重點設防類山地教學樓結構設計研究

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【摘要】對某一7度區重點設防類的山地多結構單元教學樓進行了結構抗震設計、規則性判定及專項分析，結果表明結構各項指標均滿足規范要求;教學樓1～4區均為不規則結構;教學樓2區局部凸出的單跨框架在中震作用下的樓板應力滿足要求;并提出了山地建筑結構抗震加強措施，可供同行參考及探討。

【關鍵詞】山地建筑;重點設防類;抗震設計;加強措施

隨著城市建設的不斷推進，因地制宜，依山而建，已經成為目前的發展趨勢。山地建筑不僅符合人們對宜居的居住環境的需求，也能滿足建筑功能和質量的需求。由于山地建筑結構需與地形相適應，易造成結構豎向和平面不規則、結構形式難調整、基礎形式復雜等問題;同時目前針對山地結構設計中特殊問題仍缺乏系統的研究，如山地吊腳結構真實建模的規則性判定及專項分析等。本文對某一重點設防類的山地教學樓結構進行了結構抗震設計、并總結了山地建筑抗震設計的加強措施，供同行探討。

1項目概況

某職業技術學院建設項目的教學樓，擬建場地屬低山斜坡地貌，地形起伏較大，局部為陡崖，為典型的山地建筑。由于教學樓功能分區和建筑體型限制，通過設置防震縫將教學樓分為了4個結構單元，分別對應1～4區。教學樓效果圖見圖1，建筑參數見表1。

2結構抗震設計

2．1結構設計

教學樓結構分為4個結構單元(對應1～4區)，各單體之間設置了150mm寬的防震縫，四個結構單元均采用鋼筋混凝土框架結構。根據GB50223－2008《建筑工程抗震設防分類標準》［1］和GB50011－2010(2016年版)《建筑抗震設計規范》［2］，教學樓抗震設防分類為重點設防類，抗震等級為2級(局部凸出的框架、穿層柱為一級)，無地下室，按基頂嵌固計算;根據JGJ/T472－2020《山地建筑結構設計標準》［3］教學樓屬于吊腳結構，場地及抗震計算參數見表2。教學樓主要構件的截面取值:框架柱為600mm×600mm、700mm×700mm等，框架梁為300mm×600mm、300mm×700mm等，次梁為200mm×600mm、250mm×500mm等，現澆板厚為100mm、120mm等;梁、板、柱、基礎的混凝土強度等級均為C30，鋼筋等級均為HＲB400。標準層結構平面布置圖見圖2。根據GB50009－2012《建筑結構荷載規范》［5］取值如下，恒載:混凝土取27．0kN/m3;多孔磚砌體墻取不小于17．0kN/m3;實心磚砌墻取不小于19．0kN/m3;外加恒載及其他附加重量均按實際重量考慮。活荷載:辦公室、會議室、上人屋面為2．0kN/m2;教室、衛生間、走道、陽臺、樓梯為2．5kN/m2;不上人屋面為0．5kN/m2。山地建筑除保證其在地震作用下的穩定性外，尚應估計不利地段對設計地震動參數可能產生的放大作用，根據JGJ/T472－2020《山地建筑結構設計標準》中4．2．2條及條文說明，教學樓的場地條件:山頂標高675m，山腳標高606m。突出地形的高差H=69m，突出地形的水平投影距離L=190m;地質條件為巖質地面，可得H/L=69/190=0．363，坡角!=20°;教學樓的地震影響系數的放大系數為1．30。采用PKPM(V5．2)－SATWE對教學樓各個單體分別進行建模分析，為了真實反應山地建筑的吊腳或掉層結構受力特性，采用實際柱底標高進行建模;為考慮不平衡土壓力對結構的不利影響及剛度不均勻造成的扭轉效應，模型建立了擋土墻。三維整體模型圖見圖3，圖3僅示意不同結構單元之間的位置關系，實際設計及建模分析是4個結構單元單獨進行的，各個結構單元在小震作用下的計算指標見表3。根據計算結果，結構各項指標均滿足規范要求。

