中國(guó)知網(wǎng)數(shù)字出版與數(shù)字圖書(shū)館項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

成 曉 萍

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

·結(jié)構(gòu)·抗震·

中國(guó)知網(wǎng)數(shù)字出版與數(shù)字圖書(shū)館項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

成 曉 萍

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

介紹了中國(guó)知網(wǎng)數(shù)字出版與數(shù)字圖書(shū)館項(xiàng)目的工程概況，從地基處理、上部結(jié)構(gòu)、抗震等級(jí)三個(gè)角度入手，對(duì)該項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了分析計(jì)算，總結(jié)出了一些設(shè)計(jì)思路，以供參考。

建筑物，地基，結(jié)構(gòu)，周期，參數(shù)

1 工程概況

中國(guó)知網(wǎng)數(shù)字出版與數(shù)字圖書(shū)館，位于山西省太原市高新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)。東側(cè)為唐槐西路，西側(cè)為大運(yùn)東路，南至2012-21(山西虹安科技股份有限公司)地塊，北至龍城大街。建設(shè)用地面積約2 hm2。

建筑物東西向長(zhǎng)約119.6 m，南北向?qū)捈s94.10 m，總建筑高度為34.8 m。本建筑物地下為2層(局部3層)，地上8層。地下層高分別為：2層3.9 m，地下1層6.6 m(局部夾層處為3.3 m)，主要功能為汽車庫(kù)、變配電機(jī)房、柴油發(fā)電機(jī)房、設(shè)備機(jī)房、人防設(shè)施；地上層高：1層為4.8 m，其他各層均為4.2 m，主要功能為辦公、行政用房、數(shù)字出版及生產(chǎn)基地、云計(jì)算中心、新產(chǎn)品研制中心、食堂等等。總建筑面積86 074.6 m2，其中地上建筑面積60 682.6 m2，地下建筑面積25 392.0 m2。地上分為A，B座塔樓和C座板樓。各樓座A，B間，B，C間及A，C之間的連廊連接體采用鋼結(jié)構(gòu)連接。

本工程抗震設(shè)防烈度為8度(0.2g)，設(shè)計(jì)地震分組第一組，場(chǎng)地類別為Ⅲ類，基本風(fēng)壓0.40 kN/m2,基本雪壓0.35 kN/m2,場(chǎng)地標(biāo)準(zhǔn)凍深0.80 m，設(shè)計(jì)使用年限50年。結(jié)構(gòu)形式：框架—剪力墻結(jié)構(gòu)。抗震等級(jí)：剪力墻為一級(jí)，框架二級(jí)。

本建筑物體型具有一定的特點(diǎn)，其地下結(jié)構(gòu)連為一個(gè)整體，地上是一個(gè)局部下部架空上部連通的整體式建筑，東側(cè)和西側(cè)在3層及3層以上將建筑物北側(cè)和南側(cè)連接起來(lái)，北側(cè)在6層及6層以上將建筑物東側(cè)和西側(cè)連為一體，這樣整個(gè)建筑形成了在地上部分為下部分開(kāi)，上部連接的形式(見(jiàn)圖1)。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 地基與基礎(chǔ)

根據(jù)甲方提供地質(zhì)資料，本工程辦公樓A座、B座、C座及通道1，2，3擬采用CFG樁復(fù)合地基，基礎(chǔ)底標(biāo)高為-12.10 m；地基處理范圍：CFG樁的平面布置均在各樓座及通道內(nèi)；經(jīng)地基處理后基底承載力特征值(fspk)應(yīng)大于350 kPa；而地下車庫(kù)部分采用天然地基方案，基底持力層為③粉土層或③1層粉細(xì)砂。地基承載力特征值為fak=120 kPa。

經(jīng)計(jì)算，CFG樁樁徑取400，樁頂標(biāo)高為-12.570 m，有效樁長(zhǎng)18 m，樁端持力層為⑧層粉細(xì)砂層，樁端進(jìn)入持力層深度不小于1.0 m。單樁承載力特征值大于600 kN，施工樁頂標(biāo)高宜高出設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高不少于0.5 m。CFG樁混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20。

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)過(guò)反復(fù)核算，我們?cè)谵k公樓A座、B座核心筒部分采用筏板基礎(chǔ)，其余部分為十字交叉柱下條形基礎(chǔ)。筏基部分的基底反力約245 kPa，條基的基底反力約232 kPa，兩者反力基本接近?；讟?biāo)高約為-12.10 m，條基寬度為3.0 m。

辦公樓C座也采用柱下條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)寬度為3.0 m，基底標(biāo)高同A，B座，局部達(dá)到-14.0 m。同樣基底反力為230 kPa左右。

通道1，2，3部分為筏板基礎(chǔ)，此處由于上部鋼結(jié)構(gòu)跨度大，柱下荷載相對(duì)較大，采用筏基后，基底反力均達(dá)346 kPa左右，滿足設(shè)計(jì)要求。

