重点设防类山地教学楼结构设计研究

【摘要】对某一7度区重点设防类的山地多结构单元教学楼进行了结构抗震设计、规则性判定及专项分析，结果表明结构各项指标均满足规范要求;教学楼1～4区均为不规则结构;教学楼2区局部凸出的单跨框架在中震作用下的楼板应力满足要求;并提出了山地建筑结构抗震加强措施，可供同行参考及探讨。

【关键词】山地建筑;重点设防类;抗震设计;加强措施

随着城市建设的不断推进，因地制宜，依山而建，已经成为目前的发展趋势。山地建筑不仅符合人们对宜居的居住环境的需求，也能满足建筑功能和质量的需求。由于山地建筑结构需与地形相适应，易造成结构竖向和平面不规则、结构形式难调整、基础形式复杂等问题;同时目前针对山地结构设计中特殊问题仍缺乏系统的研究，如山地吊脚结构真实建模的规则性判定及专项分析等。本文对某一重点设防类的山地教学楼结构进行了结构抗震设计、并总结了山地建筑抗震设计的加强措施，供同行探讨。

1项目概况

某职业技术学院建设项目的教学楼，拟建场地属低山斜坡地貌，地形起伏较大，局部为陡崖，为典型的山地建筑。由于教学楼功能分区和建筑体型限制，通过设置防震缝将教学楼分为了4个结构单元，分别对应1～4区。教学楼效果图见图1，建筑参数见表1。

2结构抗震设计

2．1结构设计

教学楼结构分为4个结构单元(对应1～4区)，各单体之间设置了150mm宽的防震缝，四个结构单元均采用钢筋混凝土框架结构。根据GB50223－2008《建筑工程抗震设防分类标准》［1］和GB50011－2010(2016年版)《建筑抗震设计规范》［2］，教学楼抗震设防分类为重点设防类，抗震等级为2级(局部凸出的框架、穿层柱为一级)，无地下室，按基顶嵌固计算;根据JGJ/T472－2020《山地建筑结构设计标准》［3］教学楼属于吊脚结构，场地及抗震计算参数见表2。教学楼主要构件的截面取值:框架柱为600mm×600mm、700mm×700mm等，框架梁为300mm×600mm、300mm×700mm等，次梁为200mm×600mm、250mm×500mm等，现浇板厚为100mm、120mm等;梁、板、柱、基础的混凝土强度等级均为C30，钢筋等级均为HＲB400。标准层结构平面布置图见图2。根据GB50009－2012《建筑结构荷载规范》［5］取值如下，恒载:混凝土取27．0kN/m3;多孔砖砌体墙取不小于17．0kN/m3;实心砖砌墙取不小于19．0kN/m3;外加恒载及其他附加重量均按实际重量考虑。活荷载:办公室、会议室、上人屋面为2．0kN/m2;教室、卫生间、走道、阳台、楼梯为2．5kN/m2;不上人屋面为0．5kN/m2。山地建筑除保证其在地震作用下的稳定性外，尚应估计不利地段对设计地震动参数可能产生的放大作用，根据JGJ/T472－2020《山地建筑结构设计标准》中4．2．2条及条文说明，教学楼的场地条件:山顶标高675m，山脚标高606m。突出地形的高差H=69m，突出地形的水平投影距离L=190m;地质条件为岩质地面，可得H/L=69/190=0．363，坡角!=20°;教学楼的地震影响系数的放大系数为1．30。采用PKPM(V5．2)－SATWE对教学楼各个单体分别进行建模分析，为了真实反应山地建筑的吊脚或掉层结构受力特性，采用实际柱底标高进行建模;为考虑不平衡土压力对结构的不利影响及刚度不均匀造成的扭转效应，模型建立了挡土墙。三维整体模型图见图3，图3仅示意不同结构单元之间的位置关系，实际设计及建模分析是4个结构单元单独进行的，各个结构单元在小震作用下的计算指标见表3。根据计算结果，结构各项指标均满足规范要求。

