新蔡县图书档案综合馆结构设计

新蔡县图书档案综合馆结构设计

齐英杰

华东建筑设计研究院有限公司上海200041

摘要：河南省新蔡县图书档案综合馆具有建筑功能丰富多样、体型复杂的特点，本文从多个方面总结了本项目在结构设计中遇到的关键点和技术措施，保证结构的安全性和经济性。文中分别从通过合理设置变形缝将复杂体型建筑划分各个独立单元、大跨度梁板体系的选型及设计、对平面不规则结构的处理、悬挑楼梯的结构设计以及地基基础方案的选型和设计这几个方面进行阐述，保证结构工程的安全性和经济性，相关设计施工经验可供类似工程参考。

关键词：大跨度；平面不规则；悬挑楼梯；PHC管桩

1工程概况

新蔡县图书档案综合馆项目位于河南省新蔡县问津教育园区，经八路以东、新区纬九路以北，占地面积42亩。平面尺寸为东西向约76.2m，南北向约164.2m（图1）。

本工程属于公共建筑，包括图书馆功能区、综合服务区及设备区、档案馆功能区、报告厅。总建筑面积为23644.97平方米，其中地上面积22814.45平方米，地下面积830.52平方米，地上部分包括：图书馆功能区15587.81平方米，档案馆功能区5573.72平方米，综合服务区及设备区2483.44平方米。

为方便本次设计，笔者将图书馆功能区、综合服务区及设备区、档案馆功能区、报告厅分割为A、B、C、D四个功能区（图2）。A区：地上四层，建筑高度为19.800m；B区：地上一～四层，局部一层地下室，建筑高度为19.800m；C区：地上三层，建筑高度为15.000m；D区：地上一层，建筑高度为10.200m。结构体系均为现浇钢筋混凝土框架结构，局部框架柱采用内插型钢混凝土柱，A区局部楼板及局部屋面板采用压型钢板组合楼板。

新蔡县抗震设防烈度为6度，设计地震分组为第一组，场地设计基本地震加速度为0.05g；场地类别为Ⅲ类，特征周期为0.45s；建筑结构安全等级为二级；结构设计使用年限为50年；地基基础设计等级为乙级；基础设计安全等级为二级。

2上部结构方案设计

2.1通过设缝划分各个独立单元

根据建筑布置方案，东侧A区与C区通过B区连廊相连，B区部分为三层单跨连廊结构，最高四层，局部有一层地下室；中部A区与B区之间、在四层处由钢结构顶棚相连；D区与A、C、B区建筑完全脱离，但在C、D区上部有钢结构顶棚相连，顶棚的钢柱部分落于C区及D区，部分直接落地；A区内部大开洞处有一至三层的室内大台阶；B区东侧有一至二层的室外大台阶。结构整体体型较复杂，根据建筑形体和平面布置，存在以下平面、立面不规则：（1）A区二、三、四层为楼板大开洞，为局部楼板不连续、有效楼板宽度均小于每层楼板宽度的50%；（2）空间结构整体计算结果中，位移比最大为1.44，属于平面不规则；（3）B区三、四层平面凹进尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30%，属于平面凹凸不规则；二层及以上立面大面积收进，连廊部分变为单跨框架；且收进的水平向尺寸与下层平面尺寸之比为76.8%＞25%，属于竖向不规则。

为避免出现规则性的超限情况，在不影响建筑功能的前提下，可考虑将A、B、C之间设置一道变形缝，每条缝宽100mm，使各分区结构完全脱开，每个区域分别单独计算分析，计算指标均满足规范要求。

2.2.2大跨度楼板

大跨度楼面采用主次钢梁体系，为避免次梁对混凝土边梁产生扭转效应，所有次梁均支承于主钢梁上，将楼面板分割为相同的单向板受力单元。板单元尺寸为2800mm×8400mm。主梁截面为H1400×500×35×40，次梁截面H800×300×15×20，材质为Q345B。

为了提高大跨度楼板的承载力，该区域楼板采用压型钢板与混凝土组合楼板，压型钢板选用1.4mm闭口非组合型钢板，规格为YX-70-200-600。在计算分析上，压型钢板作为非组合型板在施工阶段仅作为浇筑混凝土楼面的模板使用，仅验算施工阶段的受力情况，而在使用阶段上不考虑压型钢板的和钢筋混凝土板的共同作用。楼板承载力完全由钢筋混凝土板承担，压型钢板则不参与受力。因此，这种非组合型的楼板虽然提高了楼板钢筋的配筋率，但是增强了结构冗余度，提高了结构的安全性。

根据第三方检测提供的试桩报告，PHC管桩抗拔试验结果均满足设计要求，是一种抗拔性能良好的构件。

4结论

（1）当建筑的体型复杂，平立面存在多处不规则，整体结构计算指标难以满足规范要求时，应结合建筑功能根据需要进行合理设缝，将整体结构划分为各个独立的单元进行单独分析。

（2）对于大跨度楼板，在设计中应从造价、施工周期、便于施工等因素综合考虑，合理选用结构体系。楼板采用压型钢板组合型楼板，压型钢板采用非组合型，即在受力分析中不考虑压型钢板在使用阶段中对楼面承载的贡献，仅考虑混凝土楼板的作用，目的是增强大跨度楼板的结构冗余度，保证结构的安全。

（3）对于平面不规则结构的处理，重要的是从概念设计上对结构加强：通过增加开大洞部位的板厚、增强薄弱部位的刚度，采用型钢混凝土柱等措施，使结构整体计算指标满足规范要求。

（4）悬挑式楼梯作为一种多次超静定空间结构，楼梯斜板和平台板双向受弯、剪、扭，通过“设虚铰支座”的假定进行内力分析，然后根据其受力特征进行构件尺寸及配筋设计。悬挑式楼梯抗震性能较差，因此在设计中应考虑安全冗余度，加强构造措施。

（5）在本工程中，通过对钻孔灌注桩、CFG桩及PHC预制管桩三种地基基础方案的比选，从造价、施工方便性、施工周期等因素考虑，可以看出PHC预制管桩的优势最为明显，具有良好的工程效果和经济性。

（6）在抗拔桩设计时，当计算所得桩长（500mm直径的管桩一般不超过15m）满足采用单节桩时，则避免了端头板接头的焊接问题，这时的PHC管桩是性能良好的抗拔构件，尤其在工程中兼做抗拔桩和抗压桩，减少了其他的抗浮措施或桩的种类，大大缩短了工期。

参考文献

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[2]中国有色工程有限公司.2013.混凝土结构构造手册（第四版）[M].中国建筑工业出版社，387-388页

[3]于学智.混凝土灌注桩，预制管桩和CFG桩的性价比研究[J].黑龙江科技信息，2015，期刊2