采用分層總和法沉降計(jì)算，辦公樓A座、B座、C座條形基礎(chǔ)及筏基的沉降量計(jì)算均小于50 m。相鄰柱沉降差異及沉降總量計(jì)算均滿足設(shè)計(jì)要求。

地下車庫(kù)部分采用天然地基，基礎(chǔ)寬度3.0 m，基底標(biāo)高為-11.800 m。

在所有條形基礎(chǔ)與筏板之間及條形基礎(chǔ)之間設(shè)置鋼筋混凝土防水板，防水板厚350。設(shè)計(jì)時(shí)地下水位的浮力按5 m的水位進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中防水板抗浮計(jì)算中已考慮枯水期的水位變幅1 m。防水板經(jīng)計(jì)算構(gòu)造配筋已滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1)結(jié)構(gòu)分段。整個(gè)建筑我們采用上分而下不分的原則，在辦公樓A座、B座、C座及通道1，2，3在±0.000地面以下連為一體，在±0.000地面以上各相鄰單體之間設(shè)置防震縫，使得將整個(gè)看似復(fù)雜的連體高層建筑的計(jì)算將劃分為在±0.000嵌固的6個(gè)獨(dú)立的計(jì)算單元進(jìn)行計(jì)算，避免了因樓座之間高位連接所形成的超限問(wèn)題。我們對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了包絡(luò)設(shè)計(jì)，即采用整體多塔分析與各單體的獨(dú)立計(jì)算。

施工期間，在樓座與地下車庫(kù)之間設(shè)置用于沉降的后澆帶，沉降后澆帶在結(jié)構(gòu)主體完成后澆筑。C座因?yàn)殚L(zhǎng)度119.6 m，屬于超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)考慮了一定的溫度應(yīng)力，在框架梁柱外側(cè)及屋面板面均設(shè)置一定數(shù)量的溫度筋，抵御溫度應(yīng)力，且C座辦公樓在長(zhǎng)度1/3位置設(shè)置用于溫度后澆帶，溫度后澆帶在地下室結(jié)構(gòu)完成后60 d澆筑。

2)結(jié)構(gòu)體系。本工程辦公樓A座、B座及C座均采用鋼筋混凝土框架—抗震墻的結(jié)構(gòu)形式；通道1，2，3采用鋼骨混凝土柱、鋼骨混凝土剪力墻、鋼梁的框架—抗震墻結(jié)構(gòu)形式；其中西側(cè)通道2、東側(cè)通道3跨度為20.9 m，北側(cè)通道1為29.8 m～37.3 m。樓面、屋面采用鋼梁+鋼筋混凝土板的組合樓面體系。地下室采用鋼筋混凝土框架的結(jié)構(gòu)形式。

3)建筑物抗震等級(jí)。上部：辦公樓A，B，C座，抗震墻抗震等級(jí)為一級(jí)，框架等級(jí)為二級(jí)；通道1，2，3抗震墻抗震等級(jí)為一級(jí)，框架等級(jí)為二級(jí)(按鋼結(jié)構(gòu)考慮)。

地下部分：辦公樓A，B，C座及通道1，2，3地下一層抗震墻抗震等級(jí)為一級(jí)，框架等級(jí)為二級(jí)；地下2層(含夾層)抗震墻抗震等級(jí)為二級(jí)，框架等級(jí)為三級(jí)。

地下車庫(kù)抗震等級(jí)為三級(jí)。與主樓連接的相關(guān)范圍內(nèi)其抗震等級(jí)同主樓的相應(yīng)部位的抗震等級(jí)。

對(duì)于地庫(kù)與主樓連接處的錯(cuò)層部位，我們采取了提高一級(jí)抗震等級(jí)的構(gòu)造措施進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)，滿足了規(guī)范要求。

3 結(jié)構(gòu)分析及結(jié)果

1)本工程設(shè)計(jì)計(jì)算所采用的計(jì)算程序。采用《多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件—SATWE》(2012年6月)進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體分析。

2)主要計(jì)算結(jié)構(gòu)如下。辦公樓A，B座計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1，表2。

表1 結(jié)構(gòu)自振周期(一)

表2 主要控制參數(shù)(一)

辦公樓C座計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3，表4。

表3 結(jié)構(gòu)自振周期(二)

表4 主要控制參數(shù)(二)

北側(cè)通道1計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5，表6。

東西側(cè)通道2，3計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7，表8。

表5 結(jié)構(gòu)自振周期(三)

表6 主要控制參數(shù)(三)

表7 結(jié)構(gòu)自振周期(四)

表8 主要控制參數(shù)(四)

4 設(shè)計(jì)總結(jié)

