陕西宝鸡教育中心科教大楼及学术楼结构设计

樊爽

陕西宝鸡教育中心科教大楼及学术楼结构设计

樊爽

结合地下室为大底盘，上部为一高一低两栋建筑的结构设计，介绍了其基础选型，结构布置及相应的结构计算分析结果。本文以宝鸡市教育中心科教大楼及学术楼的结构设计，着重分析该工程结构设计中存在的难点，探究切实有效的解决办法，希望对于提高类似房屋建筑结构设计水平有所帮助。

一、工程概况

1.建筑功能介绍：本工程位于陕西省宝鸡市高新开发区行政大道以南，高速路辅道以北，铁塔路以东，宝鸡污水处理厂以西，距宝鸡行政中心仅800米左右。主要功能定位为“五中心、三基地”，即：教育管理及行政指挥中心、考试管理服务中心、教育科研及评估中心、教育信息及教学资源管理中心、学生资助管理中心、教育管理干部及教师培训基地、学历教育及远程教育基地、面向社会的干部职工继续教育基地。平面功能：地下一层大底盘、地上四层(学术楼)、十五层(科教大楼)；地下一层作为设备用房、停车场、辅助用房等，学术楼地上一至四层作为培训教学和食堂，其中一层含一个1200座多功能厅、一个200人学术报告厅及舞蹈、美术、音乐琴房和其它培训教室，二至四层为培训教室，其中东侧三四层为食堂部分；科教大楼一至十五层作为宝鸡教育中心的综合办公，其中一层为教育服务大厅，二、三层为图书馆，其它楼层为各个部门的办公区。主空间采取近似方形柱网8.4米x7.8米，大多楼层层高则为柱网尺寸的一半4.2米，这样空间利用高，荷载受力均匀，工艺好排布，很好地满足了建筑各工种之间的要求。1200座多功能厅采用大跨空间网架结构。

2.结构各计算参数：建筑物基本风压取0.40KN/m2，地面粗糙度为：B类。抗震设防烈度:7度；设计基本地震加速度值：0.15g； 设计地震分组：第二组。建筑场地类别：II类。

3.结构选型：本工程分为科教大楼、学术楼和地下车库三个单体进行设计，地下为一个大底盘，地上两个单体以伸缩缝为界划分。科教大楼为地下一层，地上15层，采用框架-剪力墙结构，框架为二级、剪力墙为二级。学术楼为地下一层，地上四层（局部二、三层），采用框架结构，框架抗震等级为二级。地下车库为地下一层框架结构。

4.抗震设防分类：学术楼因含有1200座多功能厅，定为重点设防类（乙类）建筑，其余为标准设防类（丙类）建筑，建筑结构的安全等级为二级。

二、地基与基础

本工程地貌单元属渭河左岸高漫滩，场地地层自上而下依次为杂填土、粉土、细砂、粗砂、圆砾、卵石、砾砂、粉质粘土。采用天然地基，地基持力层为第6层卵石层，该层承载力特征值达到350KPa，经过验算承载力、下卧层及沉降量，均满足规范要求。十五层科教大楼采用梁筏基础，基底压力达到300KPa；四层学术楼采用条形基础，以300KPa承载力来计算，用基础梁翼缘宽度来调节与主楼间的沉降差，经过计算高层与多层的沉降差满足要求。单纯地下车库采用柱下独立基础，能够准确地传导柱荷载。基础筏板与条形基础、柱下独立基础间设置构造防水板，防水板下部设100厚苯板以使上部荷载能直接传递到各个基础。主楼与多层间设置沉降后浇带来解决基础的沉降。

