云南省怒江州人民医院结构设计

(整期优先)网络出版时间:2018-12-22
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云南省怒江州人民医院结构设计

孙宝权

西南有色昆明勘测设计(院)股份有限公司云南昆明650000

摘要:云南省怒江州人民医院位于云南省怒江州,当地最大的民营医院。本项目建筑面积约3.1万方,为二级综合医院,主要功能为医院建筑,设置二号住院楼、医技楼和儿童专科医院场地,按功能结合抗震缝划分为主楼及群楼两个单体,本文就该医院的结构设计要点进行分析介绍。

关键词:框架剪力墙结构;结构规则性判定;重点设防类建筑结构设计

一.工程概况

拟建的云南省怒江州人民医院二号住院楼、医技楼和儿童专科医院场地位于怒江州人民医院内,拟建位置优越,交通便利。

本项目根据功能及平面布置以抗震缝分为主楼及裙房两个单体,建筑面积:24535.13㎡,平面尺寸:56.2m×26.3m,地上17层,地下1层,一层层高为为4.8m,其它层为4.5、4.5、4.8米,出屋面楼梯间层高为3.3m,室内外高差0.15m。主要柱网为7.8mx7.9m、6.3mx7.8m。建筑高度为:70.2米,长宽比2.14,高宽比2.67,结构形式:钢筋混凝土框架剪力墙结构,属于A级高度高层结构。

裙房为多层框架结构,建筑面积:3002.19㎡,平面尺寸:56.2m×14.7m,地上5层,地下1层,一层层高为为4.8m,其它层均为4.5、4.5米,出屋面楼梯间层高为2.7m,室内外高差0.15m。主要柱网为6.9mx7.8m、7.8mx7.8m、建筑高度为:18.3米,长宽比3.82,高宽比1.24,结构形式:钢筋混凝土框架结构,多层结构,主楼及裙楼功能为主楼功能为住院楼、医技楼和儿童专科医院,耐火等级均为一级,设计使用年限为50年。

总体概况表

抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.15g,设计地震分组为第二组。

二、主要结构材料及截面

1,钢筋:柱、梁主筋采用HRB400级钢筋,柱、梁箍筋和楼板钢筋采用HRB400级钢筋;构造柱、圈梁、零星构件钢筋采用HRB400级及HPB300级钢筋。

2,填充墙材料:内外墙采用MU3.5混凝土多孔砖(900级)(砌块容重不得大于12.00KN/m3);M5.0混合砂浆砌筑。

3,混凝土:墙或框架柱C35~C45,梁板C35~C40

4,墙厚250~300,框架柱600x600~900x900,框架梁:250x700~350x800。

三.结构规则性判定

(一)住院楼、医技楼儿童专科医院主楼

1、平面规则性判定

(1)楼板连续

X向:有效楼板宽度为楼板典型宽度的74.1%>50%

Y向:有效楼板宽度为楼板典型宽度的76.8%>50%

(2)凹凸不规则

X向:建筑结构平面凹进尺寸14.55%<30%

Y向:建筑结构平面凹进尺寸23.9%<30%

(3)扭转不规则

最大层间位移角:X向1/981;Y向1/1038

最大扭转位移比(考虑偶然偏心):X向1.13<1.2;Y向1.2≤1.2

(4)地上主楼建筑侧向刚度满足侧向刚度比要求,刚度无突变,无薄弱层;竖向抗侧力构件连续;楼层承载力无突变。

结论:无平面不规则(总数少于三项),属于平面规则建筑。

2、竖向规则性判定

①根据计算结果显示,最不利楼层(地上一层)与相邻上一层的侧向刚度比值为1.1057>0.7,依据《抗规》第3.4.3条表3.4.3-2判定本工程无侧向刚度不规则。

②最不利楼层(地上一层)与相邻上一层的受剪承载力比值为0.94>0.8,依据《抗规》第3.4.3条表3.4.3-2判定本工程楼层承载力无突变。

③本工程无竖向抗侧力构件不联系。

④除出屋面楼梯间外无上部楼层收进或突出。

结论:本栋属平面规则竖向规则结构。

(二)住院楼、医技楼儿童专科医院裙房

1、平面规则性判定

(1)楼板连续

X向:有效楼板宽度为楼板典型宽度的28.3%<50%

Y向:有效楼板宽度为楼板典型宽度的31%<50%

(2)凹凸不规则

X向:建筑结构平面凹进尺寸0%<30%

Y向:建筑结构平面凹进尺寸47%>30%

(3)扭转不规则

最大层间位移角:X向1/603;Y向1/678

最大扭转位移比(考虑偶然偏心):X向1.02<1.2;Y向1.2≤1.2

(4)地上主楼建筑侧向刚度满足侧向刚度比要求,刚度无突变,无薄弱层;竖向抗侧力构件连续;楼层承载力无突变。

结论:有两项平面不规则(总数少于三项),属于平面不规则建筑。

2、竖向规则性判定

①、根据计算结果显示,最不利楼层(地上一层)与相邻上一层的侧向刚度比值为1.5460>0.7,依据《抗规》第3.4.3条表3.4.3-2判定本工程无侧向刚度不规则。

②、最不利楼层(地上一层)与相邻上三层的受剪承载力比值为1.0>0.8,依据《抗规》第3.4.3条表3.4.3-2判定本工程楼层承载力无突变。

③本工程无竖向抗侧力构件不连续。

④除出屋面楼梯间外无上部楼层收进或突出。

结论:本工程属平面不规则竖向规则结构。

四、建筑结构分析、选型及设计

采用PKPM软件进行多遇地震作用的计算分析。采用考虑抗扭耦联的振型分解反应谱法,选择较多振型计算。按《建筑工程抗震设防分类标准》(以下简称《分类标准》)(GB50223-2008)第6.0.8条的规定,其抗震设防类别为重点设防类。依据《分类标准》第3.0.3条的规定,设计按7度0.15g第三组确定其地震作用,水平地震影响系数最大值αmax取为0.132(地震力放大系数取1.1,考虑河岸不利地段),按《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)第6章有关8度的要求加强其抗震措施.

a、各振型振动周期、地震剪力

周期比:周期比最大值为:0.7894,小于规范限值0.9;X向平动振型参与质量系数总计:98.14%;Y向平动振型参与质量系数总计:98.44%,均满足规范相关规定。

b、地震作用下的楼层最大位移

楼层最大位移为1/982满足规范相关规定。

c、其他相关指标

结构的自振周期、位移比、剪重比等各向计算指标均满足相关规范要求。

本工程结构抗震计算,采用振型分解反应谱法,考虑平动和扭转耦连,进行多遇地震作用下的内力和变形分析,控制楼层的侧向刚度不小于相邻上一层的70%,或不小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%;框架结构进行罕遇地震作用下薄弱层(部位)弹塑性变形计算,控制弹塑性层间位移角小于1/550。框剪结构控制弹塑性层间位移角小于1/800。

五、结构主要措施

1、根据《建筑工程抗震设防分类标准》,本工程属于乙类建筑,应按工程所在地区抗震设防烈度提高一度的要求加强抗震措施。

2、裙房楼板大开洞周边采取加厚板厚,楼板双层双向配筋等措施。

3、梁与柱中心线偏心距大于1/4柱宽时,加强节点核芯区抗剪箍筋。

4、主楼与裙房间设置抗震缝。

5、基础部分,设置沉降后浇带,调节桩数和桩的间距以防止地基基础沉降不均匀。

6、本工程拟建场地位于怒江河岸边,对结构主体水平地震影响系数乘以1.1增大系数。

7、悬挑梁较长部分,计算竖向地震作用

六、基础选型说明

(1)地基均匀性评价

拟建场地建筑物范围内分布的土层有①层杂填土、②层圆砾、③层卵石、④层圆砾和⑤层卵石夹⑤1层圆砾,均为怒江河流冲积作用形成,钻探揭露其岩心表现为分选性差,级配极不均匀,重型圆锥动力触探试验测试结果表明其锤击数实测值变化较大,因此,拟建场地应属不均匀地基。