1)C座辦公樓，長(zhǎng)度為119 m，寬度35.7 m，為超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，溫度應(yīng)力不可忽視。溫差應(yīng)力包括板面溫差張拉應(yīng)力，梁板的軸向冷縮應(yīng)力，不同構(gòu)件比下梁和板在各自存在著不同溫度、形成不同漲縮效應(yīng)時(shí)接觸界面上產(chǎn)生的剪切應(yīng)力，強(qiáng)柱弱梁情況下柱水平推力與柱身作用彎矩的疊加。本工程通過(guò)采取外墻保溫、在外側(cè)框架梁的縱向通過(guò)增設(shè)一定數(shù)量的縱向腰筋，在每層柱外側(cè)及角柱來(lái)考慮溫度應(yīng)力。同時(shí)在屋面板設(shè)計(jì)時(shí)，也考慮了屋頂板的板面溫差應(yīng)力。溫度應(yīng)力按室內(nèi)外最大溫差來(lái)考慮，這個(gè)溫差變幅我們按照當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，取值不低于30 ℃。同時(shí)我們采取措施，比如在適當(dāng)部位設(shè)置用于溫度應(yīng)力和混凝土收縮的后澆帶來(lái)綜合考慮超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)所帶來(lái)的溫度和混凝土收縮應(yīng)力。

2)基礎(chǔ)部分：采用CFG+柱下條形基礎(chǔ)+防水板。對(duì)于條基及局部筏基的沉降計(jì)算，沉降量均控制在50 mm以內(nèi)。沉降差和沉降總量均滿足設(shè)計(jì)要求?；A(chǔ)實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)形式的經(jīng)濟(jì)性、合理性的統(tǒng)一，為甲方在基礎(chǔ)節(jié)約總造價(jià)15%左右。

3)由于本工程功能較為復(fù)雜，層高及凈高在建筑功能等方面的要求較為嚴(yán)格，我們?cè)诮Y(jié)構(gòu)梁的選擇上經(jīng)過(guò)反復(fù)比較，采用了寬梁設(shè)計(jì)，使得各專業(yè)功能在層高凈高上得到最優(yōu)化，同時(shí)也將結(jié)構(gòu)在剛度方面及受力方面更趨于合理化和經(jīng)濟(jì)化。

4)大跨度的鋼結(jié)構(gòu)連廊高位連接，原準(zhǔn)備鋼桁架轉(zhuǎn)換，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，我們采用密肋的焊接鋼梁與鋼骨混凝土柱，鋼骨混凝土剪力墻，形成框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，避免了在高層單方向形成單跨框架。且經(jīng)過(guò)計(jì)算，及采取通道層層連接，使得通道1在高位轉(zhuǎn)換時(shí)，上下層剛度比接近1，在雙方向剛度基本接近。同時(shí)也實(shí)現(xiàn)建筑功能的最優(yōu)化，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)及各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)化、合理化的要求，得到了甲方的認(rèn)可和好評(píng)。

5)后澆帶的應(yīng)用。在設(shè)計(jì)中，我們綜合考慮各種因素，在不同部位留設(shè)不同的后澆帶。后澆帶分為沉降后澆帶和溫度后澆帶。同時(shí)設(shè)計(jì)中我們特別強(qiáng)調(diào)其注意事項(xiàng)：

a.沉降后澆帶設(shè)在裙房一側(cè)，距主樓邊柱第二跨內(nèi)。從基礎(chǔ)一直到裙房頂，用它來(lái)減小地基差異沉降對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。封閉時(shí)間：如果沉降曲線平緩，可在高層封頂一個(gè)月后封閉；如果沉降曲線不平緩，應(yīng)延長(zhǎng)封頂時(shí)間。封閉混凝土采用比原構(gòu)件混凝土強(qiáng)度提高一級(jí)的微膨脹混凝土。施工要求：兩邊梁板必須支撐好，直到后澆帶封閉好后再拆除，做好基礎(chǔ)底板的防水，后澆帶封閉前應(yīng)覆蓋，勿使垃圾掉入難于清理。

b.溫度后澆帶設(shè)置距離40 m左右。封閉時(shí)間：混凝土澆筑后不宜少于2個(gè)月，封閉混凝土及施工要求同1)。為了減少混凝土收縮變形，在設(shè)計(jì)上，我們對(duì)梁板盡量選用較低強(qiáng)度等級(jí)；對(duì)于墻、柱不是必需也不應(yīng)采用過(guò)高的強(qiáng)度等級(jí)。在施工技術(shù)上，我們也強(qiáng)調(diào)采取相應(yīng)的有效措施，比如：減少水泥用量、慎用添加劑、減小水化熱、適量使用緩凝劑等等。

Structural design of CNKI digital publishing and digital library project

Cheng Xiaoping

(ShanxiAcademyofBuildingDesign,Taiyuan030013,China)

The paper introduces CNKI digital publishing and digital library project engineering conditions, analyzes and calculates its structural design methods from three aspects of foundation treatment, upper structure and seismic grade, and summarizes some design concepts, with a view to provide some guidance.

architecture, foundation, structure, cycle, parameter

2015-01-04

成曉萍(1967- )，女，工程師

1009-6825(2015)08-0033-03

TU746.3

A