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学术活动

莒县人民医院病房楼钢结构设计与分析

来源:www.sdjzsj5y.com 关键字: 绿色医院设计 山东省建筑设计研究院第五分院 发布时间:2016-03-28

  摘要:莒县人民医院病房楼是抗震设防烈度为8度的高层全钢结构建筑。建筑面积约8.3万平方米,建筑高度为90.6m,地下1层,地上21层,采用钢框架--支撑体系。本文介绍了设计过程中对上部结构选型、抗震设计、支撑布置及基础方案等问题的探讨及选择,以供相似工程参考。

  关键词:高层钢结构;框架--支撑体系;抗震分析;

  1 工程概况

  莒县人民医院病房楼新建工程,位于莒县沭东新区。拟建场地位于著名的郯庐大断裂临沭断裂带上,分别距昌邑-大店断裂及安丘-莒县断裂约为一千米和九千米。本工程平面为矩形,有效平面尺寸为127.8x39.8米,建筑高度为90.6米。建筑面积约8.3万平方米。地下一层,层高6米,主要功能为设备用房等;地上21层,主要功能为病房,一层层高5.4米,二至四层层高4.5米,标准层层高均为3.9米。结构长宽比为3.2,高宽比为2。建筑效果图见图1。

  本工程设计使用年限为50年,抗震设防分类为重点设防类别(乙类),基本风压值取0.40kN/㎡,计算时风压按基本风压值的1.1倍采用。工程地震作用计算采用的抗震设防烈度为8度,地震动峰值加速度0.30g。应特别指出的是,在安评报告中,小震时反应谱特征周期为Tg=0.70秒,根据国家标准《建筑抗震设计规范》主要起草人王亚勇对规范的疑问解答,

  计算时反应谱特征周期可按照规范取值,即Tg=0.45秒。本工程目前已主体完工,现场照片见图2。

  

  

  2 结构体系与布置

  2.1 竖向承载力系统

      病房楼地上部分标准层平面尺寸为127.8x39.8m,典型柱网为7.8x7.8m、7.8x7.5m。标准层结构平面图见图3。

  

  图3标准层结构平面图

  结构设计时将地下室顶板作为上部结构的嵌固部位,地下部分均采用钢筋混凝土结构。这是为了使主结构与挡土墙方便连接,并且能形成良好的嵌固层。参考抗震规范中对地下一层钢筋面积大于地上一层1.1倍的要求,保证地下室框柱型钢面积大于地上框柱型钢面积。地上框架柱采用方钢管混凝土柱,柱内填充C50混凝土。钢管和混凝土在受力过程中的相互作用使混凝土处于复杂应力状态下,从而使柱强度得以提高,塑性和韧性大为改善,同时由于混凝土的存在可以避免或延缓钢管发生局部屈曲,从而保证材料性能的充分发挥。底部大部分钢柱截面为650x700mm,尺寸自下而上均匀减小至600x600mm,壁厚由30mm减至20mm。地下部分的框架柱采用钢骨混凝土柱,柱脚为刚接,采用埋入式柱脚。结构框架梁、柱、次梁均采用Q345-B材质,柱身拼接采用一级焊缝。

  2.2 抗侧力体系

  结构采用框架--支撑体系, 钢框架和支撑共同抵抗结构水平外力。两个方向的竖向支撑按照均匀、对称的原则布置,东西向布置7对支撑,南北向布置8对支撑。支撑斜杆均采用热轧H型钢,1~6层支撑截面H 350x300x16x25mm,6层以上支撑截面H 300x300x14x20mm。大部分钢支撑为人字形支撑,局部由于建筑原因采用V字形支撑或交叉斜撑(现场照片见图4,5)。为了保持人字形或V字形支撑在强轴和弱轴方向长细比相近,在拼接处进行截面转换(旋转90°),并设置防屈曲杆以达到此目的。钢支撑所在位置,地下部分相应布置混凝土剪力墙。

    2.3 楼盖体系

  钢结构中,楼板采用压型钢板+现浇混凝土的做法非常普遍,但这种做法也有一定的缺陷:会导致楼层净空降低;板底防火费用增加。所以本工程设计时采用了另一种可装配式楼板钢筋桁架楼承板,通过栓钉与钢梁连接在一起。钢筋桁架楼承板可实现平面及分层的立体交叉施工,对加快工程进度比较有利。楼板混凝土等级为C35。

  框架梁采用焊接H型钢,典型截面为H650x300x14x22mm、H650x350x14x24mm。梁在其与V形支撑或人字支撑相交处,设置侧向支撑梁。设计中,钢梁未按组合梁设计,按照构造布置栓钉。

   (作者:山东省建筑设计研究院 郑林进、李鹤)



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