構(gòu)件——粘滯阻尼器。

5 結(jié)構(gòu)計算

1)計算軟件:本工程整體計算采用中國建筑科學(xué)研究院編制的《高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與計算軟件》(SATWE)。基礎(chǔ)設(shè)計使用PKPMCAD系列軟件JCCAD進行計算。

2)計算參數(shù)見表3。

表3 結(jié)構(gòu)計算參數(shù)表

3)計算指標(biāo)(以A-1段為例，其余段不一一列述)見表4，表5。

表4 A-1段結(jié)構(gòu)自振周期

表5 A-1段主要控制參數(shù)

6 結(jié)構(gòu)材料強度和材質(zhì)

1)本工程混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境類別：基礎(chǔ)、雨篷、挑檐及其他外露構(gòu)件的環(huán)境類別均為二b類；地下室、衛(wèi)生間等室內(nèi)潮濕環(huán)境及冰凍線以下與土接觸的環(huán)境為二a類；室內(nèi)干燥環(huán)境為一類。

2)鋼筋的強度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)具有不小于95%的保證率。

3)抗震等級為一、二、三級的框架梁、柱及樓梯斜板中的縱向受力鋼筋的抗拉強度實測值與屈服強度實測值的比值不應(yīng)小于1.25；鋼筋屈服強度實測值與強度標(biāo)準(zhǔn)值的比值不應(yīng)大于1.30；且鋼筋在最大拉力下的總伸長率實測值不應(yīng)小于9%。

4)當(dāng)需要以不同強度等級的鋼筋替代原設(shè)計中的縱向受力鋼筋時，應(yīng)按照鋼筋受拉承載力設(shè)計值相等的原則換算。當(dāng)采用強度等級較高的鋼筋替代時，同時應(yīng)滿足最小配筋率的要求。

5)構(gòu)件混凝土強度等級見表6。

表6 構(gòu)件混凝土強度等級

位于二b類環(huán)境時，混凝土應(yīng)使用引氣劑，施工時應(yīng)按相關(guān)規(guī)范要求控制好含氣量?；炷涟韬蠒r使用的表面活性劑應(yīng)滿足規(guī)范要求。

6)填充墻：±0.000以下采用M10水泥砂漿砌筑MU15非粘土普通燒結(jié)磚；±0.000以上采用M5.0混合砂漿砌筑加氣混凝土砌塊，加氣混凝土砌塊強度為A3.5。

7)與后砌隔墻連接的鋼筋混凝土墻柱，其連接處預(yù)埋拉筋構(gòu)造、圈梁及構(gòu)造柱詳見標(biāo)準(zhǔn)圖集12G614-1中相關(guān)節(jié)點。

8)樓梯間及走道采用砌體填充墻時，樓梯間及走道墻面需采取以下措施：樓梯間墻面掛φ4@300綁扎或焊接鋼筋網(wǎng)。鋼筋網(wǎng)四周應(yīng)采用錨筋等與樓板、梁、柱或墻體可靠連接；鋼筋網(wǎng)應(yīng)采用φ6@600×600形梅花狀布置的錨筋固定于墻體上；鋼筋網(wǎng)的橫向鋼筋遇有門窗洞口時，應(yīng)將鋼筋彎入洞口側(cè)邊錨固；墻面抹灰采用M10水泥砂漿，抹35厚。鋼筋網(wǎng)外保護層厚度為10 mm。

7 結(jié)語

通過對教學(xué)樓工程實例的分析與計算，簡要闡述了太原市第五中學(xué)校新校區(qū)教學(xué)樓的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以及教學(xué)樓類工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中關(guān)于減震構(gòu)件的應(yīng)用。不同建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計與結(jié)構(gòu)選型由于建筑場地、設(shè)計方案的不同會存在很大的差異，只要抓住工程重點，注重工程場地實際情況，就能使結(jié)構(gòu)設(shè)計更加具有針對性、局部技術(shù)指標(biāo)控制更為嚴(yán)格、從而建筑使用功能更貼切、人性化。

[1] JGJ 297—2013，建筑消能減震技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 09SG610—2，建筑結(jié)構(gòu)消能減震(振)設(shè)計圖集[Z].

[3] JG/T 209—2012，建筑消能阻尼器[S].

[4] 晉建質(zhì)[2014]115號,山西省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳關(guān)于積極推進工程減震技術(shù)應(yīng)用的通知[Z].

Discussion on teaching building structure design of new Taiyuan Middle School No.5

Wu Huawei

(ShanxiAcademyofBuildingDesign,Taiyuan030013,China)

Combining with new Taiyuan Middle School No.5 project conditions and geological conditions, the paper describes engineering foundation treatment and foundation scheme, calculates and analyzes relevant engineering structure design parameters, and introduces structural material strength and material quality, so as to guarantee building structure safety and durability.

teaching building, foundation treatment, structural system, concrete, steel

1009-6825(2016)11-0039-02

2016-01-22

吳化偉(1985- )，男，工程師

TU318

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