中国知网数字出版与数字图书馆项目结构设计

成 晓 萍

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030013)

·结构·抗震·

中国知网数字出版与数字图书馆项目结构设计

成 晓 萍

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030013)

介绍了中国知网数字出版与数字图书馆项目的工程概况，从地基处理、上部结构、抗震等级三个角度入手，对该项目的结构设计方法进行了分析计算，总结出了一些设计思路，以供参考。

建筑物，地基，结构，周期，参数

1 工程概况

中国知网数字出版与数字图书馆，位于山西省太原市高新技术开发区。东侧为唐槐西路，西侧为大运东路，南至2012-21(山西虹安科技股份有限公司)地块，北至龙城大街。建设用地面积约2 hm2。

建筑物东西向长约119.6 m，南北向宽约94.10 m，总建筑高度为34.8 m。本建筑物地下为2层(局部3层)，地上8层。地下层高分别为：2层3.9 m，地下1层6.6 m(局部夹层处为3.3 m)，主要功能为汽车库、变配电机房、柴油发电机房、设备机房、人防设施；地上层高：1层为4.8 m，其他各层均为4.2 m，主要功能为办公、行政用房、数字出版及生产基地、云计算中心、新产品研制中心、食堂等等。总建筑面积86 074.6 m2，其中地上建筑面积60 682.6 m2，地下建筑面积25 392.0 m2。地上分为A，B座塔楼和C座板楼。各楼座A，B间，B，C间及A，C之间的连廊连接体采用钢结构连接。

本工程抗震设防烈度为8度(0.2g)，设计地震分组第一组，场地类别为Ⅲ类，基本风压0.40 kN/m2,基本雪压0.35 kN/m2,场地标准冻深0.80 m，设计使用年限50年。结构形式：框架—剪力墙结构。抗震等级：剪力墙为一级，框架二级。

本建筑物体型具有一定的特点，其地下结构连为一个整体，地上是一个局部下部架空上部连通的整体式建筑，东侧和西侧在3层及3层以上将建筑物北侧和南侧连接起来，北侧在6层及6层以上将建筑物东侧和西侧连为一体，这样整个建筑形成了在地上部分为下部分开，上部连接的形式(见图1)。

2 结构设计

2.1 地基与基础

根据甲方提供地质资料，本工程办公楼A座、B座、C座及通道1，2，3拟采用CFG桩复合地基，基础底标高为-12.10 m；地基处理范围：CFG桩的平面布置均在各楼座及通道内；经地基处理后基底承载力特征值(fspk)应大于350 kPa；而地下车库部分采用天然地基方案，基底持力层为③粉土层或③1层粉细砂。地基承载力特征值为fak=120 kPa。

经计算，CFG桩桩径取400，桩顶标高为-12.570 m，有效桩长18 m，桩端持力层为⑧层粉细砂层，桩端进入持力层深度不小于1.0 m。单桩承载力特征值大于600 kN，施工桩顶标高宜高出设计桩顶标高不少于0.5 m。CFG桩混凝土强度等级为C20。

基础设计时，经过反复核算，我们在办公楼A座、B座核心筒部分采用筏板基础，其余部分为十字交叉柱下条形基础。筏基部分的基底反力约245 kPa，条基的基底反力约232 kPa，两者反力基本接近。基底标高约为-12.10 m，条基宽度为3.0 m。

办公楼C座也采用柱下条形基础，基础宽度为3.0 m，基底标高同A，B座，局部达到-14.0 m。同样基底反力为230 kPa左右。

通道1，2，3部分为筏板基础，此处由于上部钢结构跨度大，柱下荷载相对较大，采用筏基后，基底反力均达346 kPa左右，满足设计要求。

采用分层总和法沉降计算，办公楼A座、B座、C座条形基础及筏基的沉降量计算均小于50 m。相邻柱沉降差异及沉降总量计算均满足设计要求。

地下车库部分采用天然地基，基础宽度3.0 m，基底标高为-11.800 m。

在所有条形基础与筏板之间及条形基础之间设置钢筋混凝土防水板，防水板厚350。设计时地下水位的浮力按5 m的水位进行设计，其中防水板抗浮计算中已考虑枯水期的水位变幅1 m。防水板经计算构造配筋已满足设计要求。

2.2 上部结构设计

1)结构分段。整个建筑我们采用上分而下不分的原则，在办公楼A座、B座、C座及通道1，2，3在±0.000地面以下连为一体，在±0.000地面以上各相邻单体之间设置防震缝，使得将整个看似复杂的连体高层建筑的计算将划分为在±0.000嵌固的6个独立的计算单元进行计算，避免了因楼座之间高位连接所形成的超限问题。我们对整个结构进行了包络设计，即采用整体多塔分析与各单体的独立计算。

施工期间，在楼座与地下车库之间设置用于沉降的后浇带，沉降后浇带在结构主体完成后浇筑。C座因为长度119.6 m，属于超长结构，我们在设计时考虑了一定的温度应力，在框架梁柱外侧及屋面板面均设置一定数量的温度筋，抵御温度应力，且C座办公楼在长度1/3位置设置用于温度后浇带，温度后浇带在地下室结构完成后60 d浇筑。

