广西桂东人民医院外科\门诊综合楼结构设计

摘要:广西桂东人民医院外科、门诊综合楼工程，采用25m跨度，两层共9m高预应力混凝土桁架转换构件在五层进行转换，以达到保存下部安置贵重医疗设备的“放射楼”目的，本工程转换桁架是广西区内跨度最大的转换构件。本文对该工程结构设计过程及要点进行了论述，重点对本工程的抗震超限问题及其处理方法进行了较详细说明。

关键词：结构设计；转换桁架；预应力；抗震超限

中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：

一、工程概况

“广西桂东人民医院外科、门诊综合楼” 位于广西梧州市西江三路，设一层地下室(建筑功能为车库、设备用房及六级人防地下室)，地面以上分为主楼及其裙楼部分，主楼二十三层，屋面檐口标高90.700，各层层高为3.6m～4.50m，室内外高差0.45m。裙楼5～6层，裙楼由两部分构成，一部分为医院原有的旧门诊大楼，一部分为新建裙楼。总建筑面积48890m2主楼和裙楼间设缝，地下室部分不设缝。因医院的大型设备和贵重医疗仪器均安装于旧门诊大楼北面“放射楼”部分中，如拆除该部分，移动医疗仪器，费用过高的同时，也会使医院长时间无法正常运作，鉴于上述原因，业主要求新门诊综合楼的设计必须保留原有旧门诊楼的“放射楼”部分。根据业主要求，我院设计了25m跨度预应力转换桁架，跨过旧门诊“放射楼”将其保留。

二、设计要求及自然条件

1、基本风压：W0= 0.35kN／m2 (建筑物高度超过60m考虑100年重现期风压)，地面粗糙度为B类。

2、抗震设防标准：按《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)第3.1.1条及《建筑工程抗震设防分类标准》第6章规定，本工程抗震设防类别为乙类，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组，本工程地震作用按6度考虑，抗震措施按7度考虑，结构设计使用年限50年，结构安全等级为二级。

3、地基基础设计等级：根据GB 50007-2002第3，0.1条规定，取为乙级。

4、人防等级：人防地下室为平战结合核6级防空地下室。

5、地下室防水等级：根据GB 50108-2001第3.2.2条规定，取为二级。

6、工程地质慨况：根据《岩土工程勘察报告》，本工程建设场场地地形地貌较复杂，平整场地后，地面高程在23.200-23.80m，最大高差0.6m，拟建建筑物周围有多栋6～7层旧有房屋。场地东面约300m有一南北走向的较大断层通过，但对场地影响较小。场地基岩为寒武系随口群泥质粉砂岩、砂岩。基岩上覆盖有第四系土层，包括人工素填土、坡积粉质粘土、碎石土及冲积粉质粘土。本工程采用桩基础，根据钻探揭露，桩基可供选择的主要持力层分布自上而下为：泥质粉砂岩⑤1：局部结构已全部破坏，母岩矿物已土化。石英岩⑤2：该层为基岩中的石英矿脉，岩质坚硬，在场地内仅局部有，分布无规律。强风化粉砂岩⑤3-1：岩质上软下硬，岩芯多呈碎块状。中风化粉砂岩⑤3-2：岩芯呈碎块或短柱状。微风化粉砂岩⑤3-3：仅少数转孔钻到该层，岩芯呈长柱状，少量碎块状。

《岩土工程勘察报告》中桩基可供选择的主要持力层的极限侧阻力标准值qsk及桩端极限端阻力标准值qpk见下表：

本工程建设场地的地下水主要为潜水及基岩裂隙水，主要补给来源为大气降水及地表水，潜水主要分布于第四系土层中，水量、水位季节变化性较大。基岩裂隙水主要分布在基岩裂隙中，水量较大。混合水位稳定埋深5.70～17.60m，高程介于6.23～17.68m。

建筑场地类别为II类，属可建筑的一般场地，该场地可不考虑液化的影响。

三、结构设计

（一）、桩基础选型及方案比较

1、静压预制管桩

该方案以石英岩2或中风化粉砂岩3－2为持力层，单桩承载力较高，施工速度快；但由于原有旧门诊楼紧贴拟建的新门诊楼，拟建门诊楼框支柱底的轴力大约有35000KN，采用静压管桩，大约需要16桩左右，必定会与旧门诊楼基础相冲突，因此静压预制管桩基础无法实现。

