文君酒廠技改建設(shè)項(xiàng)目(行政樓)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

蔣正濤，郭 弛

(四川省建筑設(shè)計(jì)院，四川成都610017)

1 工程概況

四川省文君酒廠技改建設(shè)項(xiàng)目位于邛崍市東星大道文君酒廠內(nèi)。行政樓為地上3層結(jié)構(gòu)，地面到屋頂高度為15.200 m，典型柱網(wǎng)尺寸為9 m×12 m，一層層高為6.0 m，2層和3層的層高均為4.6 m。本工程總建筑面積約為5000 m2(圖1)。

圖1 四川省文君酒廠技改建設(shè)項(xiàng)目鳥(niǎo)瞰

采用鋼筋混凝土框架—筒體結(jié)構(gòu)，屋面為大懸挑鋼結(jié)構(gòu)雨蓬。行政樓旁的室外天橋?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)，通過(guò)懸挑連廊與行政樓相連接，結(jié)構(gòu)平面圖見(jiàn)圖2。

工程設(shè)計(jì)使用年限為50年，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)?？拐鹪O(shè)防烈度為7度，基本地震加速度為0.10 g，建筑場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi)，設(shè)計(jì)地震分組為一組，基本風(fēng)壓值為0.30 kN/m2，地面粗糙度為C類(lèi)。

上部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架—筒體土結(jié)構(gòu)，筒體部分基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，框架柱采用獨(dú)立基礎(chǔ)。

2 本工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

由于建筑平面復(fù)雜、豎向變化也較大，為本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)了一定的難度，主要表現(xiàn)在以下幾方面。

(1)豎向結(jié)構(gòu)不規(guī)則，一層柱子采用“V”形鋼管混凝土柱作為上層柱子的轉(zhuǎn)換，上層柱子直接落在“V”形柱子的兩端頭。

圖2 二層平面布置圖

(2)屋面雨蓬沿屋檐周邊出挑10 m，采用鋼結(jié)構(gòu)，存在著鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的相互連接問(wèn)題和解決鋼結(jié)構(gòu)撓度的問(wèn)題。

(3)室外天橋局部獨(dú)立懸臂鋼柱間距為9 m，高度為10 m，在6 m標(biāo)高的地方從鋼柱處伸出鋼梁作為走道平臺(tái)梁，由于建筑要求平臺(tái)封口邊梁只能用［25的槽鋼，撓度難以控制，其中一跨街道桁架跨度為21 m，下弦也只能用［25的槽鋼，強(qiáng)度和撓度也難以控制。

3 結(jié)構(gòu)選型和布置

(1)本工程采用鋼筋混凝土筒體—框架結(jié)構(gòu)，抗側(cè)力體系由一個(gè)鋼筋混凝土筒體和混凝土框架柱子組成。

(2)利用建筑中部的樓梯、電梯間、設(shè)備用房形成中部鋼筋混凝土核心筒體，一層沿建筑周邊布置“V”形柱子。因“V”形柱子端頭支撐上部結(jié)構(gòu)柱，柱軸力較大，為解決“V”形柱和上部柱子連接節(jié)點(diǎn)處存在抗剪和抗沖切不足的問(wèn)題，在“V”形柱和上部柱子里面設(shè)置了鋼管。鋼管一直延伸到屋面，以加強(qiáng)柱子的延性，并有利于柱子和屋面大懸挑雨蓬鋼結(jié)構(gòu)的連接，見(jiàn)圖3。

同時(shí)在“V”形柱頂設(shè)置拉梁以承受柱間拉力，為了讓柱子與梁共同工作和提高梁的抗拉承載力，在梁里面也設(shè)置鋼骨，鋼骨與柱子內(nèi)鋼管相連接。

