余正路

（上海市房屋建筑設(shè)計(jì)院有限公司 上海 200062）

1 工程概況

本工程的綜合樓整體建筑面積為2500m2，綜合樓的高度是15.1m；其為多層建筑，包括三層，地上為兩層，地下為一層，地下的建筑是設(shè)備用房，地上的兩層公共建筑；建筑首層層高6.0m，二層層高5.8m，設(shè)備層層高2.7m，建筑功能比較復(fù)雜，包含有游泳池、健身大廳、兒童樂(lè)園、西餐酒吧、茶室、設(shè)備層等。室內(nèi)泳池平面如圖1所示，建筑剖面圖如圖2所示。

圖1 室內(nèi)泳池平面

圖2 剖面

該綜合樓框架柱截面主要為500mm×500mm、400mm×400mm、800mm×800mm；框架梁截面主要為300mm×600mm、300mm×800mm、300mm×1000mm、600mm×1100mm；框架跨度主要為7.2m、12.0m、18.0m；活荷載主要為3.5kN/m2；水池活載為16kN/m2；屋頂?shù)母餐梁爿d為22kN/m2。綜合樓結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)是II級(jí)，建筑抗震設(shè)防類別是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類。該地區(qū)的抗震設(shè)防烈度是Ⅵ度，第一組。地震加速度為0.05g。四級(jí)的框架的抗震，局部抗震等級(jí)為三級(jí)?；撅L(fēng)壓為0.35kN/m2，強(qiáng)度為C30的混凝土，鋼筋等級(jí)是HRB400，填充墻選擇質(zhì)量較輕的加氣混凝土[1]。表1顯示了建筑物的抗震設(shè)防類別等一些基本參數(shù)，圖3為主要樓層結(jié)構(gòu)平面布置圖。

2 結(jié)構(gòu)整體計(jì)算

建筑結(jié)構(gòu)通過(guò)satwe軟件進(jìn)行分析和整體計(jì)算，其中地下室的頂板作為計(jì)算的嵌固端。因?yàn)樵摻ㄖ容^高，有計(jì)算長(zhǎng)度比較大的框架柱，在進(jìn)行整體計(jì)算時(shí)，需要考慮重力的二階效用可能產(chǎn)生的影響[2]。計(jì)算的結(jié)果表明，因?yàn)榭蚣芰涸诳缍确矫娲笮〔灰?，結(jié)構(gòu)受力截面和配筋相差較大，結(jié)構(gòu)模型圖如圖4所示。

表1 建筑抗震設(shè)防類別及標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類

圖3 結(jié)構(gòu)平面布置

圖4 結(jié)構(gòu)模型

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)布置選型

3.1.1 基礎(chǔ)選型

基本設(shè)計(jì)選型合理與否與整個(gè)綜合樓的安全性以及投資密切相關(guān)。所以，選擇合適的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。

（1）為了降低投資，基本類型要按照地質(zhì)資料進(jìn)行合理選擇。由于地質(zhì)數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵基礎(chǔ)，所以基礎(chǔ)設(shè)計(jì)需要仔細(xì)分析地質(zhì)報(bào)告，特定問(wèn)題和特定分析，為了減少因盲目選型出現(xiàn)浪費(fèi)的情況，對(duì)于基礎(chǔ)類型也要進(jìn)行合理選擇。本工程采用的基礎(chǔ)形式為淺基礎(chǔ)，并根據(jù)規(guī)范要求執(zhí)行變形檢查計(jì)算[3]。

（2）后澆帶的設(shè)置。如果地基出現(xiàn)不均勻的沉降，會(huì)導(dǎo)致墻面出現(xiàn)裂縫，為了避免這種狀況，可能需要設(shè)置后澆帶。本工程長(zhǎng)寬為50m×40m，由于基礎(chǔ)與地庫(kù)連接結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度超過(guò)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（2015版）設(shè)計(jì)要求，本工程在底板中間部分設(shè)置一道后澆帶，地上部分建筑寬度滿足規(guī)范要求不設(shè)置后澆帶。

3.1.2 承重結(jié)構(gòu)的選型

因?yàn)楣步ㄖ牡谝粚訛橛境氐扔糜谏虡I(yè)服務(wù)，所需空間相對(duì)較大，所以，將框架結(jié)構(gòu)運(yùn)用到第一層建筑的承重結(jié)構(gòu)中，建筑上面的隔墻采用加氣混凝土，這樣進(jìn)行設(shè)計(jì)更加的經(jīng)濟(jì)，而且要從建筑物的強(qiáng)度和穩(wěn)定性來(lái)考慮結(jié)構(gòu)的選擇，更重要的是要適用且經(jīng)濟(jì)。

