第４２卷第１１期 ２ ０ １ ６年４月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏ１．４２ Ｎｏ．１ｌ Ａｐｒ． ２０１６ ·３９· 文章编号：１００９—６８２５（２０１６）１ １—００３９—０２ 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） 摘要：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。 关键词：教学楼，地基处理，结构体系，混凝土，钢筋 中图分类号：ＴＵ３１８ 文献标识码：Ａ １ 工程概况 地基土承载力特征值１２０ ｋＰａ。第④层：粉质黏土、粉细砂，地基 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 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 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 ６０ ｋＰａ。第⑦层：粉细砂，地基土承载力特征值１８０ ｋＰａ。第⑧ 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 １层：粉质黏土，地基土承载力特征值１８０ ｋＰａ。第⑨层：细砂，地基 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 土承载力特征值２００ ｋＰａ。第⑩层：粉质黏土、粉土，地基土承载 教学楼各个分区概况如下：Ａ一１，Ａ－７，Ａ一５，Ａ一６为地上４层的框架 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 结构，建筑高度１５．０００ ｍ，室内外高差为０．３０ ｍ；Ａ一２，Ａ一３，Ａ一４，Ａ一 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 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 区段范围内，第④层粉质黏土的灵敏度可按中一高灵敏度土考 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 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 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 区段可不考虑液化影响。按ＧＢ ５００１１—２０ｌ０建筑抗震设计规范 震构件——粘滞阻尼器。建筑结构安全等级为二级。设计使用 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 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， 别Ⅲ类。 结构抗震等级为二级。其余Ａ．１一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 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 ２工程地质条件 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 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。 ｌ Ｉ 基本风压 ∞０＝０．４０ ｋＮ／ｍ ｌ ｌ地面粗糙度 Ｃ类 Ｉ ｌ基本雪压 Ｓ０＝０．３５ ｋＮ／ｍ ｌ 先 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，１２）抗震设防的有关参数见表２。 ｌ抗震设防烈度陂计基本地震加速度倒设计地震分组『场地特征周期值ｌ建筑场地类别Ｉ 桩尖形式为ａ型，除Ｂ一１３，Ｂ一１５，Ｂ一 ｌ ８度 １ ０．２０ｇ 第一组 ｌＩ ０．４５ ｓ ｌ Ⅲ ｌ 外径４００，型号ＡＢ型，壁厚９５，ｌ注：Ａ．８，Ａ－９（连廊）抗震措施按８度考虑．其余抗震措施按９度考虑 １６桩长为２３．００ ｍ外，其余桩长均为２４．００ ｍ。单桩竖向极限承 预应力高强混凝土管桩（代号ＰＨＣ桩）混凝土强度等级Ｃ８０， 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 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 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 （详勘）》。ａ．场地、地形：本场地所处地貌为汾河Ｉ级阶地。ｂ．地 满足上部结构需要，减小沉降变形之目的。 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 基础形式采用柱下桩承台加地拉梁，局部采用承台梁， 层：粉质黏土，地基土承载力特征值１１０ ｋＰａ。第③层：粉质黏土， 地下室部分增设防水板。Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｃｈｉｎａ ａｎｄ Ｅｕｒｏｐｅ ｗｉｎｄ ｌｏａｄ ｃｒｉｔｅｒｉａ Ｑｉｎ Ｙｉ （Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｔｒａｆｉｆｃ Ｐｌａｎｎｉｎｇ＆Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１０１６６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔａｒｔｉｎｇ ｆｒｏｍ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｂａｓｉｃ ｗｉｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｗｉｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｈｅｉｇｈｔ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ，ａｎｄ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ ｗｉｎｄ ｓｐｅｅｄ ｓｐｅｃ— ｔｒｕｍ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｌｙ ａｎａｌｙｚｅｓ ｍａｊｏｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｗｉｎｄ ｌｏａｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｃｈｉｎａ ａｎｄ Ｅｕｒｏｐｅ ｗｉｎｄ ｌｏａｄ ｃｉｒｔｅｒｉａ，ａｎｄ ｓｕｍ— ｍａｒｉｚｅｓ ｗｉｎｄ ｌｏａｄ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｗｉｎｄ ｌｏａｄ ｃｒｉｔｅｒｉａ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｓｏｍｅ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｆｏｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎｅｒｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗｉｎｄ ｌｏａｄ，ｗｉｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｗｉｎｄ ｓｐｅｅｄ ｓｐｅｃｔｒｕｍ，ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ 收稿日期：２０１６—０１—２２ 作者简介：吴化伟（１９８５一），男，工程师 ·４０· 第４２卷第１１期 ２ ０ ｌ ６年４月 山 西 建 筑 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 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。 钢筋屈服强度实测值与强度标准值的比值不应大于１．３０； 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 １．２５；且钢筋在最大拉力下的总伸长率实测值不应小于９％。 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 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 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。 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 序号 ｌ 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。 构件名称及范围 基础垫层 ．．． 混凝土强度等级 Ｃ２Ｏ 混凝土抗渗等级 ２）计算参数见表３。 表３结构计算参数表 地震作用 地震作用计算 地震作用方向 ２ ３ ４ ５ ６ 有地下室 Ｉｌ 无地下室 Ｃ３０ Ｃ３０ Ｃ３Ｏ～Ｃ３５ Ｃ３０ Ｃ２５ Ｃ３０ Ｐ６ 地下室外墙Ｐ６ 考虑双向地震并考虑偶然偏心（±５％） 振型分解反应谱法 。ｌ， 框架柱及剪力墙 楼面梁、板、楼梯等 构造柱、过梁、圈梁等 室外露天环境构件 计算振型数 阻尼比 活荷载折减 楼板假定 周期折减系数 中梁刚度放大系数 ３倍楼层数 增设粘滞阻尼器后达到０．１（１０％） 按规范折减 整体指标计算采用刚性楼板假定，构件计算采用弹性楼板假定 按高层规范ＪＧＪ ３—２Ｏ１Ｏ第５ ２．２取值 ０．７ 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。 ３）计算指标（以Ａ一１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 振型号 １（Ｔ１） ２ 周期／ｓ ０．７３０ ６ Ｏ ６９１ ３ 平动系数 １．ｏ０ ０ ９７ 扭转系数 Ｏ ｏ０ ０．０３ 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 ＠３００绑扎或焊接钢筋网。钢筋网 ３（Ｔ０１） ４ ５ ６ ０．６３８ ４ Ｏ．２４０ ８ ０．２２８ ９ ０．２ｌ２ ３ Ｏ．０３ １ ００ Ｏ．９６ ０．Ｏ５ ０．９７ ０ ｏｏ ０．０４ ０．９５ 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 ＠６００ Ｘ６００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，应将钢筋弯入洞明侧边锚固；墙面抹灰采 表５ Ａ一１段主要控制参数 作用方向 楼层最小剪重比／％ ３．２０ ｙ ３．２０ 用Ｍ１０水泥砂浆，抹３５厚。钢筋网外保护层厚度为１０ ｈｉｍ。 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没计 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Ｔ程重 有效质量系数／％ 第扭转周期／第一平动周期 ｌ／ ｌ １００ １ｏｏ ０ ８７３ ８ １．Ｏ２ １．Ｏ１ 楼层最大层间位移与该楼层平均值的最大比值 楼层最大水平位移与该楼层平均值的最大比值 １．０３ １．Ｏｌ 楼层最大层间位移与层高之比的最大值 柱最大轴压比 １／６４４ ｌ／６３７ ０．４２ 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。 参考文献： ［１］ＪＧ．１ ２９７—２０１３，建筑消能减震技术规范［Ｓ］． 注１）楼层层问最大位移与层高之比的允许值为１／５５０。２）框架柱允许最大轴压 比为０．６５ ６结构材料强度和材质 －２，建筑结构消能减震（振）设计图集［ｚ］． １）本工程混凝土结构的环境类别：基础、雨篷、挑檐及其他外 ［２］０９ＳＧ６１０－２０９－－２０１２，建筑消能阻尼器［ｓ］． 露构件的环境类别均为二ｂ类；地下室、卫生问等室内潮湿环境 ［３］ＪＧ／Ｔ ［４］ 晋建质［２０１４］１１５号，山西省住房和城乡建设厅关于积极 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。 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 （Ｓｈａｎｘｉ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆＢｕｉｌｄｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００１３，Ｃｈｉｎａ） ｌｉｏｎ 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． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｅａｃｈｉｎｇ ｂｕｉｌｄｉｎｇ，ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓｙｓｔｅｍ，ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｓｔｅｅｌ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｎｅｗ Ｔａｉｙｕａｎ Ｍｉｄｄｌｅ Ｓｃｈｏｏｌ Ｎｏ．５ ｐｒｏｊｅｃｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｆｏｕｎｄａ—
