昆明医科大学医药基础实验中心大楼高层部分结构设计

昆明医科大学医药基础实验中心大楼高层部分结构设计

肖竞

肖竞

（云南省设计院集团，云南，昆明，650228）

【摘要】昆明医科大学医药基础实验中心大楼高层部分采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构。高层部分平面近似L布置，结构平面不规则。一至五层楼板不连续。在设计中优化布置框架柱和剪力墙，减小不规则体型对结构的不利影响，计算和构造采取特殊措施，保证结构的安全、经济及合理性。

【关键词】框架-剪力墙结构；结构平面不规则；楼板局部不连续

1、工程概况

项目位于云南省昆明市呈贡区。总建筑面积35523m2,地上建筑面积：32433.61m2，地下建筑面积：3090.35m2，建筑高度39.6m(见图1）。建筑结构高层主体部分为框剪结构，多层部分为框架结构，连廊和构架为钢结构,高层部分下设一层人防地下室。高层部分是本次设计的难点所在，本文将做详细介绍。

图1建筑立面图

2、基础设计

建筑场地原地势西北高东南低，先经人工平整，地形平缓。第一大层为第四系人工填土层，即①层素填土，为高压缩性，物理力学性质差。第二大层为第四系冲洪积层，即②大层。其中②1层黏土为可塑状态，局部硬塑，土体松散，孔隙较大，高压缩性，局部中等压缩性，物理力学性质稍差，不宜作为荷载较大建筑物的地基基础持力层；②2层黏土为硬塑状态，局部坚硬、可塑，中等压缩性，物理力学性质较好，可作为地基基础持力层使用；②21层圆砾为稍密～中密状态，低压缩性，物理力学性质较好，可作为地基基础持力层使用。第三大层为冲湖积层，即③、④大层。其中③1层黏土为硬塑状态，局部坚硬，偶夹可塑，中等压缩性，物理力学性质较好，但埋深稍深，可作为桩端持力层使用；③11层圆砾为中密状态，低压缩性，物理力学性质好，但埋深稍深，可作为桩端持力层使用；③2层圆砾为中密状态，低压缩性，物理力学性质好，但埋深稍深，可作为桩端持力层使用；④层黏土为硬塑状态，局部坚硬，中等偏低压缩性，物理力学性质较好，但埋深稍深，可作为桩端持力层使用；④1层圆砾为中密状态，低压缩性，物理力学性质好，但埋深稍深，可作为桩端持力层使用。第四大层为坡残积层，即⑤大层粉质黏土，坚硬状态，局部硬塑，中等偏低压缩性，物理力学性质较好，但埋深稍深，可作为桩端持力层使用。第五大层为寒武系下统筇竹寺组（∈1q）灰岩，即⑥大层强～中风化灰岩。岩体破碎，属硬质岩石中的较硬岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级。物理力学性质好，可作为桩端持力层使用。

基础采用长螺旋钻孔灌注桩，柱下独立（联合）承台。有效桩长24m，桩径400mm。桩端持力层为地质报告中的○4粘土层，单桩竖向极限承载力标准值为2900kN。考虑主体与单独地下室部分连为一体，单独地下室一侧设沉降后浇带，将两者分开。

3、结构设计与计算

3.1主体结构设计

建筑结构设计使用年限50年，结构安全等级二级，建筑抗震设防分类丙类，场地抗震设防烈度8度（0.20g），地震分组为第三组，建筑场地类别为Ⅱ类。基本风压0.30kN/m2,地面粗糙度为C类。

建筑主体结构高层部分采用现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构，其中框架抗震等级二级，剪力墙抗震等级一级。

结构设计的主要特点在于建筑的平面和竖向体型上。建筑地上部分平面形状根据现状场地设计，高层部分的平面近似L型，L型的每边长均在50m左右，两边夹角116o，属于抗震设计规范所指的平面凹凸不规则。一至五层楼板不连续，在局部跨度为16.2m的框架范围内，仅在六层至屋面布置梁板，类似一个连体结构（见图2，图3）。在六层上，主体结构局部内收，结构竖向刚度不连续。以上不规则的建筑布置，导致在水平地震作用下，结构的扭转效应明显。为避免结构成为超限高层，建筑布置不能进行调整的情况下，必须控制结构的扭转位移比不大于1.20，防止出现扭转不规则。因此，在设计中在平面L型的两端及转角处，利用楼电梯间布置剪力墙，并尽量使剪力墙围合成封闭的筒体，使结构的抗侧刚度得到加强。在楼板不连续两侧布置剪力墙，加强连接体两侧的连接刚度，使两侧的连接得到有效加强，结构模型见图4。

图2二层~四层典型平面图

图4结构模型

3.2薄弱部位设计

建筑在局部跨度为16.2m的框架范围内，仅在六层至屋面布置梁板，一至五层从平面看是两个毫无联系的结构单体，使主体类似一个连体结构。为保证结构下部的这两个部分具有相同的抗震性能，竖向构件特别是剪力墙的布置，要满足两个部分单独考虑时仍具有框架剪力墙结构的抗震特性。

楼板不连续两侧的竖向抗侧力构件和水平构件，参照连体结构的相关要求进行加强。构件抗震措施提高一级，剪力墙边缘构件全高按约束边缘构件设计。连体部分六层及其上一层楼板最厚至150mm和配筋双层双向布置。

3.3结构计算

主体结构采用PKPM系列多高层建筑结构三维分析与设计软件SATWE进行分析计算，计算中考虑地震和风荷载作用的最不利方向，考虑偶然偏心，并在斜交抗侧力构件方向附加地震作用，一至五层按双塔定义。整体计算结果见表1,2。

表1结构计算周期

通过以上计算分析结果可以看出，因建筑平面布置不利带来的结构扭转得到改善，最大扭转位移比为1.20。底层柱承担倾覆力矩满足框架剪力墙结构的要求。结构布置也满足了实验楼建筑功能复杂的要求。

4．结语

随着社会的发展，现代建筑的形态和功能越来越复杂。建筑平面及结构构件布置的平面的不规则难以满足规范的要求。通过对结构地震反应的深刻理解，对多个结构布置方案的比较和试算，找到结构的薄弱位置，采取针对措施进行加强，控制结构的周期、位移、扭转位移比等关键指标，保证主体结构的安全性、经济性和满足建筑功能的合理性。