2、人工挖孔桩

人工挖孔桩具有造价低廉，成桩质量有保证，施工技术成熟的优点。根据地勘报告，场地内虽然有地下水，但水量不大，挖孔桩施工过程中地下水可抽排干净，原医院旧门诊楼便是采用人工挖孔桩基础，本工程将该桩基形式作为第一方案， 以石英岩2或中风化粉砂岩3－2为持力层。

3、大直径钻（冲）孔灌注桩

大直径钻孔灌注桩穿透能力强，以石英岩2或中风化粉砂岩3－2为持力层，基础施工可不受地下水影响，但该桩型对场地污染较大，且施工过程中噪音影响大，对医院环境有一定影响，且旧楼紧贴拟建建筑物，施工机械就位有一定困难，本工程将大直径钻（冲）孔灌注桩作为后备方案，人工挖孔桩施工时如因地下水、流沙或圆砾层等原因发生困难，可采用此种桩型，该桩基形式应严格控制孔底沉渣厚度，以免对桩基承载力产生不利影响。

（二）、基坑开挖与支护

本工程基础埋深约为9.1m，应该考虑基坑施工时基坑稳定性及地下水问题应进行深基坑支护设计及止降水设计。

（三）、上部结构选型

根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）6.1.14条及该条的条文解释，本工程采用剪切刚度模型计算得到地下室部分的侧向刚度与相邻上层侧向刚度：X方向为3.28；Y方向为2.50。两个方向的侧向刚度比均大于2，所以可判定地下室顶板为上部楼层嵌固端。在地下室顶板上为一栋二十三层主楼及两栋多层裙楼，裙楼层数分别为五层和六层。主群楼间采用110mm宽防震缝分开成为3栋互相独立的单体。根据《建筑抗震设计规范疑问解答》第11.8问，该种情况不属于《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)第10.6节规定的多塔结构，裙楼和主楼之间无相互影响。

1、主楼

主楼共二十三层，屋面檐口标高90.700，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》GJ3-2002第4.2.2条规定及《建筑抗震设计规范》GB50011-2001第6.1.1条规定，抗震设防烈度为7度房屋高度超过55m时不应采用框架结构，故主楼应采用全现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构；因为要保留原有旧门诊楼中“放射楼”部分，所以在拟建新门诊大楼的四、五两层楼局部（具体设置部位见建筑及结构平面图）设置总高为9m的现浇预应力混凝土桁架作为转换构件，在转换桁架上升柱，跨过旧门诊“放射楼”，以达到保留“放射楼”的目的。

《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002第4.8.2条、10.2.5条及《建筑抗震设计规范》GB50011-2001第6.1.2条，均只有框支抗震墙结构型式，无转换桁架上升柱的结构型式，在《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）第10.2.1条叙述：“在高层建筑结构的底部，当上部楼层部分竖向构件（剪力墙、框架柱）不能直接连续贯通落地时，应设置结构转换层，在结构转换层布置转换结构构件。转换结构构件可采用梁、桁架、空腹桁架、箱型结构、斜撑等……”。《高规》已经叙述了转换桁架上升柱的结构型式，但在抗震等级的确定上无该种结构型式。为此，本院咨询了《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）主要起草人容柏生及《建筑抗震设计规范》GB50011-2001 主要起草人王亚勇，综合他们的意见，对于该种结构型式，其抗震等级及相应构造要求采用如下方法确定：对于支撑转换桁架的框架柱以及转换桁架，按照框支框架确定抗震等级为一级，并向上延伸一层。剪力墙和非框支框架，确定抗震等级为二级。对于《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002第10.2.5条对于高位转换的规定，是针对部分框支剪力墙结构的规定，制定该条是因为在部分框支剪力墙结构中，剪力墙是主要的抗侧力构件，承担了大部分由地震力和风力产生的剪力及弯矩，不能上下贯通的框支墙，其承担的剪力和弯矩会在转换层通过转换构件及楼板进行传递，传递至其余上下贯通的剪力墙和柱上，所以要对框支柱和剪力墙底部加强区进行抗震等级的提高，而本工程转换桁架上升柱，在框剪结构中，柱承担的侧向力引起的层剪力和弯矩都很小，仅占20％左右，通过转换构件及楼板传递至上下贯通的剪力墙和柱不大，在构造上进行一定的加强即可。