谈太原市第五中学校新校区教学楼结构设计

吴 化 伟

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030013)



谈太原市第五中学校新校区教学楼结构设计

吴 化 伟

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030013)

结合太原市第五中学校新校区项目概况及地质条件，阐述了工程的地基处理及基础方案，并计算分析了工程结构设计的相关参数，介绍了结构材料的强度和材质，从而保证建筑结构的安全耐久性。

教学楼，地基处理，结构体系，混凝土，钢筋

1 工程概况

本项目为太原市第五中学校新校区项目国际部教学楼，建设场地位于太原市小店区龙城南街南侧，大运东路东侧，唐槐路西侧。根据建筑形体和使用功能，以及该场地地质情况所具有高灵敏特性，设计在教学楼9个区段之间均设置抗震缝。其中国际部教学楼各个分区概况如下:A-1， A-7，A-5，A-6为地上4层的框架结构，建筑高度15.000 m，室内外高差为0.30 m；A-2，A-3，A-4，A-8，A-9为地上3层的框架结构，建筑高度11.400 m，室内外高差为0.30 m。教学楼主体结构形式采用钢筋混凝土框架结构，楼板为现浇钢筋混凝土楼板。结构设计在相关楼层的适当部位布置减震构件——粘滞阻尼器。建筑结构安全等级为二级。设计使用年限50年。A-8，A-9区段为连廊，其建筑抗震设防类别为丙类，结构抗震等级为二级。其余A-1～A-7为教学楼功能用房部分，建筑抗震设防类别为乙类，结构抗震等级为一级。地基基础设计等级为丙级。

2 工程地质条件

1)风雪荷载见表1。

表1 风雪荷载

2)抗震设防的有关参数见表2。

表2 抗震设防有关参数

3)标准冻深：0.74 m。

4)工程地质条件。

根据《太原市第五中学校新校区建设项目岩土工程勘察报告(详勘)》。a.场地、地形:本场地所处地貌为汾河Ⅰ级阶地。 b.地层土质概述：场地内具体土层分布如下：第①层：人工填土。第②层：粉质黏土，地基土承载力特征值110 kPa。第③层：粉质黏土，地基土承载力特征值120 kPa。第④层：粉质黏土、粉细砂，地基土承载力特征值140 kPa。第⑤层：粉土、粉细砂，地基土承载力特征值140 kPa。第⑥层：粉质黏土，地基土承载力特征值160 kPa。第⑦层：粉细砂，地基土承载力特征值180 kPa。第⑧层：粉质黏土，地基土承载力特征值180 kPa。第⑨层：细砂，地基土承载力特征值200 kPa。第⑩层：粉质黏土、粉土，地基土承载力特征值180 kPa。c.场地地下水:在长期浸水条件下对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。d.地基土的灵敏度:本工程所在的区段范围内，第④层粉质黏土的灵敏度可按中～高灵敏度土考虑，第⑤层粉土的灵敏度可按中灵敏度土考虑。e.本工程所在的区段可不考虑液化影响。按GB 50011—2010建筑抗震设计规范第4.1.1条划分，拟建场地属对建筑抗震一般地段，建筑场地类别Ⅲ类。

3 地基处理及基础方案

根据现有场地岩土工程地质条件，基础持力层位于第①层人工填土层，且地基土第④层(粉质黏土、粉细砂)及第⑤层(粉土、粉细砂)为灵敏土，采用天然地基无法满足设计要求。依照建筑物的重要性，从地基稳定性、承载力、控制不均匀沉降及施工工期、施工难度、工程造价、使用功能等方面综合因素考虑，确定本工程采用预应力高强混凝土管桩进行地基处理。管桩施工前，先将基底下杂填土全部挖出，用素土分层碾压夯实到基底标高，要求压实系数不小于0.97。

预应力高强混凝土管桩(代号PHC桩)混凝土强度等级C80，外径400，型号AB型，壁厚95，桩尖形式为a型，除B-13，B-15，B-16桩长为23.00 m外，其余桩长均为24.00 m。单桩竖向极限承载力标准值达到1 400 kN；单桩竖向承载力特征值700 kN。桩端持力层为第⑧层粉质黏土层。该桩型施工工艺成熟，施工工期短，质量有保证，可解决地基强度不足，变形大的问题，从而达到满足上部结构需要，减小沉降变形之目的。