2)结构体系。本工程办公楼A座、B座及C座均采用钢筋混凝土框架—抗震墙的结构形式；通道1，2，3采用钢骨混凝土柱、钢骨混凝土剪力墙、钢梁的框架—抗震墙结构形式；其中西侧通道2、东侧通道3跨度为20.9 m，北侧通道1为29.8 m～37.3 m。楼面、屋面采用钢梁+钢筋混凝土板的组合楼面体系。地下室采用钢筋混凝土框架的结构形式。

3)建筑物抗震等级。上部：办公楼A，B，C座，抗震墙抗震等级为一级，框架等级为二级；通道1，2，3抗震墙抗震等级为一级，框架等级为二级(按钢结构考虑)。

地下部分：办公楼A，B，C座及通道1，2，3地下一层抗震墙抗震等级为一级，框架等级为二级；地下2层(含夹层)抗震墙抗震等级为二级，框架等级为三级。

地下车库抗震等级为三级。与主楼连接的相关范围内其抗震等级同主楼的相应部位的抗震等级。

对于地库与主楼连接处的错层部位，我们采取了提高一级抗震等级的构造措施进行包络设计，满足了规范要求。

3 结构分析及结果

1)本工程设计计算所采用的计算程序。采用《多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件—SATWE》(2012年6月)进行结构整体分析。

2)主要计算结构如下。办公楼A，B座计算结果见表1，表2。

表1 结构自振周期(一)

表2 主要控制参数(一)

办公楼C座计算结果见表3，表4。

表3 结构自振周期(二)

表4 主要控制参数(二)

北侧通道1计算结果见表5，表6。

东西侧通道2，3计算结果见表7，表8。

表5 结构自振周期(三)

表6 主要控制参数(三)

表7 结构自振周期(四)

表8 主要控制参数(四)

4 设计总结

1)C座办公楼，长度为119 m，宽度35.7 m，为超长结构设计，温度应力不可忽视。温差应力包括板面温差张拉应力，梁板的轴向冷缩应力，不同构件比下梁和板在各自存在着不同温度、形成不同涨缩效应时接触界面上产生的剪切应力，强柱弱梁情况下柱水平推力与柱身作用弯矩的叠加。本工程通过采取外墙保温、在外侧框架梁的纵向通过增设一定数量的纵向腰筋，在每层柱外侧及角柱来考虑温度应力。同时在屋面板设计时，也考虑了屋顶板的板面温差应力。温度应力按室内外最大温差来考虑，这个温差变幅我们按照当地实际情况，取值不低于30 ℃。同时我们采取措施，比如在适当部位设置用于温度应力和混凝土收缩的后浇带来综合考虑超长结构所带来的温度和混凝土收缩应力。

2)基础部分：采用CFG+柱下条形基础+防水板。对于条基及局部筏基的沉降计算，沉降量均控制在50 mm以内。沉降差和沉降总量均满足设计要求。基础实现了基础形式的经济性、合理性的统一，为甲方在基础节约总造价15%左右。

3)由于本工程功能较为复杂，层高及净高在建筑功能等方面的要求较为严格，我们在结构梁的选择上经过反复比较，采用了宽梁设计，使得各专业功能在层高净高上得到最优化，同时也将结构在刚度方面及受力方面更趋于合理化和经济化。

4)大跨度的钢结构连廊高位连接，原准备钢桁架转换，通过优化设计，我们采用密肋的焊接钢梁与钢骨混凝土柱，钢骨混凝土剪力墙，形成框架—剪力墙结构，避免了在高层单方向形成单跨框架。且经过计算，及采取通道层层连接，使得通道1在高位转换时，上下层刚度比接近1，在双方向刚度基本接近。同时也实现建筑功能的最优化，结构设计参数及各项技术指标实现了经济化、合理化的要求，得到了甲方的认可和好评。

5)后浇带的应用。在设计中，我们综合考虑各种因素，在不同部位留设不同的后浇带。后浇带分为沉降后浇带和温度后浇带。同时设计中我们特别强调其注意事项：

a.沉降后浇带设在裙房一侧，距主楼边柱第二跨内。从基础一直到裙房顶，用它来减小地基差异沉降对结构的影响。封闭时间：如果沉降曲线平缓，可在高层封顶一个月后封闭；如果沉降曲线不平缓，应延长封顶时间。封闭混凝土采用比原构件混凝土强度提高一级的微膨胀混凝土。施工要求：两边梁板必须支撑好，直到后浇带封闭好后再拆除，做好基础底板的防水，后浇带封闭前应覆盖，勿使垃圾掉入难于清理。

b.温度后浇带设置距离40 m左右。封闭时间：混凝土浇筑后不宜少于2个月，封闭混凝土及施工要求同1)。为了减少混凝土收缩变形，在设计上，我们对梁板尽量选用较低强度等级；对于墙、柱不是必需也不应采用过高的强度等级。在施工技术上，我们也强调采取相应的有效措施，比如：减少水泥用量、慎用添加剂、减小水化热、适量使用缓凝剂等等。

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

成晓萍(1967- )，女，工程师

1009-6825(2015)08-0033-03

TU746.3

A