談太原市第五中學校新校區(qū)教學樓結構設計

吳 化 偉

(山西省建筑設計研究院，山西 太原 030013)

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談太原市第五中學校新校區(qū)教學樓結構設計

吳 化 偉

(山西省建筑設計研究院，山西 太原 030013)

結合太原市第五中學校新校區(qū)項目概況及地質條件，闡述了工程的地基處理及基礎方案，并計算分析了工程結構設計的相關參數(shù)，介紹了結構材料的強度和材質，從而保證建筑結構的安全耐久性。

教學樓，地基處理，結構體系，混凝土，鋼筋

1 工程概況

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

2 工程地質條件

1)風雪荷載見表1。

表1 風雪荷載

2)抗震設防的有關參數(shù)見表2。

表2 抗震設防有關參數(shù)

3)標準凍深：0.74 m。

4)工程地質條件。

根據《太原市第五中學校新校區(qū)建設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.地層土質概述：場地內具體土層分布如下：第①層：人工填土。第②層：粉質黏土，地基土承載力特征值110 kPa。第③層：粉質黏土，地基土承載力特征值120 kPa。第④層：粉質黏土、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構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，第④層粉質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 地基處理及基礎方案

根據現(xiàn)有場地巖土工程地質條件，基礎持力層位于第①層人工填土層，且地基土第④層(粉質黏土、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，確定本工程采用預應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高，要求壓實系數(shù)不小于0.97。

預應力高強混凝土管樁(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準值達到1 400 kN；單樁豎向承載力特征值700 kN。樁端持力層為第⑧層粉質黏土層。該樁型施工工藝成熟，施工工期短，質量有保證，可解決地基強度不足，變形大的問題，從而達到滿足上部結構需要，減小沉降變形之目的。

基礎形式采用柱下獨立樁承臺加地拉梁，局部采用承臺梁，地下室部分增設防水板。

4 工程結構選型

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

5 結構計算

1)計算軟件:本工程整體計算采用中國建筑科學研究院編制的《高層建筑結構空間有限元分析與計算軟件》(SATWE)?；A設計使用PKPMCAD系列軟件JCCAD進行計算。

2)計算參數(shù)見表3。

表3 結構計算參數(shù)表

3)計算指標(以A-1段為例，其余段不一一列述)見表4，表5。

表4 A-1段結構自振周期

表5 A-1段主要控制參數(shù)

6 結構材料強度和材質

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

2)鋼筋的強度標準值應具有不小于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小于1.25；鋼筋屈服強度實測值與強度標準值的比值不應大于1.30；且鋼筋在最大拉力下的總伸長率實測值不應小于9%。

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

5)構件混凝土強度等級見表6。

表6 構件混凝土強度等級

位于二b類環(huán)境時，混凝土應使用引氣劑，施工時應按相關規(guī)范要求控制好含氣量。混凝土拌合時使用的表面活性劑應滿足規(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，其連接處預埋拉筋構造、圈梁及構造柱詳見標準圖集12G614-1中相關節(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。鋼筋網四周應采用錨筋等與樓板、梁、柱或墻體可靠連接；鋼筋網應采用φ6@600×600形梅花狀布置的錨筋固定于墻體上；鋼筋網的橫向鋼筋遇有門窗洞口時，應將鋼筋彎入洞口側邊錨固；墻面抹灰采用M10水泥砂漿，抹35厚。鋼筋網外保護層厚度為10 mm。

7 結語

通過對教學樓工程實例的分析與計算，簡要闡述了太原市第五中學校新校區(qū)教學樓的結構設計，以及教學樓類工程結構設計中關于減震構件的應用。不同建筑的結構設計與結構選型由于建筑場地、設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，就能使結構設計更加具有針對性、局部技術指標控制更為嚴格、從而建筑使用功能更貼切、人性化。

[1] JGJ 297—2013，建筑消能減震技術規(guī)范[S].

[2] 09SG610—2，建筑結構消能減震(振)設計圖集[Z].

[3] JG/T 209—2012，建筑消能阻尼器[S].

[4] 晉建質[2014]115號,山西省住房和城鄉(xiāng)建設廳關于積極推進工程減震技術應用的通知[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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