(3)由于一層大廳上部樓板大開(kāi)口，同時(shí)為了精確計(jì)算梁板內(nèi)的應(yīng)力，將樓板定義為彈性膜，“V”形柱區(qū)域設(shè)置120 mm厚度的現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板并雙層雙向配筋以加強(qiáng)兩側(cè)結(jié)構(gòu)的連接。

(4)屋面懸挑雨蓬鋼梁采用錨栓和屋面混凝土梁相連接。為加強(qiáng)安全儲(chǔ)備，鋼梁在3個(gè)點(diǎn)同混凝土梁連接。為了解決鋼梁的撓度，規(guī)定鋼梁適當(dāng)起拱，設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)加大鋼梁的剛度。加強(qiáng)與鋼梁相連接的屋面混凝土梁配筋，上下鋼筋均通長(zhǎng)設(shè)置，以承受雨蓬鋼梁傳來(lái)的上下雙向風(fēng)荷載作用。

(5)21 m大跨度利用人行天橋扶手作為其上弦桿，采用桁架結(jié)構(gòu)，將結(jié)構(gòu)和建筑有機(jī)地結(jié)合在了一起。為解決室外天橋桁架下弦桿件只能用［25的槽鋼，撓度難以控制的問(wèn)題，在［25的槽鋼內(nèi)側(cè)再并一［16的槽鋼，形成組合截面，加大了截面的剛度，同時(shí)滿(mǎn)足了強(qiáng)度要求。

圖3 V型柱子詳圖

4 計(jì)算分析

采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPM工程部編制的PKPM系列之SATWE進(jìn)行主樓的計(jì)算，JCCAD進(jìn)行基礎(chǔ)計(jì)算，同濟(jì)大學(xué)開(kāi)發(fā)的3D3S軟件進(jìn)行室外天橋計(jì)算。

(1)分析設(shè)計(jì)要點(diǎn):“V”形柱轉(zhuǎn)換構(gòu)件左右對(duì)稱(chēng)布置，兩端頭上層的柱子也對(duì)稱(chēng)布置，以求在總體上對(duì)稱(chēng)，將左右各自的不平衡力，通過(guò)中間相連梁板的傳遞最終合并平衡消失，考慮到施工誤差及可能由斜柱上端樓層傳來(lái)的不平衡力，在設(shè)計(jì)中將此不平衡力傳給核心筒來(lái)承擔(dān)，最終傳給基礎(chǔ)。

(2)由于樓層活荷載的存在，嚴(yán)格的荷載對(duì)稱(chēng)情況是不存在的。因此，對(duì)采用“V”形柱轉(zhuǎn)換的受拉樓層的梁、板配筋應(yīng)做特殊考慮。具體設(shè)計(jì)時(shí)，板面上、下及梁內(nèi)縱筋連續(xù)配置，其鋼筋接頭的搭接長(zhǎng)度按受拉鋼筋的要求處理。

(3)通過(guò)計(jì)算分析表明，不考慮樓蓋梁的剛度退化時(shí)，樓蓋梁處于最不利受力狀態(tài);當(dāng)考慮樓蓋梁的剛度退化且考慮長(zhǎng)期作用影響時(shí)，“V”形和樓板處于最不利受力狀態(tài)。因此，樓蓋梁和“V”形的設(shè)計(jì)承載力應(yīng)該分別滿(mǎn)足最不利受力狀態(tài)下的小震組合要求。

(4)在實(shí)際設(shè)計(jì)中，對(duì)“V”形斜柱子轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，采用彈性樓蓋計(jì)算，并考慮下弦樓蓋梁在軸向拉力下出現(xiàn)裂縫，引起下弦樓蓋梁剛度退化造成對(duì)整體轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的不利影響，下弦樓蓋需要滿(mǎn)足重力荷載下裂縫限制的要求。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)下弦樓蓋梁按偏心受拉構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并滿(mǎn)足正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算要求。在地震作用下，為保證轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)可靠地傳遞重力荷載和地震作用，尤其是在大震作用下保證與“V”形柱相連接的豎向構(gòu)件可靠工作是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。因此，與斜柱連接的節(jié)點(diǎn)應(yīng)該在構(gòu)造上予以特別加強(qiáng)。

