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摘要:本文介绍广西前海医院门诊综合楼的结构设计,采用钢筋混凝土框架结构,因结构超长,通过设置后浇带减少混凝土的收缩应力,通过温度和中大震下楼板应力分析校核楼面梁板配筋,通过弹塑性分析验证结构大震下抗震性能目标。
关键词:超长结构;楼板应力;结构抗震设计;性能化设计
中图分类号:TU**文献标识码:A**文章编号:****
1工程概况
广西前海人寿医院是一所综合性医院,其中门诊综合楼设有地下1层、地上5层,高23.6m,长151.1m,宽47.45m,通过内部东西向交通廊将各门诊单元连接为有机整体,满足自然通风和采光最好需要,见图1、图2。
南面门诊综合楼地上5层,层高分别为5.4m、5.2m、4.8m、4.8m、4.8m,东西长向柱网跨度8.4~9m,南北向跨度9m;南面入口设为无柱中庭,跨度16.4mx24m,采用双向井式梁,梁高900mm;西侧五楼设有大会议室,跨度16.4mx24m,采用双向井式梁,梁高1000mm。
门诊综合楼采用钢筋混凝土框架结构体系,结合外立面的开窗要求框架梁梁高设置为900mm,与较大刚度的框架柱形成抗扭刚度大的外框架,内部以功能需求为设计前提,梁高限制不大于700mm,使结构具有适当的抗侧刚度及抗扭刚度,见图3~图6。
建筑东西向超长,为满足建筑的使用要求要求,沿东西向作为整体不设缝,楼层在局部楼梯、电梯、设备井道开洞等部位对楼板刚度产生了一定的削弱,需进行温度应力分析,中大震楼板应力分析。根据计算分析结果,对应力较大部位和弱连接部位的楼板,采取适当增加板厚,设置双层钢筋,弱连接的楼面梁增设纵向钢筋等措施。
东西向超长也带来混凝土收缩的不利作用,结合分段施工,设置后浇带,控制后浇带间距30~40m,待混凝土收缩稳定后浇筑闭合。
楼板设置后浇带后,温度应力与收缩应力不同时组合计算,简化了设计。
3.设计参数
工程设计基本风压为0.35kN/m2,地面粗糙度B类。
抗震设防烈度7度,地震加速度0.10g,设计地震分组第一组,场地土类别Ⅱ类,重点设防类建筑,门诊综合楼框架的抗震等级为二级,大跨度框架部分为一级。
同时按规范抗震设防要求,选定抗震性能目标C级,进行中震/大震的设计复核。
表1抗震性能目标[1][2]
4.分析结果
(1)周期
T1=1.057s(x向平动),T2=1.010s(y向平动),
T3=0.855s(t扭转),T3/T2=0.889<0.90
(2)楼层刚度比
各层剪力墙、框架柱连续,楼层刚度均匀变化,其楼层下层与上层刚度比均>0.95。
(3)楼层抗剪承载力比
通过框架梁、柱混凝土强度的调整、及配筋设计,验算满足下层与上层抗剪承载力>0.9。
(4)柱轴压比
为提高结构抗扭桩刚度,调整框架柱和框架梁布置,柱轴压比限制在0.60~0.75,周边和东西两端框架柱刚度适当加强,提高材料的利用率,有效减少结构质量。
(5)柱剪压比
因地上为框架结构,在满足结构刚度和强度需要的前提下,合理设计框架柱截面尺寸,边长600~800,框架柱跨高比在6~8,保证了竖向构件的延性需要,满足抗震性能目标。
5.板温度应力分析
建筑东西向长宽较大,且已超过规范适用长度,温度应力的影响需要考虑,计算软件采用YJK,通过计算考虑温度应力,根据南宁市年温度统计结果,考虑升温30度,降温20度分别计算。
图10门诊综合楼楼板5层升温度30应力图
选取典型楼层4层和5层,应力重点检查楼面板开洞、弱连接楼板及转角部位的应力。降温时,楼板拉压应力幅值1.5~-2.0N/mm2;升温时,楼板拉压应力幅值1.5~-2.0N/mm2。从楼层温度应力图分析,楼板因升温/降温产生的压应力增量,均远低于混凝土抗压强度;仅局部凹角部位的压应力峰值4.4N/mm2,而拉应力分量虽然略大于混凝土抗拉强度,但绝对值偏小,可作为板配筋根据,实际计算通过增加所配置的钢筋,能够满足楼板的抗裂要求,见图7~图10。
6大震弹塑性分析
动力弹塑性时程分析采用软件为YJK,校核大震下的整体弹塑性位移、框架柱、框架梁、楼板的损伤分析,作为构件设计的依据之一,见图11~图14。
(1)大震下弹塑性位移角
图14门诊综合楼楼板混凝土受拉损伤图y
结语
(1).超长结构补充必要的温度应力和中震楼板应力分析用于校核楼板配筋是必要的。
(2).采用留设后浇带消减超长结构混凝土收缩的不利影向,是有效的抗裂措施。
(3).通过梁柱合理布置,能有效提高结构整体刚度,同时减小扭转效应。
(4).楼板在温差作用和中大震下存在局部应力集中,可通过限制压应力值、增设受拉钢筋来满足抗裂要求,降低结构损伤。
参考文献
[1]GB50011-2010建筑抗震设计规范[s].北京:中国建筑工业出版社,2010
[2]JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[s].北京:中国建筑工业出版社,2011