陜西寶雞教育中心科教大樓及學術樓結構設計

樊爽

陜西寶雞教育中心科教大樓及學術樓結構設計

樊爽

結合地下室為大底盤，上部為一高一低兩棟建筑的結構設計，介紹了其基礎選型，結構布置及相應的結構計算分析結果。本文以寶雞市教育中心科教大樓及學術樓的結構設計，著重分析該工程結構設計中存在的難點，探究切實有效的解決辦法，希望對于提高類似房屋建筑結構設計水平有所幫助。

一、工程概況

1.建筑功能介紹：本工程位于陜西省寶雞市高新開發區行政大道以南，高速路輔道以北，鐵塔路以東，寶雞污水處理廠以西，距寶雞行政中心僅800米左右。主要功能定位為“五中心、三基地”，即：教育管理及行政指揮中心、考試管理服務中心、教育科研及評估中心、教育信息及教學資源管理中心、學生資助管理中心、教育管理干部及教師培訓基地、學歷教育及遠程教育基地、面向社會的干部職工繼續教育基地。平面功能：地下一層大底盤、地上四層(學術樓)、十五層(科教大樓)；地下一層作為設備用房、停車場、輔助用房等，學術樓地上一至四層作為培訓教學和食堂，其中一層含一個1200座多功能廳、一個200人學術報告廳及舞蹈、美術、音樂琴房和其它培訓教室，二至四層為培訓教室，其中東側三四層為食堂部分；科教大樓一至十五層作為寶雞教育中心的綜合辦公，其中一層為教育服務大廳，二、三層為圖書館，其它樓層為各個部門的辦公區。主空間采取近似方形柱網8.4米x7.8米，大多樓層層高則為柱網尺寸的一半4.2米，這樣空間利用高，荷載受力均勻，工藝好排布，很好地滿足了建筑各工種之間的要求。1200座多功能廳采用大跨空間網架結構。

2.結構各計算參數：建筑物基本風壓取0.40KN/m2，地面粗糙度為：B類。抗震設防烈度:7度；設計基本地震加速度值：0.15g； 設計地震分組：第二組。建筑場地類別：II類。

3.結構選型：本工程分為科教大樓、學術樓和地下車庫三個單體進行設計，地下為一個大底盤，地上兩個單體以伸縮縫為界劃分。科教大樓為地下一層，地上15層，采用框架-剪力墻結構，框架為二級、剪力墻為二級。學術樓為地下一層，地上四層（局部二、三層），采用框架結構，框架抗震等級為二級。地下車庫為地下一層框架結構。

4.抗震設防分類：學術樓因含有1200座多功能廳，定為重點設防類（乙類）建筑，其余為標準設防類（丙類）建筑，建筑結構的安全等級為二級。

二、地基與基礎

本工程地貌單元屬渭河左岸高漫灘，場地地層自上而下依次為雜填土、粉土、細砂、粗砂、圓礫、卵石、礫砂、粉質粘土。采用天然地基，地基持力層為第6層卵石層，該層承載力特征值達到350KPa，經過驗算承載力、下臥層及沉降量，均滿足規范要求。十五層科教大樓采用梁筏基礎，基底壓力達到300KPa；四層學術樓采用條形基礎，以300KPa承載力來計算，用基礎梁翼緣寬度來調節與主樓間的沉降差，經過計算高層與多層的沉降差滿足要求。單純地下車庫采用柱下獨立基礎，能夠準確地傳導柱荷載。基礎筏板與條形基礎、柱下獨立基礎間設置構造防水板，防水板下部設100厚苯板以使上部荷載能直接傳遞到各個基礎。主樓與多層間設置沉降后澆帶來解決基礎的沉降。

