某7度區(qū)重點(diǎn)設(shè)防類山地教學(xué)樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

蔣元成 郭昌靈 張潔

摘要：對某一7度區(qū)重點(diǎn)設(shè)防類的山地多結(jié)構(gòu)單元教學(xué)樓進(jìn)行了結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)、規(guī)則性判定及專項(xiàng)分析，結(jié)果表明結(jié)構(gòu)各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求;教學(xué)樓1～4區(qū)均為不規(guī)則結(jié)構(gòu);教學(xué)樓2區(qū)局部凸出的單跨框架在中震作用下的樓板應(yīng)力滿足要求;并提出了山地建筑結(jié)構(gòu)抗震加強(qiáng)措施，可供同行參考及探討。

[作者簡介]蔣元成（1988—），男，碩士，一級注冊結(jié)構(gòu)工程師，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

隨著城市建設(shè)的不斷推進(jìn)，因地制宜，依山而建，已經(jīng)成為目前的發(fā)展趨勢。山地建筑不僅符合人們對宜居的居住環(huán)境的需求，也能滿足建筑功能和質(zhì)量的需求。由于山地建筑結(jié)構(gòu)需與地形相適應(yīng)，易造成結(jié)構(gòu)豎向和平面不規(guī)則、結(jié)構(gòu)形式難調(diào)整、基礎(chǔ)形式復(fù)雜等問題;同時(shí)目前針對山地結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中特殊問題仍缺乏系統(tǒng)的研究，如山地吊腳結(jié)構(gòu)真實(shí)建模的規(guī)則性判定及專項(xiàng)分析等。本文對某一重點(diǎn)設(shè)防類的山地教學(xué)樓結(jié)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)、并總結(jié)了山地建筑抗震設(shè)計(jì)的加強(qiáng)措施，供同行探討。

1 項(xiàng)目概況

某職業(yè)技術(shù)學(xué)院建設(shè)項(xiàng)目的教學(xué)樓，擬建場地屬低山斜坡地貌，地形起伏較大，局部為陡崖，為典型的山地建筑。由于教學(xué)樓功能分區(qū)和建筑體型限制，通過設(shè)置防震縫將教學(xué)樓分為了4個(gè)結(jié)構(gòu)單元，分別對應(yīng)1～4區(qū)。教學(xué)樓效果圖見圖1，建筑參數(shù)見表1。

2 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

教學(xué)樓結(jié)構(gòu)分為4個(gè)結(jié)構(gòu)單元（對應(yīng)1～4區(qū)），各單體之間設(shè)置了150 mm寬的防震縫，四個(gè)結(jié)構(gòu)單元均采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。根據(jù)GB 50223-2008《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》[1]和GB 50011-2010（2016年版）《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]，教學(xué)樓抗震設(shè)防分類為重點(diǎn)設(shè)防類，抗震等級為2級（局部凸出的框架、穿層柱為一級），無地下室，按基頂嵌固計(jì)算;根據(jù)JGJ/T472-2020《山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[3]教學(xué)樓屬于吊腳結(jié)構(gòu)，場地及抗震計(jì)算參數(shù)見表2。

教學(xué)樓主要構(gòu)件的截面取值：框架柱為600 mm×600 mm、700 mm×700 mm等，框架梁為300 mm×600 mm、300 mm×700 mm等，次梁為200 mm×600 mm、250 mm×500 mm等，現(xiàn)澆板厚為100 mm、120 mm等;梁、板、柱、基礎(chǔ)的混凝土強(qiáng)度等級均為C30，鋼筋等級均為HRB400。標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面布置圖見圖2。

根據(jù)GB 50009-2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[5]取值如下，恒載：混凝土取27.0 kN/m3;多孔磚砌體墻取不小于17.0 kN/m3;實(shí)心磚砌墻取不小于19.0 kN/m3;外加恒載及其他附加重量均按實(shí)際重量考慮?；詈奢d：辦公室、會(huì)議室、上人屋面為2.0 kN/m2;教室、衛(wèi)生間、走道、陽臺、樓梯為2.5 kN/m2;不上人屋面為0.5 kN/m2。

山地建筑除保證其在地震作用下的穩(wěn)定性外，尚應(yīng)估計(jì)不利地段對設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)可能產(chǎn)生的放大作用，根據(jù)JGJ/T 472-2020《山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中4.2.2條及條文說明，教學(xué)樓的場地條件：山頂標(biāo)高675 m，山腳標(biāo)高606 m。突出地形的高差H=69 m，突出地形的水平投影距離L=190 m;地質(zhì)條件為巖質(zhì)地面，可得H/L=69/190=0.363，坡角=20°;教學(xué)樓的地震影響系數(shù)的放大系數(shù)為1.30。

采用PKPM（V5.2）-SATWE對教學(xué)樓各個(gè)單體分別進(jìn)行建模分析，為了真實(shí)反應(yīng)山地建筑的吊腳或掉層結(jié)構(gòu)受力特性，采用實(shí)際柱底標(biāo)高進(jìn)行建模;為考慮不平衡土壓力對結(jié)構(gòu)的不利影響及剛度不均勻造成的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，模型建立了擋土墻。三維整體模型圖見圖3，圖3僅示意不同結(jié)構(gòu)單元之間的位置關(guān)系，實(shí)際設(shè)計(jì)及建模分析是4個(gè)結(jié)構(gòu)單元單獨(dú)進(jìn)行的，各個(gè)結(jié)構(gòu)單元在小震作用下的計(jì)算指標(biāo)見表3。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，結(jié)構(gòu)各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

