日照市东港区农产品质量检测中心大厦结构设计
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摘要：本文以日照市农产品质量检测中心大厦设计为基础，一一介绍高层地下室车库抗浮、锚杆设计、超长结构处理等若干问题。可供设计人员参考。
关键词：框架-剪力墙、锚杆、抗浮
一、 工程概况：
日照市农产品质量检测中心位于临沂路西侧、莒州路北侧。该工程用地方整，占地1890.6平方米，它由主楼和四层裙房楼组成，总建筑面积41357.6平方米。主楼地下二层，其中地下二层为设备机房，层高3.9米，地下一层为汽车库，层高3.9米，主楼地面以上共十五层，一层至四层为综合办公区，十五层为机房层，标准层层高为3.6米，标准层面积为1422.8平方米。结构总高度为53.55米，裙房面积共7243平方米，主要功能为农产品展示和质量检测中心，总高度17.65米。地下车库共两层，层高分别为3.9米和4.65米，可停车233辆。
本工程抗震设防烈度7度、抗震等级为二级，场地类别为II类。
二、结构体系及主要结构尺寸。
（1）竖向结构体系
根据建筑功能要求及办公楼特点，主楼竖向采用现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系。由于一层至二层为共享中空大厅，要求具有较大的柱距及空间，周边柱距为9米，主楼四角部的剪力墙也仅有四分之一的墙体可以落地，另外，在疏散楼梯采用混凝土剪力墙封闭，为实现主楼平面刚度的平衡，在C轴增设对称的剪力墙两道，形成框架-剪力墙结构所需的双向抗侧力体系。
（2）平面结构体系
本工程主要功能为办公，标准层活荷载大多在2.0KN/m2左右。因中央空调通风设施的要求和建筑物总高度的限制，层高定为3.6米，地下室作为上部结构的嵌固端，板厚取为200mm，且板采用双层双向配筋。其它标准层多为3.6X3.6的双向板，板厚取为100mm。屋顶层120mm厚板，双层双向配筋。
（3）主要结构尺寸
主楼柱子截面一至五层为800mmX800mm，采用C40砼，四至十层700mmX700mm，以上层为600mmX600mm。外边框架梁采用350mmX700mm；剪力墙厚度为350~300mm，砼强度等级自下而上为C40~C30。为避免竖向刚度产生突变，使砼强度的变化与墙体厚度和柱截面的变化相互错开，。
三、 基础设计
由相关部门提供的地质勘察报告可知，本工程所在的地层为中软场地土，场地类别为II类。地下水在地表下0.5~1.5米。东南方向50米为沙墩河，距河较近，河水对地下建筑产生回灌的可能性较大。基础底板埋深-8.05米，基底标高-9.70米（绝对标高7.05米），±0.000相对于绝对标高16.65米，抗浮力设计值为10KPa/m。
地下车库抗浮计算结果如下：
1、荷载统计
车库顶板荷载：
（1）1500mm厚覆土：18x1.5=27KN/m2
（2）180mm厚砼现浇板： 25x0.18=4.5KN/m2
合计： 31.5KN/m2
2、 地下水位标高在室外地坪标高下1.2米，需抗浮验算：
（1）车库防水底板，板底标高位于车库地面标高以下0.8米
（2）车库顶板恒载 31.5KN/m2
（3）车库地面以下恒载
400mm厚土： 18x0.4=7.2KN/m2
400mm厚防水底板： 25x0.4=10KN/m2
合计： 17.2KN/m2
（4）总抗浮水位：6.06米，地下水浮托力按10KPa/m计算。故（31.5+17.2）x0.9=43.83KN/m2
配重比不满足抗浮计算要求，需做抗浮锚杆抵抗水浮力：抗浮锚杆每平方米设计抗浮力为60.6-43.83=16.77KN/m2，取为25KN/m2能够满足。
2、车库整体抗浮的要求
抗浮锚杆计算书：
根据抗浮计算书中，抗浮锚杆每平方米抗浮力为25KN/m，锚杆持力层为第五层花岗闪长岩强风化带，锚杆直径取0.15m,锚杆间距为3mx3m，锚杆轴向设计拉力值为225KN，锚杆锚固段长度计算如下：