(5)局部有限元分析FEQ計(jì)算

從PMCAD中截取一榀框架，采用高精度平面有限元分析程序FEQ進(jìn)行二次應(yīng)力分析，得出加強(qiáng)部位的應(yīng)力和配筋。實(shí)際配筋時(shí)取FEQ和SATWE計(jì)算結(jié)果的較大值。

(6)室外天橋計(jì)算

室外天橋計(jì)算采用同濟(jì)大學(xué)3D3S軟件進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)。21 m跨的人行天橋桁架上下弦為梁?jiǎn)卧箺U為桿單元。計(jì)算結(jié)果表明:桁架在各工況組合作用下，最大豎向位移、豎向撓度均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

5 梁柱節(jié)點(diǎn)及栓釘設(shè)置

(1)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，主要是處理好不同結(jié)構(gòu)材料之間的連接節(jié)點(diǎn)，以及沿高度改變結(jié)構(gòu)類(lèi)型所帶來(lái)的承載力和剛度的突變。根據(jù)《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《型鋼規(guī)程》)第9.2.1條，當(dāng)結(jié)構(gòu)下部采用型鋼混凝土柱，上部采用鋼筋混凝土柱時(shí)，在此兩種結(jié)構(gòu)類(lèi)型間，要設(shè)置結(jié)構(gòu)過(guò)渡層。主要措施是下部鋼結(jié)構(gòu)向上延伸，并設(shè)置栓釘。本工程轉(zhuǎn)換層上只有3層結(jié)構(gòu)，且屋頂有大懸挑鋼結(jié)構(gòu)，所以把鋼管一直延伸至屋頂。

(2)型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的梁柱連接按《型鋼規(guī)程》第9.1.2條主要有三種形式。本工程在設(shè)計(jì)時(shí)，在型鋼筋混凝土柱子內(nèi)型鋼采用貫通型，梁柱節(jié)點(diǎn)也采用剛性連接。設(shè)計(jì)上盡量減少梁縱向鋼筋穿過(guò)柱內(nèi)型鋼柱的數(shù)量，鋼筋盡量避開(kāi)鋼管柱子穿過(guò)，在鋼管上開(kāi)孔的周長(zhǎng)不大于鋼管柱子周長(zhǎng)的25%。

(3)根據(jù)《型鋼規(guī)程》第5.4.8條，對(duì)于轉(zhuǎn)換層大梁等受力復(fù)雜的結(jié)構(gòu)梁，為增加混凝土剪壓區(qū)型鋼梁上翼緣的粘結(jié)剪切力，型鋼上翼緣宜設(shè)置栓釘。栓釘承載力根據(jù)《型鋼規(guī)程》第11.3.1條和第11.3.4條計(jì)算。

6 結(jié)論

本文通過(guò)介紹一棟“V”形柱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的復(fù)雜多層結(jié)構(gòu)，并為解決其豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)的問(wèn)題，部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用了型鋼混凝土組合梁作為其轉(zhuǎn)換構(gòu)件。由于這也是這棟復(fù)雜多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)和關(guān)鍵，直接影響到整棟樓結(jié)構(gòu)的安全，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以特別重視。本文從工程概況、結(jié)構(gòu)方案開(kāi)始，引出要解決的問(wèn)題，采用的計(jì)算和分析方法，計(jì)算參數(shù)的選取，設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮和注意的問(wèn)題等一一做了詳細(xì)說(shuō)明，并且將解決這些問(wèn)題的設(shè)計(jì)方法和步驟做了介紹。

［1］GB 50223－2004建筑工程抗震設(shè)防分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)［S］

［2］GB 50011－2001建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］

［3］JGJ 138－2001型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］

［4］GB 50017－2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］

［5］唐興榮.特殊和復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006