资阳市人民医院急诊急救能力建设项目结构设计与分析

摘要：某项目位于四川省资阳市，采用框架结构体系，建筑总高度47.5 m。结构存在局部楼层大开洞、16.2 m高跃层柱、32 m大跨度上人屋面、局部楼层竖向收进等薄弱环节。进行了中震下楼板应力分析、跃层柱线性屈曲分析、性能化设计、大跨度屋面楼板舒适度分析，并结合计算分析结果，针对性提出结构加强措施，确保结构抗震安全性。

关键词：高层建筑； 框架结构； 楼板应力分析； 屈曲分析； 性能化设计； 楼板舒适度分析; 大跨度上人屋面

中图分类号：TU318.2文献标志码：A

1项目概况

本项目位于四川省资阳市雁江区车城大道三段576号（狮子山街道办，花果山社区），总建筑面积46 154.16 m2，其中地上建筑面积34 600.05 m2，地下建筑面积11 554.11 m2；地下1层（局部地下2层），地上8层，建筑总高度47.5 m，其中地下2层4.2 m，地下1层5.7 m，1层6 m，2～7层5.1 m，8层6.6 m。

地下2层平时为设备用房、汽车库，战时为医疗救护站；地下1层平时为设备用房、汽车库、局部战时为物质储备库；1层为急症诊室、门诊大厅、放射科、发热门诊、腹泻门诊；2～5层为门诊、医技；6层技能培训中心；7层为临床研究室；8层为医疗培训中心；屋面为电梯机房。

本项目效果图见图1。

2结构设计参数及主要构件尺寸

本项目结构类型为钢筋混凝土框架结构，结构设计基准期和设计使用年限均为50年，安全等级为一级，抗震设防类别为重点设防类（乙类）。抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为005 g，设计分组为第一组，场地类别为Ⅱ类，场地特征周期为035 s，抗震等级为二级。基本风压为03 kN/m2，地面粗糙度类别为B类。采用YJK40进行结构计算。本项目主要构件截面尺寸及材料强度等级见表1。

3结构设计特点及难点

本项目建筑最大边长118 m远超GB 50010-2010（2015年版）《混凝土结构设计规范》［1］第8.1.1条框架结构55 m的限值要求且存在楼层局部收进，故结构从楼层收进处分缝，从地下室顶板～大屋面将结构分为高塔与低塔2个独立的结构单元，分别进行结构设计。本项目设计难点主要有几点：

（1）低塔门诊大厅上空2、3层大开洞，削弱了楼层楼板平面内刚度，楼板能否有效传递水平荷载需经过计算分析，2、3层结构平面布置见图2、图3。

（2）由于边跨楼板开洞，个别边柱形成16.2 m高跃层柱，对跃层柱的稳定性需经计算确定，2、3层结构平面布置见图2、图3。

（3）屋面板下1层（8层）建筑空间作为医疗培训中心，房间内不允许出现柱子，由此形成32 m大跨度上人屋面，需计算大跨度梁在各种荷载工况组合下（包含竖向地震）的应力、稳定性、挠度满足规范限制要求并确保连接节点的可靠性，楼板舒适性尚应进行分析满足正常使用的要求，8层建筑平面见图4。

（4）本项目为重点设防类建筑（乙类）且建筑高度47.5 m接近DB51T 5058-2020《四川省抗震设防超限高层民用建筑工程界定标准》［2］第3.0.1条规定的框架结构50 m高度限值。由于建筑布局的限制无法增设上下贯通的剪力墙作为抗震设防二道防线，故需提出合理的性能化目标以提高结构的抗震性能。

4结构主要整体指标及结构超限情况分析

本项目结构主要整体指标见表2、表3，由表2、表3可知，结构各个主要参数均满足规范要求。结构超限情况分析见表4，高塔为规则结构，低塔有2项不规则，刚度突变及局部穿层柱，均是由于建筑布局原因造成，无法避免。

5针对薄弱部位的计算分析与加强措施

（1）对于低塔楼2、3层楼板大开洞采用楼板应力分析，确保中震作用下楼板拉应力小于混凝土抗拉强度标准值。经计算，当大开洞周围一跨范围楼板厚度由120 mm加厚到150 mm时，能满足设计要求，分析结果见图5、图6。从图5、图6中可以看出中震下2、3层楼板最大拉应力为1.4 MPa＜2.01 MPa（C30混凝土抗拉强度标准值），故可认为，在中震作用下，楼板不会开裂，能将梁柱拉结为一个整体并可靠传递水平作用。