故取锚杆锚固长度为4.38米，锚杆大样如下图四所示，锚杆孔径为Ø150，孔中心埋没钢筋约束作抗拔锚杆，锚杆持力层为第五层花岗闪长岩强风化带，锚杆进入持力层不小于4.5米。抗拔承载力大于225KN，锚杆钢筋采用HRB400级钢筋3φ22，注浆材料为水泥砂浆，强度不低于30MPa。因主楼与裙房、车库，不设任何永久缝，为解决沉降问题，两者间用施工后浇带和加强带
加以分隔。
基础属于大体积混凝土，要求如下：大体积砼中掺入水泥用量20%优质粉煤灰，同时强度设计值采用混凝土六十天龄期强度，混凝土分层浇筑，控制振捣质量，增强密实度，使用低水化热水泥，降低浇筑温度，降低骨料温度，掺加减水剂，尽量减少砼用水量，保证砼塌落度。
四、结构设计与分析：
（1）结构计算：
本工程抗震设防烈度为七度，基本风压值采用W0=1.1X0.4=0.44 KN/m2
场地类别为II类，结构计算采用中国建筑科学研究院《多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件》-SATWE程序进行计算分析，主要计算参数如下：砼容重27，结构重要性系数1.0；重量刚度增大系数2.0；梁扭矩折减系数0.4；周期折减系数0.75.结构计算结果见表1
自振周期（秒） 周期 平动系数X 平动系数Y 扭动系数Z
T1 1.60 1.0 1.0 0.00
T2 1.39 1.0 1.0 0.00
T3(Tt) 1.20 1.0 1.0 1.00
最大弹性层间位移角 X方向地震 1/1389
Y方向地震 1/1754
最大弹性层间位移角 X方向风 1/4749
Y方向风 1/3014
最大层间位移比 X方向地震 1.06
Y方向地震 1.14
最大楼层位移比 X方向地震 1.06
Y方向地震 1.14
由表1可见，主体结构对于地震作用及荷载作用的反应是正常的，各阵型下结构自振周期、位移及地震力符合规范的限制且均在正常的取值范围内，尤其是起主要作用的以结构扭转为主的第一周期Tt与以平动为主的第一周期T1之比小于0.9，这说明工程的结构布置是合理的，另外，由于结构在X、Y两方向上的刚度基本接近，两个方向的周期、位移基本相同。
五、主要结构构造措施
（1）楼板混凝土收缩及温度应力问题
主楼标准层纵向长度为81.2米，对中间楼板的变形有较强的约束作用，混凝土的温度收缩应力有可能使中间部分楼板出现裂缝，为此，本工程除了设置施工后浇带，楼板设置双层双向钢筋外，还把纵向四道梁的负筋至少有四根通长设置，这样在很大程度上可以有效地抵抗砼的收缩应力。
（2）薄弱层楼板的加强
主楼与附楼相连层上下各一层楼板的厚度均设为120mm厚，且双层双向配筋，大大保证了楼板的刚度。
(3)墙柱与楼板采用不同强度砼时的浇筑界线：本工程十层以下墙柱与楼板的砼强度等级不同，为此，施工中采用两台砼泵分别供应两种砼的使用，墙柱及节点砼稍前于梁板砼的浇筑，不留施工缝，两种不同强度的浇筑界线（如图五所示），其目的旨在保证节点区和墙柱墙柱是等强的。
六、结语
经过本工程的结构设计工作，感到概念设计在结构设计工作中的重要性，而结构方案的顺利实施需其它各工种的密切配合，不可想象，一个优秀的建筑作品是单一工种发挥到最佳，它一定是各工种完美结合的产物。因而，在此再次感谢其它各工种设计人员与相关人员的合作；再次感谢市审图中心的老师们在设计中给予的指导和帮助，特表谢意。
参考文献
（1）《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）中国建筑工业出版社
（2）《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》
（3）中国建筑科学院PKPMCAD工程部，高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE （2005版）
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。