山东鑫亚科技楼主楼结构设计

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇山东鑫亚科技楼主楼结构设计范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

[摘要] 山东鑫亚科技楼主楼采用现浇钢筋混凝土框架结构，设计对基础进行了优化，通过合理的构造措施满足了规范对框架柱轴压比限值的要求，对楼梯柱与主体结构梁的拉接构造进行了优化处理，并按规范要求加强了砌体填充墙与主体结构的拉结。

[关键词] 框架结构 柱下条形基础轴压比

Reinforcement concrete frame structure is adopted for main building of the Science and Technology building of Shandong Xinya industry Co., Ltd. Optimized the foundation design, and meet with national code’s specification for axial compression ratio of column by rational tectonic measure. And design optimized connection of stair columns with main structural beams. And design enhanced connection of masonry filling wall with main structure.

Keywords: frame structure; strip foundation under columns; axial compression ratio

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

一、工程概况

山东鑫亚科技楼是山东鑫亚工业股份有限公司电控燃油喷射系统项目的一个子项。本项目坐落于山东省聊城市经济技术开发区。本场地抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g，设计地震分组为第一组，场地特征周期值为0.45s。基本风压0.45 kN/ m2（50年重现期），基本雪压0.35 kN/ m2 （50年重现期）。

科技楼由主楼和辅楼两部分组成。主楼、辅楼之间设置有100mm宽防震缝。主楼主要为办公用房，内设楼梯两部及载客电梯两部。主楼平面为矩形，纵向轴网尺寸为7.2m*11，总长79.2（轴线距离）；横向轴网尺寸为（7.2+2.6+6.6）m，总宽16.4m（轴线距离）；共5层，首层层高4.8m，其余各层层高3.9m；主要屋面板顶标高20.4m，室内外高差0.45m，结构主体高20.85m。科技楼主楼建筑抗震设计类别丙类。

二、框架结构体系

框架结构是由梁、柱刚接组成的承重结构，既承受竖向荷载，又承受风荷载和地震作用。其优点是建筑平面布置灵活，可以做成较大空间，使用灵活。外墙用非承重构件，可使立面设计灵活多变。

科技楼主楼采用现浇钢筋混凝土框架结构。该结构平面布置比较规则、对称、具有较好的整体性；建筑立面及竖向剖面较简明、规则，结构刚度、承载力和延性基本分布均匀。结构的长、宽、总高、层高均满足抗震规范的要求。

三、柱下交叉条形基础

本工程场地土为中软土，场地类别为Ⅲ类，场地属非液化场地，属第四系全新统沉积物。根据土的物理力学性质，地基分6层，各土层描述如下：第1层耕土，平均厚度0.71m；第2层粉土，平均厚度2.03m，地基承载力特征值fak=120kPa；第3层粉质粘土，fak=100kPa；第3-1层粉土，fak =130kPa；第4-1层粉土；第4层粉砂；第5层粉质粘土；第6层粉砂；第6-1层粉质粘土，该层勘探未穿透。

经PKPM建模分析，发现在恒载+活载的标准组合作用下，中柱柱底内力大部分在2600kN左右，个别为3800kN左右；边柱柱底内力在2200kN左右；角柱柱底内力在1400kN左右。就整个结构而言，活载产生的总质量约7650kN，恒载产生的总质量约95350kN，结构的总质量约103000kN。

根据设计经验及当地工程实践，将第2层粉土作为基础持力层，该层地基承载力特征值为120kPa。基础设计分析如下：

若采用柱下独立基础，则对中柱，柱下独立基础底面积将达21.67m2（2600/120=21.67），个别中柱下独立基础底面积将达31.67m2（3800/120=31.67）。如再考虑基础自重，柱下独立基础底面积将会更大。显然，这相对于主楼的轴网尺寸而言是不合理的。

如采用筏形基础，则主楼上部结构总质量对地基持力层的承载力最小值要求为: 103000/1298=79.4 kPa，(主楼建筑占地面积79.2*16.4=1298.88m2），第2层粉土地基承载力特征值为120kPa。即使考虑基础自重，筏形基础也可以满足设计要求。

但考虑到筏形基础耗材量大，并不经济，本工程进一步优化选择采用柱下交叉条形基础。柱下交叉条形基础具有较好的空间刚度，既可将柱的荷载分布到纵横两个方向下的地基，又能调整纵横双向基础的不均匀沉降，且抗震性能好。

根据《建筑地基基础设计规范》GB5007-2002，设计实际取用条形基础梁高度为1250mm，稍大于1/6柱距（7200/6=1200mm，6600/6=1100mm）。在柱列端部，条形基础端部向外伸出2000mm，稍大于第一跨柱距的0.25倍（7200*0.25=1800mm，6600*0.25=1650mm）。变厚度翼板边缘高度取200mm，根部厚度取400mm。通过PKPM-JCCAD建模分析，中部条形基础梁的翼板宽度取为2600mm，个别为2400mm，周边条形基础梁的翼板宽度取为2000mm。设计很好的满足了地基承载力和地基变形的要求。

四、框架柱的轴压比限值控制

《建筑抗震设计规范》对框架柱的轴压比限值作了明确规定。限制框架柱的轴压比主要是为了保证柱的塑性变形能力和保证框架的抗倒塌能力。要求钢筋混凝土框架柱截面达到具有较好延的大偏心受压破坏状态，以防止小偏心受压状态的脆性破坏（小偏心受压延性不够理想）。从而保证框架结构在罕遇地震作用下，即使超出弹性极限仍具有足够大的弹塑性极限变形能力（即延性和耗能能力），实现“大震不倒”的设计目的。