有兩種類型的框架結(jié)構(gòu)，一個(gè)是內(nèi)部框架，另一個(gè)是完整框架。所謂的內(nèi)部框架是不具有側(cè)支柱和中支柱的框架，并且框架的梁端由外壁支撐。這種結(jié)構(gòu)具有以下缺點(diǎn)：①因?yàn)殇摻罨炷恋膹椥阅Ａ坎煌诖u的彈性模量，所以柱形基礎(chǔ)和墻基礎(chǔ)的沉降可能會(huì)不均勻，并且可能會(huì)出現(xiàn)不均勻的沉降，并且會(huì)產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力應(yīng)用于內(nèi)部框架。墻壁很容易開(kāi)裂。②梁由墻支撐，整體剛度低。③傳遞力不清楚，風(fēng)荷載水平力僅由外壁承受，不能傳遞到框架。通常，對(duì)于不超過(guò)3層的不考慮風(fēng)荷載的建筑物，可以考慮內(nèi)部框架的結(jié)構(gòu)形式。否則必須使用完整的框架結(jié)構(gòu)[4]。

進(jìn)行框架設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能減少中間支柱的數(shù)量，以方便空間擴(kuò)展，并且經(jīng)濟(jì)且易于使用。而且常規(guī)的框架結(jié)構(gòu)中具有大開(kāi)間，施工方便的優(yōu)勢(shì)，滿足絕大多數(shù)的公共建筑使用功能的要求。

3.2 大跨度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）大跨度設(shè)計(jì)難點(diǎn)。

按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)跨度超過(guò)20m時(shí)，很難控制普通混凝土結(jié)構(gòu)梁的撓度和裂縫寬度。為了能夠滿足撓度以及裂縫寬度檢查計(jì)算，大跨度梁在設(shè)計(jì)梁的高度通常超過(guò)了柱的橫截面高度，并且鋼筋由裂縫寬度控制，從而導(dǎo)致線剛度可以大于框架行。這使得容易形成“強(qiáng)梁和弱柱”，并且違反了“強(qiáng)柱和弱梁”的抗震設(shè)計(jì)原理。因?yàn)楸卷?xiàng)目中大跨度地板的平整地板尺寸較大，而梁高比較低，因此地板舒適性問(wèn)題也需要注意[5]。

（2）結(jié)構(gòu)布置。

在一樣的載荷下，不一樣的結(jié)構(gòu)布置也會(huì)導(dǎo)致不一樣的內(nèi)力以及變形響應(yīng)。合理的荷載傳遞，良好的荷載性能，便捷安全的施工都是決定結(jié)構(gòu)布局有效性的因素。為了了解具有不同結(jié)構(gòu)布置的單個(gè)建筑物的空間性能以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，建立了具有不同結(jié)構(gòu)布置的結(jié)構(gòu)模型，對(duì)配筋和內(nèi)里進(jìn)行了分析計(jì)算，為這種類型的結(jié)構(gòu)找到最佳的布局。

按照主梁的尺寸差異和預(yù)應(yīng)力梁的布局設(shè)置，一共有兩種方案，如下：

（1）單向雙次梁方案：混凝土梁平行于長(zhǎng)跨度方向，切垂直于短邊方向。這種方案具有較少的鋼筋，并且更易于施工，且本方案在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮梁上翻設(shè)計(jì)，充分滿足泳池上空大開(kāi)間的建筑使用功能。在設(shè)計(jì)時(shí)考慮大跨度和屋面溫度應(yīng)力對(duì)整體結(jié)構(gòu)的不利影響，采用施工過(guò)程中預(yù)先起拱的施工工藝，解決梁撓度過(guò)大的問(wèn)題；此外對(duì)于大跨度屋面，采取提高板鋼筋的配筋率，且雙層雙向配置鋼筋，充分考慮混凝土收縮過(guò)程中產(chǎn)生的裂縫問(wèn)題。從經(jīng)濟(jì)和使用方面考慮，本方案比較適合本工程。

（2）雙向井字梁方案：雙向井字梁結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)調(diào)整和變形，作用力會(huì)更加的合理。另一方面，井字梁還具有撓度小、光束橫截面較小和剛性較高的優(yōu)點(diǎn)[6]；雙向井字梁方案中的鋼筋數(shù)量大，不方便施工，增加了成本，從經(jīng)濟(jì)方面考慮不適用本工程。