三、上部结构

本建筑地下为车库、设备用房，地面以上为分科教大楼（15层）和学术楼（4层）两个单体，地下连成一个大底盘。地下室顶板采用180mm厚现浇板以做为上部结构的嵌固端。

地面以上建筑功能较为复杂，科教大楼含有中空通高至顶的大厅（回字型）、学术楼有一个1200人的多功能厅。为满足上部使用功能的要求，科教大楼的剪力墙布置结合建筑立面均集中布置在两侧核心筒部位即回字的两侧，使中间通高的大厅两侧均为剪力墙核心筒，使建筑空间和使用功能有效地发挥，中空大厅部位将大厅周边框架柱、梁、板的截面及配筋加强以增加整体结构的抗震性能。学术楼为了满足大空间使用要求，合理抽掉中间的框架柱，受力构件布局合理并满足建筑功能要求。同时采取加强周边框架、楼板等措施加强整体的抗震性能。整个结构计算受力明确，剪力墙与框架柱、梁设置合理，满足规范要求。

本建筑立面科教大楼寓意为书简，学术楼寓意为书架，十分复杂，层叠错落。结构设计中配合建筑立面在错落处采取悬挑或退梁等措施来满足立面要求，并能合理地配合幕墙的施工。

柱、剪力墙、梁、板主要受力钢筋均采用HRB400级钢筋，混凝土强度等级也随楼层的高度逐渐降低，使含钢量和造价得到合理的控制和降低。现浇混凝土采用预拌混凝土，建筑砂浆采用预拌砂浆等措施符合绿色建筑的要求。

四、计算分析

结构计算采用中国建筑科学研究院PKPMCAD系列软件中的高层建筑结构三维分析与设计软件SATWE进行计算分析：

1.科教大楼计算结果如下：

地震作用最大的方向 = -0.840 (度)

Tt/T1=1.9096/2.3018=0.829＜0.9；最大层间位移：X向Max-Dx/h 的最大值= 1/991、Y向Max-Dy/h 的最大值= 1/815 。X向偶然偏心地震力作用下的楼层最大位移与层平均位移的比值：1.02＜1.2 满足规范要求。Y向偶然偏心地震力作用下的楼层最大位移与层平均位移的比值：1.25＞1.2 ，满足规范要求需计算双向地震。水平力作用下结构底层框架部分承受的地震倾覆力矩与结构总倾覆力矩的比值大于10%、小于50%，按框架-剪力墙进行设计。

2.学术楼计算结果如下：

地震作用最大的方向 = -78.010 (度)

最大层间位移：X向Max-Dx/h 的最大值= 1/743、Y向Max-Dy/h 的最大值= 1/625。结构薄弱层弹性层间位移角小于1/50，满足要求。

两个单体各楼层的侧向刚度均不小于相邻上一楼层的70%，且不小于其上相邻三个楼层平均值的80%，侧向刚度规则。

通过各种结构措施的采用，该工程结构体系合理，安全可靠，且各部位均无超筋现象，满足了规范的各项要求。

五、结构用料

1.混凝土

科教大楼基础及筏板：C35；学术楼及地下车库基础：C30。

科教大楼柱、剪力墙： C 5 0～C 3 0，梁、板C40～C30。

2.钢筋

梁、柱、基础梁板受力主筋采用HRB400级钢筋，其它箍筋采用HPB300级钢筋。

六、设计体会

1.高低层建筑相连时应根据基底反力确定合理的基础形式，使地基承载力得到足够发挥的同时沉降差值也能很好的控制。

2.对于较高的框剪结构尽量使水平力作用下结构底层框架部分承受的地震倾覆力矩与结构总倾覆力矩的比值处于10%～50%，按框剪结构来计算。

3.当结构存在开大洞情况，应在计算时将周边楼板设为弹性板来复核计算结果。

4.采用高强度的混凝土和钢筋以缩小构件截面，并降低造价。

七、结语

结构做为房屋建筑工程的核心，其稳定性、安全性及坚固性的高低直接决定房屋建筑能否长期有效使用。宝鸡市教育中心工程获得了陕西省第十八次优秀工程设计三等奖、2016年度全国纺织行业部级优秀工程设计项目二等奖等奖项，本文对该工程由结构设计方面进行介绍和分析，让大家能更好的了解类似工程的结构设计。

陕西省现代建筑设计研究院）