2．2結構規則性判定及專項分析

結構的規則性按GB50011－2010(2016年版)《建筑抗震設計規范》和DB51/T5058－2020《四川省抗震設防超限高層民用建筑工程界定標準》［4］進行判定，教學樓1區含2項不規則類型，為扭轉不規則和側向剛度不規則;教學樓2區含2項不規則類型，為凹凸不規則和側向剛度不規則;教學樓3區含2項不規則類型，為扭轉不規則和側向剛度不規則;教學樓4區含2項不規則類型，為扭轉不規則和側向剛度不規則;綜上教學樓1區～4區均為不規則結構，各結構單體不規則項見表4。教學樓2區存在2處局部凸出的單跨框架，在局部凸出位置容易應力集中，為了消除局部突出單跨框架對結構不利影響，需要對該棟的全樓板進行中震作用下的樓板應力分析。采用PKPM－PMSAP對全樓板進行中震作用下的樓板應力分析，樓板設置為彈性板6，分析結果見表5。由分析結果可知，教學樓2區樓板在中震作用下的最大拉應力為1．68MPa＜2．01MPa(C30混凝土軸心抗拉強度標準值)，表明樓板在中震作用下能夠保證處于彈性狀態，不會出現裂縫。

3結構抗震加強措施

3．1計算分析加強措施山地建筑場地位于坡地抗震不利地段，地震作用按JGJ/T472－2020《山地建筑結構設計標準》計算放大系數。結構建模采用實際柱底標高建模、真實反應山地建筑的吊腳或掉層結構受力特性。計算考慮不平衡土壓力對結構的不利影響，局部墻帶入整體計算，以考慮剛度不均勻造成的扭轉效應。計算結構整體抗滑移能力。樓梯間根據實際空間關系調整框架梁的標高，以便模型能準確反映構件布置對整體結構和構件的影響。補充樓板中震應力分析，找出樓板薄弱位置，必要時補充穿層柱的屈曲分析。

3．2構造加強措施

教學樓為重點設防類(乙類)，按照抗震設防烈度提高一度采取抗震措施，抗震等級為二級。基頂—1層吊腳柱截面加大且箍筋全高加密，體積配箍率提高10%;首層樓板板厚不小于120mm，配筋雙層雙向布置且配件率不小于0．25%;位移比較大處(大于1．3)的框架柱縱筋配筋率不小于1．2%，箍筋直徑不小于10mm，并全高加密。結構平面局部凸出的單跨框架抗震等級提高一級。結構長度大于55m時，長度方向設置后澆帶，長向框架梁配置抗扭縱筋，增加長度方向的整體性。樓梯采用滑動支座。樓梯間短柱的箍筋體積配箍率不小于1．2%，且全高加密。樓梯間角柱的縱筋配筋率不小于1．2%，箍筋直徑不小于10mm，并全高加密。

3．3非結構構件的措施

填充墻、女兒墻等非結構構件均按8度區的抗震等級采用相關構造措施加強處理。女兒墻的加強措施:在人流出入口的上方，采用200mm厚現澆鋼筋混凝土女兒墻;在非人流出入口的上方，采用200mm現澆鋼筋混凝土構造柱與砌體相結合的女兒墻，墻頂采用現澆鋼筋混凝土壓頂。樓梯間和人流通道處的填充墻，采用雙面鋼絲網砂漿面層進行加強。

4結論

本文對某一重點設防類的山地吊腳教學樓構進行了結構抗震設計、規則性判定及專項分析，并提出了山地結構抗震加強措施，主要結論:(1)教學樓各結構單元在小震作用下的各項指標均滿足規范要求，各個結構單元均存在一定的抗震不利之處，通過采取針對性的加強措施確保結構抗震合理有效。(2)教學樓屬于山地建筑，應估計不利地段對設計地震動參數可能產生的放大作用，計算地震影響系數的放大系數。應考慮不平衡土壓力對結構的不利影響;應計算結構整體抗滑移能力;應根據實際空間關系建模分析;必要時補充樓板應力計算、穿層柱屈曲分析等的專項分析，以確保山地建筑的抗震性能。

參考文獻

［1］建筑工程抗震設防分類標準:GB50223－2008［S］．北京:中國建筑工業出版社，2008．

［2］建筑抗震設計規范:GB50011－2010［S］．北京:中國建筑工業出版社，2010．

［3］山地建筑結構設計標準:JGJ/T472－2020［S］．北京:中國建筑工業出版社，2010．

［4］四川省抗震設防超限高層民用建筑工程界定標準:DB51/T5058－2020［S］．成都:四川省住房和城鄉建設廳，2020．

［5］建筑結構荷載規范:GB50009－2012［S］．北京:中國建筑工業出版社，2012．

作者：蔣元成 郭昌靈 張潔 單位：四川省建筑設計研究院有限公司