大跨度屋面結(jié)構(gòu)采取的加強(qiáng)措施：

（1）混凝土的選擇。

對(duì)混凝土的原材料進(jìn)行嚴(yán)格控制，進(jìn)行材料選擇時(shí)要多考慮其性能是否滿足需求，盡可能的降低水化熱，減少混凝土的收縮。如果條件滿足，減量選擇Ⅰ級(jí)粉煤灰的混合物，并且使用減水率超過(guò)18%的泵送劑，不要使用高鈣粉煤灰，水泥必須使用礦渣硅酸鹽低水化熱水泥。為了保證混凝土的抗開(kāi)裂和抗?jié)B透效果，必須限制混凝土的膨脹率。

（2）縱向鋼筋構(gòu)造措施。

對(duì)于熱應(yīng)力有顯著影響的組件，必須對(duì)該區(qū)域進(jìn)行加強(qiáng)，來(lái)提高混凝土的抗裂性以及最大抗拉強(qiáng)度。例如，地下室的頂層，第一層的頂層和屋頂板受溫度變化的影響很大，板鋼筋采用雙層雙向拉通設(shè)置；且在大跨度位置梁鋼筋采用通常鋼筋，按照規(guī)范要求配置抗扭腰筋，在滿足計(jì)算的前提條件下，適當(dāng)予以加強(qiáng)配筋提高安全儲(chǔ)備。

（3）增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗扭剛度措施。

建筑物的復(fù)雜平面，變化的空間，立面的不規(guī)則布局以及大跨度結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)扭曲問(wèn)題更加突出。盡管該項(xiàng)目是多層建筑，但考慮到其重要性，在設(shè)計(jì)過(guò)程中盡量滿足周期比小于0.9的要求。設(shè)計(jì)包括拐角處的框架梁、框架柱等，增加外部框架梁的寬度以及高度，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的扭曲以及橫向的剛度進(jìn)行了增強(qiáng)，降低了在地震發(fā)生時(shí)的扭力。

（4）框架梁柱結(jié)構(gòu)模型中加強(qiáng)的措施。

由于梁跨度大于18m，在設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮梁在計(jì)算過(guò)程中可能遇到的梁截面較大，框架柱寬度相對(duì)較小，為滿足基本結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)要求，對(duì)結(jié)構(gòu)框架柱截面予以大；從《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》上考慮，對(duì)于大跨度框架處梁柱采取提高抗震等級(jí)的措施。

（5）施工過(guò)程中注意事項(xiàng)。

建筑物大跨度屋面處，由于梁截面和板厚的加強(qiáng)，在施工過(guò)程中尤其注意施工完成早期養(yǎng)護(hù)，控制混凝土骨料的選擇，濕度和溫度等應(yīng)該防止混凝土收縮產(chǎn)生裂縫。

4 結(jié)論與建議

通過(guò)工程設(shè)計(jì)實(shí)踐，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面獲得了深厚的經(jīng)驗(yàn)，并有了一些新見(jiàn)解。

（1）現(xiàn)階段施工方案復(fù)雜多變，項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)影響過(guò)于集中。設(shè)計(jì)師在規(guī)劃階段要注意結(jié)構(gòu)性問(wèn)題，按照建筑物的用途以及設(shè)計(jì)時(shí)的建筑高度來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)體系的選擇，適當(dāng)設(shè)計(jì)建筑物的平面形狀和形狀，以達(dá)到建筑物美觀，安全的目的。

（2）結(jié)構(gòu)工程師需要充分了解各種結(jié)構(gòu)形式的力特性，關(guān)鍵位置和關(guān)鍵組成部分。針對(duì)一些比較復(fù)雜的工程，要對(duì)其結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行分析總結(jié)，通過(guò)一些目的性比較強(qiáng)的措施來(lái)對(duì)計(jì)算模型進(jìn)行優(yōu)化，整體而全面的了解問(wèn)題進(jìn)而解決問(wèn)題。

（3）要經(jīng)常關(guān)注該領(lǐng)域在國(guó)內(nèi)外的技術(shù)發(fā)展，要保證自己處于技術(shù)潮流的前沿，不斷學(xué)習(xí)吸收新的技術(shù)和成果，了解新的結(jié)構(gòu)形式，慢慢的進(jìn)行知識(shí)的積累。根據(jù)需要適當(dāng)打破規(guī)格限制，或在適用的情況下提出創(chuàng)新的理論和技術(shù)措施，并大膽地將其用在工程實(shí)踐里去。