基础形式采用柱下独立桩承台加地拉梁，局部采用承台梁，地下室部分增设防水板。

4 工程结构选型

本工程采用框架结构体系，在结构的一些部位增设减震构件。使其在本身有足够的侧向刚度的同时满足使用要求，在特殊情况下随着侧向变形的增大，使消能构件产生较大的阻尼来消耗地震作用时的大部分能量。因此，本工程在相关楼层的适当部位布置减震构件——粘滞阻尼器。

5 结构计算

1)计算软件:本工程整体计算采用中国建筑科学研究院编制的《高层建筑结构空间有限元分析与计算软件》(SATWE)。基础设计使用PKPMCAD系列软件JCCAD进行计算。

2)计算参数见表3。

表3 结构计算参数表

3)计算指标(以A-1段为例，其余段不一一列述)见表4，表5。

表4 A-1段结构自振周期

表5 A-1段主要控制参数

6 结构材料强度和材质

1)本工程混凝土结构的环境类别：基础、雨篷、挑檐及其他外露构件的环境类别均为二b类；地下室、卫生间等室内潮湿环境及冰冻线以下与土接触的环境为二a类；室内干燥环境为一类。

2)钢筋的强度标准值应具有不小于95%的保证率。

3)抗震等级为一、二、三级的框架梁、柱及楼梯斜板中的纵向受力钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25；钢筋屈服强度实测值与强度标准值的比值不应大于1.30；且钢筋在最大拉力下的总伸长率实测值不应小于9%。

4)当需要以不同强度等级的钢筋替代原设计中的纵向受力钢筋时，应按照钢筋受拉承载力设计值相等的原则换算。当采用强度等级较高的钢筋替代时，同时应满足最小配筋率的要求。

5)构件混凝土强度等级见表6。

表6 构件混凝土强度等级

位于二b类环境时，混凝土应使用引气剂，施工时应按相关规范要求控制好含气量。混凝土拌合时使用的表面活性剂应满足规范要求。

6)填充墙：±0.000以下采用M10水泥砂浆砌筑MU15非粘土普通烧结砖；±0.000以上采用M5.0混合砂浆砌筑加气混凝土砌块，加气混凝土砌块强度为A3.5。

7)与后砌隔墙连接的钢筋混凝土墙柱，其连接处预埋拉筋构造、圈梁及构造柱详见标准图集12G614-1中相关节点。

8)楼梯间及走道采用砌体填充墙时，楼梯间及走道墙面需采取以下措施：楼梯间墙面挂φ4@300绑扎或焊接钢筋网。钢筋网四周应采用锚筋等与楼板、梁、柱或墙体可靠连接；钢筋网应采用φ6@600×600形梅花状布置的锚筋固定于墙体上；钢筋网的横向钢筋遇有门窗洞口时，应将钢筋弯入洞口侧边锚固；墙面抹灰采用M10水泥砂浆，抹35厚。钢筋网外保护层厚度为10 mm。

7 结语

通过对教学楼工程实例的分析与计算，简要阐述了太原市第五中学校新校区教学楼的结构设计，以及教学楼类工程结构设计中关于减震构件的应用。不同建筑的结构设计与结构选型由于建筑场地、设计方案的不同会存在很大的差异，只要抓住工程重点，注重工程场地实际情况，就能使结构设计更加具有针对性、局部技术指标控制更为严格、从而建筑使用功能更贴切、人性化。

[1] JGJ 297—2013，建筑消能减震技术规范[S].

[2] 09SG610—2，建筑结构消能减震(振)设计图集[Z].

[3] JG/T 209—2012，建筑消能阻尼器[S].

[4] 晋建质[2014]115号,山西省住房和城乡建设厅关于积极推进工程减震技术应用的通知[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

吴化伟(1985- )，男，工程师

TU318

A