2．2结构规则性判定及专项分析

结构的规则性按GB50011－2010(2016年版)《建筑抗震设计规范》和DB51/T5058－2020《四川省抗震设防超限高层民用建筑工程界定标准》［4］进行判定，教学楼1区含2项不规则类型，为扭转不规则和侧向刚度不规则;教学楼2区含2项不规则类型，为凹凸不规则和侧向刚度不规则;教学楼3区含2项不规则类型，为扭转不规则和侧向刚度不规则;教学楼4区含2项不规则类型，为扭转不规则和侧向刚度不规则;综上教学楼1区～4区均为不规则结构，各结构单体不规则项见表4。教学楼2区存在2处局部凸出的单跨框架，在局部凸出位置容易应力集中，为了消除局部突出单跨框架对结构不利影响，需要对该栋的全楼板进行中震作用下的楼板应力分析。采用PKPM－PMSAP对全楼板进行中震作用下的楼板应力分析，楼板设置为弹性板6，分析结果见表5。由分析结果可知，教学楼2区楼板在中震作用下的最大拉应力为1．68MPa＜2．01MPa(C30混凝土轴心抗拉强度标准值)，表明楼板在中震作用下能够保证处于弹性状态，不会出现裂缝。

3结构抗震加强措施

3．1计算分析加强措施山地建筑场地位于坡地抗震不利地段，地震作用按JGJ/T472－2020《山地建筑结构设计标准》计算放大系数。结构建模采用实际柱底标高建模、真实反应山地建筑的吊脚或掉层结构受力特性。计算考虑不平衡土压力对结构的不利影响，局部墙带入整体计算，以考虑刚度不均匀造成的扭转效应。计算结构整体抗滑移能力。楼梯间根据实际空间关系调整框架梁的标高，以便模型能准确反映构件布置对整体结构和构件的影响。补充楼板中震应力分析，找出楼板薄弱位置，必要时补充穿层柱的屈曲分析。

3．2构造加强措施

教学楼为重点设防类(乙类)，按照抗震设防烈度提高一度采取抗震措施，抗震等级为二级。基顶—1层吊脚柱截面加大且箍筋全高加密，体积配箍率提高10%;首层楼板板厚不小于120mm，配筋双层双向布置且配件率不小于0．25%;位移比较大处(大于1．3)的框架柱纵筋配筋率不小于1．2%，箍筋直径不小于10mm，并全高加密。结构平面局部凸出的单跨框架抗震等级提高一级。结构长度大于55m时，长度方向设置后浇带，长向框架梁配置抗扭纵筋，增加长度方向的整体性。楼梯采用滑动支座。楼梯间短柱的箍筋体积配箍率不小于1．2%，且全高加密。楼梯间角柱的纵筋配筋率不小于1．2%，箍筋直径不小于10mm，并全高加密。

3．3非结构构件的措施

填充墙、女儿墙等非结构构件均按8度区的抗震等级采用相关构造措施加强处理。女儿墙的加强措施:在人流出入口的上方，采用200mm厚现浇钢筋混凝土女儿墙;在非人流出入口的上方，采用200mm现浇钢筋混凝土构造柱与砌体相结合的女儿墙，墙顶采用现浇钢筋混凝土压顶。楼梯间和人流通道处的填充墙，采用双面钢丝网砂浆面层进行加强。

4结论

本文对某一重点设防类的山地吊脚教学楼构进行了结构抗震设计、规则性判定及专项分析，并提出了山地结构抗震加强措施，主要结论:(1)教学楼各结构单元在小震作用下的各项指标均满足规范要求，各个结构单元均存在一定的抗震不利之处，通过采取针对性的加强措施确保结构抗震合理有效。(2)教学楼属于山地建筑，应估计不利地段对设计地震动参数可能产生的放大作用，计算地震影响系数的放大系数。应考虑不平衡土压力对结构的不利影响;应计算结构整体抗滑移能力;应根据实际空间关系建模分析;必要时补充楼板应力计算、穿层柱屈曲分析等的专项分析，以确保山地建筑的抗震性能。

参考文献

［1］建筑工程抗震设防分类标准:GB50223－2008［S］．北京:中国建筑工业出版社，2008．

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

［3］山地建筑结构设计标准:JGJ/T472－2020［S］．北京:中国建筑工业出版社，2010．

［4］四川省抗震设防超限高层民用建筑工程界定标准:DB51/T5058－2020［S］．成都:四川省住房和城乡建设厅，2020．

［5］建筑结构荷载规范:GB50009－2012［S］．北京:中国建筑工业出版社，2012．

作者：蒋元成 郭昌灵 张洁 单位：四川省建筑设计研究院有限公司