光荣院平改坡屋顶结构设计的对比

郑 向 荣

(山西聚仁合人力资源有限公司，山西 太原 030013)

1 工程概述

某光荣院新建项目，东西向总长63.00 m，南北向总长108.20 m。建筑基底面积3 666.20 m2，总建筑面积为14 844.00 m2，地上4层，无地下部分。设计床位300张，含公寓、营养餐厅、保健室、活动室、业务办公、护工宿舍等功能。

建筑功能如下：

公共辅助部分：地上1层设置主要含入院登记、营养餐厅、厨房、理发室和棋牌室等；地上2层为心理咨询室、图书室及行政办公用房；地上4层设置护工宿舍。

老年公寓部分：南段地上1层～4层均为老年公寓(带套间)；中段地上1层～4层均为老年公寓(标准间)；北段地上3层～4层均为老年公寓(标准间)。各层为一个护理单元，每个护理单元内均配备有公共活动区、护工值班室、助浴室、洗衣间等配套用房。

层高与建筑高度：本工程地上1层层高3.60 m，地上2层～4层层高均为3.50 m，室内外高差0.30 m，总建筑高度14.40 m(建筑高度均由室外地坪至屋顶结构完成面)。

2 结构设计

结构形式为钢筋混凝土框架结构体系。设计使用年限为50年，抗震设防烈度8度，设计基本地震加速度值为0.20g，设计地震分组为第二组。地震作用按8度计算，抗震措施提高1度即满足9度的要求。建筑场地类别为：Ⅲ类。楼板均为现浇钢筋混凝土楼板，基础均采用钢筋混凝土条形基础。

2.1 工程地质概况

本场地为湿陷性场地。湿陷等级为北楼Ⅱ级非自重，中部、南楼Ⅲ级自重。本次勘探深度范围内未见场地地下水。地基土对混凝土及混凝土结构中的钢筋有微腐蚀性。

按湿陷地区建筑物分类属丙类建筑，需消除桩长范围内全部湿陷量。

2.2 地基处理方案确定

根据地质报告及上部结构形式和场地工程的地质条件，对地基分两个步骤进行处理：第一步，采用灰土挤密桩消除桩长范围内的部分湿陷土；第二步，在桩顶与基础之间换填2.0 m厚的三七灰土垫层,平面尺寸为基础边外扩2 m。

2.3 混凝土等级确定

1)基础垫层：C15；

2)基础：C35；

3)框架柱：1，2层C45，4层C40，凸出屋面楼电梯间C35；

4)梁、板、楼梯：C30；

5)圈梁、构造柱：C25。

2.4 楼屋面活荷载设计标准值

楼屋面活荷载设计标准值见表1。

2.5 非承重隔墙的设计

1)±0.000以下采用360,240厚非粘土烧结实心砖，砌体强度等级不低于MU10，砂浆采用M10水泥砂浆。

2)±0.000以上。

外墙：采用300厚加气混凝土砌块，砌体强度等级不低于A3.5。

内隔墙：采用200厚加气混凝土砌块，砌体强度等级不低于A3.5。

表1 楼屋面活荷载设计标准值

当采用加气混凝土砌块时容重应不大于7.0 kN/m3。砖、砌体和砂浆的强度等级必须符合设计要求。

卫生间隔墙：120厚非粘土烧结实心砖，砌体强度等级不低于MU10，砂浆采用M5混合砂浆。

楼梯间和人流通道的填充墙，应采用钢丝网砂浆面层加强。

3 两种屋顶计算结果的对比

现将平屋面改为坡屋面，在原建筑顶层层高3.500 m的基础上增加了3.195 m，建筑高度由原来14.400 m改成17.595 m，其余建筑功能不变。为了控制走廊吊顶后的净高及满足计算的要求，结构从模型到施工图全部进行了修改：由原来的全部框架结构改为：三个老年公寓楼为少量剪力墙的框架结构，但连廊仍为框架结构。在计算中，坡屋顶处的计算模型尽量与实际相符进行计算。抗震设防类别不变，仍为重点设防类(乙类)。对于增加了少量剪力墙后的框架结构计算，配筋应采用框架结构与框架—剪力墙结构的包络设计值。

以下是两种不同屋面采用的构件截面尺寸与计算结果分析对比。

3.1 梁、柱、墙、板及基础截面尺寸的对比

梁、柱、板及基础截面尺寸的对比见表2。

表2 梁、柱、板及基础截面尺寸的对比

由表2对比得出：坡屋面的柱截面尺寸减小变为两向相同；梁宽度部分由400 mm减小到350 mm，高度也有相应减小；但为满足计算上的要求，新增了少量钢筋混凝土墙；板的厚度尺寸不变；基础尺寸变为两向相同，竖向均采用同一种截面，翼缘宽度在水平向增大，竖向不变。

3.2 主要技术指标的对比

主要技术指标的对比见表3，表4。

表3 计算模型主要控制参数

由表3对比得出：除楼层最小剪重比不改变外，坡屋面中的有效质量系数、楼层层间最大位移与层高之比的最大值在两方向均有所减小，其余两项只在竖向部分有所增大。

表4 结构自振周期

由表4对比得出：坡屋面的周期变长，刚度变小，地震力影响变小，其余变化不明显。

4 结论及建议

通过以上两种结构形式的计算对比，得出结论：由于结构形式的改变，坡屋面比平屋面的柱截面有所减小，但增加了少量钢筋混凝土墙，周期变长，楼层层间最大位移与层高之比的最大值变小。综上所述，方案上平屋顶经济合理，坡屋顶保温美观；结构形式上框架结构的平屋顶计算比框架少量剪力墙的坡屋顶计算相对简单，周期、位移等技术指标更容易满足计算要求；结构建模中对复杂坡屋顶要尽量模拟出结构的真实情况，进行精确的建模计算。