当采用天然地基时,在预计基础埋置深度范围内极可能出现土颗粒粒径悬殊情况,应按规范要求采取同粒径人工砂拌碎石料换填处理,避免地基产生不均匀沉降危害建筑物的使用安全。

(2)基础选型说明

拟建项目为一幢地上6F~16F框剪、框架结构建筑,设一层高度为4.50m的地下室,荷载不很大但建筑层数差异大,地基土层中①层杂填土和②层圆砾地下室开挖将全部被挖除,地下室开挖后基底全为③层卵石层,结合我司2003年11月承担过的《怒江州人民医院1号住院部大楼拟建场地的岩土工程勘察》(地上16F,基础形式建议并采用为加筋条筏板基础)经验,拟建项目可采用以③层卵石层为天然地基的浅基础持力层的加筋条筏板基础,基底如遇漂石,应按规范要求对漂石采用砂拌碎石料换填。

如采用浅基础形式难以满足上部结构强度和变形验算,建议采用桩基础,以⑤层卵石层为桩基础的桩端持力层,预计有效桩长(自基坑底部设计标高起算)8.00m~10.00m,桩基础可选用的桩型有泥浆护壁旋挖钻孔灌注桩和人工挖孔灌注桩。现对上述两种桩型对比分析如下:

(1)泥浆护壁旋挖钻孔灌注桩:该桩的优点是:桩身强度高,施工速度快,适合于各种岩土层成桩。其缺点是噪音大,造价相对较高,而且施工中的排污不仅对场地及周边的污染较大,排污成本也很高,在斜坡地段施工配套措施费相对较高。

(2)人工挖孔灌注桩:该桩的优点是:桩长可根据地层实际情况灵活调整,造价相对偏低,桩身质量较容易控制,故成桩质量较好;此外,因属非挤土桩,对土的扰动相对小一些。其缺点是施工速度较慢,漂石爆破施工对周围环境影响大,场地距离怒江约36.1m,挖孔桩施工中抽排地下水对周围环境的影响也较大,应控制桩长不宜太长、做好施工中变形监测和选择旱季开挖施工。

经对比分析,本着科学、安全和经济合理的原则,建议本工程基础形式宜采用桩基础,桩型建议采用旋挖钻孔灌注桩,桩径按D=1000mm,桩端以进入持力层深度不小于1.0倍桩径为宜,可获取的桩极限承载力标准值估算值QUK=5100~5600KN。

当采用人工挖孔灌注桩桩基础,桩径按D=1000mm,桩端以进入持力层深度不小于1.0倍桩径为宜,可获取的桩极限承载力标准值估算值QUK=6300~6800KN。

桩的设计、施工和质量检测请依据“GB50007-2011”和“JGJ94-2008”规范执行,初步计算的设计参数详见表5.1。工程桩施工前,应按规范要求,先施工试桩进行单桩竖向承载力静载荷试验,然后据试桩成果确定工程桩承载力设计值;工程桩施工结束后,应抽检一定数量的基桩进行静载荷试验,对其承载力及成桩质量再次复核。

七、结束语

该项目为混凝土框架结构。按《建筑工程抗震设防分类标准》(以下简称《分类标准》)(GB50223-2008)第6.0.8条的规定,其抗震设防类别为重点设防类。依据《分类标准》第3.0.3条的规定,设计按7度,设计基本地震加速度0.15g,地震分组为第三组确定其地震作用,水平地震影响系数最大值αmax取为1.32(地震力放大系数取1.1,考虑河岸不利地段),按《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)第6章有关8度的要求加强其抗震措施主楼为一级框剪结构,裙房为二级框剪结构。

建筑形体及其构件布置的平面一般规则和竖向规则。设计采用PKPM软件对结构进行多遇地震作用的计算分析。经计算分析,结构的自振周期、位移比、位移、剪重比等各项计算指标均满足相关规范要求。通过以上计算分析并采取抗震措施后,该工程的结构设计可满足抗震要求。

参考文献

[1]建筑抗震设计规范:GB50011-2010,北京:中国建筑工业出版社,2010.

[2]高层建筑混凝土结构技术规程:JGJ3-2010,北京:中国建筑工业出版社,2011.