科技楼主楼底层柱截面尺寸定为600mm*600mm。但通过PKPM-SATWE建模分析，发现个别中柱的轴压比到达了0.8，超过了二级抗震等级框架结构柱的轴压比0.75限值。此时笔者在这些柱底层沿柱全高设置箍筋肢距不大于200mm、间距100mm、直径12mm的井字复合箍筋，既满足了规范限值的要求，又没有盲目去增加框架柱截面尺寸。

五、楼梯结构设计

在框架结构中，楼梯构件与主体结构整浇时，梯板起到斜支撑的作用，对结构刚度、承载力、规则性的影响比较大，应参与抗震计算。然而，一直以来，结构设计往往把注意力放在了柱、梁板等主要结构构件上，而把楼梯等划归为较次要的构件。这种认识导致的不良后果在2008年汶川地震中有较突出的体现，一些建筑物中作为逃生通道的楼梯破坏严重。根据汶川地震的经验教训，《建筑抗震设计规范》正式要求：“计算模型的建立、必要的简化计算于处理，应符合结构的实际工作状况，计算中应考虑楼梯构件的影响。”

然而，现阶段由于对楼梯构件受力分析缺乏深入的研究，设计时更着重于做好概念设计和采取一些抗震构造措施。一些计算程序开发没能更好的跟上设计实践的需要。例如，PKPM目前就只能把相当规则的两跑楼梯建入到结构整体模型中，这显然不能满足设计实践的要求。

楼梯柱的设计，本工程采取撑柱的方式，即从下层的结构主梁（框架梁或楼面梁）上往上伸出楼梯柱。此时，有一个问题随之而来。楼梯柱是到楼层中间的休息平台标高为止，还是继续往上延伸与上层的结构主梁浇注成一体？如果选择前者，优点是结构受力明确，荷载传递路线简单明了。楼梯荷载(楼梯自重和楼梯活荷载)通过楼梯板传给梯梁再传给梯柱，最后传给生根楼梯柱的结构主梁。缺点则是楼梯结构的整体性不尽如人意。笔者最初考虑将楼梯柱在楼层休息平台标高以上继续延伸与上层的结构主梁浇注成一体。这样楼梯结构的整体性更好。但这样的话，各楼层的梯柱就上下连通了，并对各层结构主梁产生了支撑作用。此时，楼梯柱发挥了与普通框架柱完全相同的结构功能。通过建模分析，也验证了这点。各层结构主梁由于楼梯柱的支撑，跨度减小，截面设计的控制弯矩、剪力、挠度等都大为减小。而楼梯柱，特别是建筑底部几层的楼梯柱由于承受各层结构主梁传来的额外荷载，超筋、轴压比超限问题都很严重。

这样，最理想的是将楼梯柱按普通的框架柱设计，将其建入整体计算模型，在截面尺寸、配筋、箍筋加密、柱下基础、轴压比控制限值等各方面均按普通框架柱设计。不过，在楼梯间设置大截面尺寸的楼梯柱常常是建筑专业、甲方所不乐意接受的。

在本工程中，采取以下设计思路合理解决了上述问题。楼梯柱在每层楼层处与各层结构主梁底部留20mm厚缝隙，并用麻丝油膏封堵密实，仅将楼梯柱的纵筋锚入各层结构主梁内。这样，楼梯柱只承受楼梯荷载，并将荷载传给生根楼梯柱的结构主梁，而对各层结构主梁不构成支撑，从而可以采用较小的截面尺寸，也增强了楼梯结构的整体性。

六、 砌体填充墙

填充墙设置不合理，会对框架结构不利：沿建筑物高度填充墙布置不连续，使上、下层刚度变化过大形成薄弱层，特别当底层为开敞式的纯框架时，底层会遭到严重破坏；外墙框架柱在窗洞处因受窗下墙的约束而发生短柱型剪切破坏；不对称布置填充墙，使抗侧刚度偏心造成整体扭转；填充墙对框架的斜向支撑作用引起梁端、柱端附加剪力等。

《建筑抗震设计规范》对作为非结构构件的砌体填充墙，作了强制性的条文规定：“3.7.4 框架结构的围护墙和隔墙，应估计其设置对结构抗震的不利影响，避免不合理设置而导致主体结构破坏。”

本工程按规范要求对砌体填充墙设置了拉结筋、水平系梁、圈梁、构造柱等。并将其与主体结构可靠拉结，墙体与框架柱拉接，墙顶与框架梁或楼板的拉结。对楼梯间和人流通道的填充墙，还按规范要求采用钢丝网砂浆面层加强。

参考文献

[1].《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）.中国建筑工业出版社，2010.

[2].《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002）.中国建筑工业出版社，2002.

[3].黄世敏, 杨沈 等编著 《建筑震害与设计对策》. 中国计划出版社，2009.

[4].高立人, 方鄂华, 钱稼茹 编著 《高层建筑结构概念设计》. 中国计划出版社，2005.

作者简介：彭柳绿、1979年10月4日出生、男性、工作单位:中国汽车工业工程公司、邮政编码300190、职称:结构工程师、国家一级注册结构工程师、大学本科。