（2）对于跃层柱，由于构件自由长度过长（16.2 m），若按规范公式进行计算，没有考虑结构的侧移失稳或者不从构件整体来考察构件的计算长度，有时会不安全，因此有必要对跃层柱做专门的计算长度分析，确定好跃层柱的计算长度是保证跃层柱得到可靠分析的前提。采用YJK有限元分析软件对低塔楼的跃层柱进行屈曲分析，模态见图7～图10。前3个模态跃层柱均为整体屈曲模态，第四模态开始发生某一方向的局部失稳，故选取第四模态为不利模态，对应的屈曲临界荷载系数为38.062，从而可以得到跃层柱的屈曲临界荷载。根据欧拉承载力公式Pcr=π2EI/（μl）2，反算得到柱的计算长度系数公式：μ=π/lEI/Pcr ，计算表格见表5。计算结果表明，跃层柱在38.062倍标准组合的轴力作用下才可能发生模态四的变形，且其计算长度系数μ=0.427＜1.25（模型计算取值），表明计算偏于安全，跃层柱不会发生失稳破坏。

（3）为最大限度降低大跨度梁所承担的荷载，大屋面采用单向密布钢与混凝土组合梁。为增加大跨度钢梁与周边梁柱连接的可靠性，凡是与大跨钢梁相连的梁或柱中均增设型钢，即局部做成SRC柱与SRC梁，为保证荷载传递的可靠性，SRC柱型钢一直贯通到基础。大跨度钢梁与SRC柱子采用刚性连接，与两侧SRC梁采用铰接。大跨度钢梁面外每隔2.7 m设置小钢梁确保大跨钢梁平面外稳定性；面内考虑包含竖向地震作用的各种不利工况组合使计算出的钢构件应力比留有富余（最大值控制在0.7左右）。控制组合梁挠度不超GB 50017-2017《钢结构设计标准》［3］附录B.1.1从严控制l0/400的要求，结构布置见图11。根据JGJT441-2019 《建筑楼盖振动舒适度技术标准》［4］第4.1.1条、4.2.1条要求进行屋面板竖向振动频率第一振型计算，结果见图12，f=3.76643 Hz＞3 Hz，满足规范要求。在变形较大区域布置行走激励对屋面楼板进行时程分析，分析结果表明竖向振动峰值加速度为0.096 m/s2＜0.150 m/s2，故舒适度验算满足规范要求。

（4）为提高本建筑的抗震性能，高塔考虑性能化设计，保证中震作用下全楼层柱子满足抗弯抗剪不屈服，大震作用下3层板面以下柱子受剪截面满足规范要求，且与小震作用下的配筋结果进行包络设计。

（5）低塔4～5层水平向局部收进为侧向刚度不规则，将4层楼板对应的上下各1层，梁柱抗震构造措施的抗震等级由二级提高为一级，4层楼板整体加厚至150 mm，且双层双向配筋，配筋率不小于0.25%。5结束语

本文主要介绍了资阳市人民医院急诊急救能力建设项目的项目概况、结构的特点难点，对大开洞楼层进行了中震下楼板应力分析、跃层柱屈曲分析、大跨度屋面舒适度分析并根据分析结果对结构薄弱部位采取了有效的加强措施；提出了大跨度屋面的结构布置方案及设计注意事项（节点可靠性、面外稳定性、面内应力比推荐限值及挠度控制要求）；最后还提出了性能化设计目标、楼层局部收进处构造加强处理措施，为类似工程的设计提供了一定的参考。

参考文献

［1］混凝土结构设计规范： GB 50010-2010［S］.北京：中国建筑工业出版社， 2015.

［2］四川省抗震設防超限高层民用建筑工程界定标准： DB51T 5058-2020 ［S］.成都：西南交通大学出版社， 2020.

［3］钢结构设计标准： GB 50017-2017［S］.北京：中国建筑工业出版社，2017.

［4］建筑楼盖振动舒适度技术标准： JGJT441-2019［S］.北京：中国建筑工业出版社， 2019.

［作者简介］赵纯阳（1992—），男，本科，国家一级注册结构工程师，从事结构设计工作。