三、上部結構

本建筑地下為車庫、設備用房，地面以上為分科教大樓（15層）和學術樓（4層）兩個單體，地下連成一個大底盤。地下室頂板采用180mm厚現澆板以做為上部結構的嵌固端。

地面以上建筑功能較為復雜，科教大樓含有中空通高至頂的大廳（回字型）、學術樓有一個1200人的多功能廳。為滿足上部使用功能的要求，科教大樓的剪力墻布置結合建筑立面均集中布置在兩側核心筒部位即回字的兩側，使中間通高的大廳兩側均為剪力墻核心筒，使建筑空間和使用功能有效地發揮，中空大廳部位將大廳周邊框架柱、梁、板的截面及配筋加強以增加整體結構的抗震性能。學術樓為了滿足大空間使用要求，合理抽掉中間的框架柱，受力構件布局合理并滿足建筑功能要求。同時采取加強周邊框架、樓板等措施加強整體的抗震性能。整個結構計算受力明確，剪力墻與框架柱、梁設置合理，滿足規范要求。

本建筑立面科教大樓寓意為書簡，學術樓寓意為書架，十分復雜，層疊錯落。結構設計中配合建筑立面在錯落處采取懸挑或退梁等措施來滿足立面要求，并能合理地配合幕墻的施工。

柱、剪力墻、梁、板主要受力鋼筋均采用HRB400級鋼筋，混凝土強度等級也隨樓層的高度逐漸降低，使含鋼量和造價得到合理的控制和降低。現澆混凝土采用預拌混凝土，建筑砂漿采用預拌砂漿等措施符合綠色建筑的要求。

四、計算分析

結構計算采用中國建筑科學研究院PKPMCAD系列軟件中的高層建筑結構三維分析與設計軟件SATWE進行計算分析：

1.科教大樓計算結果如下：

地震作用最大的方向 = -0.840 (度)

Tt/T1=1.9096/2.3018=0.829＜0.9；最大層間位移：X向Max-Dx/h 的最大值= 1/991、Y向Max-Dy/h 的最大值= 1/815 。X向偶然偏心地震力作用下的樓層最大位移與層平均位移的比值：1.02＜1.2 滿足規范要求。Y向偶然偏心地震力作用下的樓層最大位移與層平均位移的比值：1.25＞1.2 ，滿足規范要求需計算雙向地震。水平力作用下結構底層框架部分承受的地震傾覆力矩與結構總傾覆力矩的比值大于10%、小于50%，按框架-剪力墻進行設計。

2.學術樓計算結果如下：

地震作用最大的方向 = -78.010 (度)

最大層間位移：X向Max-Dx/h 的最大值= 1/743、Y向Max-Dy/h 的最大值= 1/625。結構薄弱層彈性層間位移角小于1/50，滿足要求。

兩個單體各樓層的側向剛度均不小于相鄰上一樓層的70%，且不小于其上相鄰三個樓層平均值的80%，側向剛度規則。

通過各種結構措施的采用，該工程結構體系合理，安全可靠，且各部位均無超筋現象，滿足了規范的各項要求。

五、結構用料

1.混凝土

科教大樓基礎及筏板：C35；學術樓及地下車庫基礎：C30。

科教大樓柱、剪力墻： C 5 0～C 3 0，梁、板C40～C30。

2.鋼筋

梁、柱、基礎梁板受力主筋采用HRB400級鋼筋，其它箍筋采用HPB300級鋼筋。

六、設計體會

1.高低層建筑相連時應根據基底反力確定合理的基礎形式，使地基承載力得到足夠發揮的同時沉降差值也能很好的控制。

2.對于較高的框剪結構盡量使水平力作用下結構底層框架部分承受的地震傾覆力矩與結構總傾覆力矩的比值處于10%～50%，按框剪結構來計算。

3.當結構存在開大洞情況，應在計算時將周邊樓板設為彈性板來復核計算結果。

4.采用高強度的混凝土和鋼筋以縮小構件截面，并降低造價。

七、結語

結構做為房屋建筑工程的核心，其穩定性、安全性及堅固性的高低直接決定房屋建筑能否長期有效使用。寶雞市教育中心工程獲得了陜西省第十八次優秀工程設計三等獎、2016年度全國紡織行業部級優秀工程設計項目二等獎等獎項，本文對該工程由結構設計方面進行介紹和分析，讓大家能更好的了解類似工程的結構設計。

陜西省現代建筑設計研究院）