2.2 結(jié)構(gòu)規(guī)則性判定及專項(xiàng)分析

結(jié)構(gòu)的規(guī)則性按GB 50011-2010（2016年版）《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和DB51/T 5058-2020《四川省抗震設(shè)防超限高層民用建筑工程界定標(biāo)準(zhǔn)》[4]進(jìn)行判定，教學(xué)樓1區(qū)含2項(xiàng)不規(guī)則類型，為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則和側(cè)向剛度不規(guī)則;教學(xué)樓2區(qū)含2項(xiàng)不規(guī)則類型，為凹凸不規(guī)則和側(cè)向剛度不規(guī)則;教學(xué)樓3區(qū)含2項(xiàng)不規(guī)則類型，為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則和側(cè)向剛度不規(guī)則;教學(xué)樓4區(qū)含2項(xiàng)不規(guī)則類型，為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則和側(cè)向剛度不規(guī)則;綜上教學(xué)樓1區(qū)～4區(qū)均為不規(guī)則結(jié)構(gòu)，各結(jié)構(gòu)單體不規(guī)則項(xiàng)見表4。

教學(xué)樓2區(qū)存在2處局部凸出的單跨框架，在局部凸出位置容易應(yīng)力集中，為了消除局部突出單跨框架對結(jié)構(gòu)不利影響，需要對該棟的全樓板進(jìn)行中震作用下的樓板應(yīng)力分析。采用PKPM-PMSAP對全樓板進(jìn)行中震作用下的樓板應(yīng)力分析，樓板設(shè)置為彈性板6，分析結(jié)果見表5。

由分析結(jié)果可知，教學(xué)樓2區(qū)樓板在中震作用下的最大拉應(yīng)力為1.68 MPa<2.01 MPa（C30混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值），表明樓板在中震作用下能夠保證處于彈性狀態(tài)，不會(huì)出現(xiàn)裂縫。

3 結(jié)構(gòu)抗震加強(qiáng)措施

3.1 計(jì)算分析加強(qiáng)措施

山地建筑場地位于坡地抗震不利地段，地震作用按JGJ/T 472-2020《山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》計(jì)算放大系數(shù)。結(jié)構(gòu)建模采用實(shí)際柱底標(biāo)高建模、真實(shí)反應(yīng)山地建筑的吊腳或掉層結(jié)構(gòu)受力特性。計(jì)算考慮不平衡土壓力對結(jié)構(gòu)的不利影響，局部墻帶入整體計(jì)算，以考慮剛度不均勻造成的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。計(jì)算結(jié)構(gòu)整體抗滑移能力。樓梯間根據(jù)實(shí)際空間關(guān)系調(diào)整框架梁的標(biāo)高，以便模型能準(zhǔn)確反映構(gòu)件布置對整體結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的影響。補(bǔ)充樓板中震應(yīng)力分析，找出樓板薄弱位置，必要時(shí)補(bǔ)充穿層柱的屈曲分析。

3.2 構(gòu)造加強(qiáng)措施

教學(xué)樓為重點(diǎn)設(shè)防類（乙類），按照抗震設(shè)防烈度提高一度采取抗震措施，抗震等級為二級。基頂—1層吊腳柱截面加大且箍筋全高加密，體積配箍率提高10 %;首層樓板板厚不小于120 mm，配筋雙層雙向布置且配件率不小于0.25 %;位移比較大處（大于1.3）的框架柱縱筋配筋率不小于1.2 %，箍筋直徑不小于10 mm，并全高加密。結(jié)構(gòu)平面局部凸出的單跨框架抗震等級提高一級。結(jié)構(gòu)長度大于55 m時(shí)，長度方向設(shè)置后澆帶，長向框架梁配置抗扭縱筋，增加長度方向的整體性。樓梯采用滑動(dòng)支座。樓梯間短柱的箍筋體積配箍率不小于1.2 %，且全高加密。樓梯間角柱的縱筋配筋率不小于1.2 %，箍筋直徑不小于10 mm，并全高加密。

3.3 非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的措施

填充墻、女兒墻等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件均按8度區(qū)的抗震等級采用相關(guān)構(gòu)造措施加強(qiáng)處理。女兒墻的加強(qiáng)措施：在人流出入口的上方，采用200 mm厚現(xiàn)澆鋼筋混凝土女兒墻;在非人流出入口的上方，采用200 mm現(xiàn)澆鋼筋混凝土構(gòu)造柱與砌體相結(jié)合的女兒墻，墻頂采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土壓頂。樓梯間和人流通道處的填充墻，采用雙面鋼絲網(wǎng)砂漿面層進(jìn)行加強(qiáng)。

4 結(jié)論

本文對某一重點(diǎn)設(shè)防類的山地吊腳教學(xué)樓構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)、規(guī)則性判定及專項(xiàng)分析，并提出了山地結(jié)構(gòu)抗震加強(qiáng)措施，主要結(jié)論：

（1）教學(xué)樓各結(jié)構(gòu)單元在小震作用下的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，各個(gè)結(jié)構(gòu)單元均存在一定的抗震不利之處，通過采取針對性的加強(qiáng)措施確保結(jié)構(gòu)抗震合理有效。

（2）教學(xué)樓屬于山地建筑，應(yīng)估計(jì)不利地段對設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)可能產(chǎn)生的放大作用，計(jì)算地震影響系數(shù)的放大系數(shù)。應(yīng)考慮不平衡土壓力對結(jié)構(gòu)的不利影響;應(yīng)計(jì)算結(jié)構(gòu)整體抗滑移能力;應(yīng)根據(jù)實(shí)際空間關(guān)系建模分析;必要時(shí)補(bǔ)充樓板應(yīng)力計(jì)算、穿層柱屈曲分析等的專項(xiàng)分析，以確保山地建筑的抗震性能。

參考文獻(xiàn)

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