某高校实验楼的结构方案选型

2016-07-14童来富张庆山

浙江建筑 2016年6期

关键词：实验楼吊车型钢

张　材，童来富，张庆山

(浙江工业大学工程设计集团有限公司，浙江杭州 310014)

某高校实验楼的结构方案选型

张材，童来富，张庆山

(浙江工业大学工程设计集团有限公司，浙江杭州 310014)

结合某高校实验楼具体工程实例，从建筑功能、结构体系、技术经济指标等综合因素，对建筑单体采用多种不同结构体系进行计算比较，最终选用最佳结构体系方案，并为型钢混凝土在大跨度复杂结构设计中的应用作了一定的尝试。

结构方案选型；型钢混凝土；构造措施

1　工程概况

本工程为实验楼，包含1#楼、2#楼、3#楼及地下室，位于浙江省杭州市，项目总建筑面积44 389 m2，鸟瞰图见图1，局部平面见图2，剖面图见图3、图4，主要功能为教学和实验室，地下室部分层高为4.10 m(局部5.10 m)，主要功能为地下汽车库。

图1　鸟瞰图

图2　教学楼局部平面图

图3　1#楼剖面图

图4　2#楼剖面图

2　工程设计中需解决的难题

2.1结构方案的合理选择

本工程处在6度抗震设防地区，设计基本地震加速度值为0.05 g，地震分组为第一组，场地类别为Ⅲ类。考虑到机械大楼各部分的建筑功能、层数及结构形式的不同，通过多次计算比较，设置合理的结构缝，划分了不同的结构单元。

2.2结构选型与初步分析

本文选取1#楼剖面(图3)和2#楼剖面(图4)两个单体来分析。

经初步结构计算，分析得出如下难题：

1)建筑结构体系存在平面不规则，质心与刚度中心存在较大偏移，呈扭转不规则；已达到《建筑抗震设计规范(GB 50011—2010)》[1]表3.4.3.1的两种主要平面不规则类型的标准；

2)由于底层为大型承重实验室，运行吊车需抽柱，形成大跨度框架结构且需抬柱，造成竖向抗侧力构件不连续，且抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80%，已达到[1]表3.4.3.2的两种主要竖向不规则类型的标准；

3)建筑条件已限定首层高度(1#楼为10.450 m,2#楼为6.450 m)，考虑到中间运行的吊车空间及起吊高度，客观上限制了大跨梁的净高(1#楼为1.500 m,2#楼为1.300 m)。

本工程结构体系平面不规则和竖向抗侧力构件不连续，为了满足建筑功能要求，通过合理的结构体系选型和整体优化，使结构周期、弹性层间位移角、地震作用等各项规范指标达到要求，避免结构体系扭转不规则和楼层承载力突变以及解决大跨度梁的净高是本次结构设计的核心目标。

2.3方案比较

由于项目的特殊性，选择了4种结构方案，分别是：

方案一为普通钢筋混凝土框架结构；

方案二为大跨预应力钢筋混凝土梁的框架结构；

方案三为大跨部分采用型钢混凝土梁、柱的框架结构[2-3]；

方案四为大跨部分采用型钢混凝土梁、柱的框剪结构。

采用中国建筑科学研究院开发的PKPM2010 V2.2的SATWE程序,进行结构计算并分析。见表1、表2。

表1　底层大跨框架梁、柱估算结果

备注：以上数据不含型钢的配筋率；1#楼底层跨度20.0 m，2#楼底层跨度17.0 m。

表2　1#楼方案三和方案四的计算指标

通过对表1、表2分析可知，方案一的梁、柱配筋率过大，基本可以排除；由于单体都是底层单跨抬柱形式，属抗震不利结构，且方案二的的柱配筋仍然过大，预应力梁本身预应力度也偏高，为满足要求，还需再加大梁、柱截面，且预应力梁的锚固端头也影响立面效果，综合多方面的因素考虑，排除了方案二；最终经过多次计算和分析，选择了如下方案：

1#楼采用方案四(结构平面布置图见图5)和2#楼采用方案三(结构平面布置图见图6)，满足建筑功能和规范要求，也缩短了施工周期。

图5　1#楼结构平面布置图

图6　2#楼结构平面布置图

2.4减少吊车振动对结构影响的措施

首先，考虑到实验楼投入使用前，底层地面设备安装需要频繁用到吊车的情况外，正常教学时间利用率不高，选用吊车的工作制为电动单梁级别，吊车运行对周边的影响很小；其次通过加大吊车轨道型号和改进吊车梁与轨道的连接大样等措施，减小吊车运行振动对上部的影响；最后,通过加厚实验楼的二层结构楼板至150 mm,也能降低振动对上部建筑物的影响。