河北出版物发行中心工程结构设计

摘　要　本文详细阐述了河北出版物发行中心工程结构设计，包括地基基础设计、结构设计、主楼框架－核心筒结构体系的设计、计算分析以及工程中新材料、新技术应用。

关键词　地基基础设计；结构设计；框架－核心筒结构

1　工程概况

河北出版物发行中心位于石家庄高新技术产业开发区，黄河大道以南，天山大街以东，淮河道以北。工程总建筑面积约10.6万m2，其中地上建筑面积约7.69万m2，地下建筑面积约1.49万m2。本工程由A、B、C、D四部分组成，其中A区、B区连为一体为主楼部分，地下均为2层，A区地上25层，主体高度99.90m，B区地上5层，主体高度23.40m；C区为东裙楼，地上5层，主体高度27.00m；D区为业务楼，地上3层，主体高度20.00m。建筑物东西长157.30m，南北长155.00m，A、B和C、D间均设变形缝分隔。大厦为集办公、培训、餐饮、出版物发行等为一身的综合楼。建筑外立面效果图见图1。

2　地基基础设计

图1 外立面效果图

2.1　工程地质概况

拟建场地位于太行山山前滹沱河冲洪积扇上，地形平

坦。地震影响主要来自东部的河北平原地震带和西部的晋获地震带，本建设场地一带构造稳定，适宜建设。据本次勘察资料揭示，该场地50.0m深度以内均为第四系沉积物，在垂向上具有明显的沉积韵律，水平方向上分布厚度较稳定，局部有夹层，呈透镜体状。根据本工程岩土工程勘察报告，依据岩性特征及物理力学性质的差异，场地土划分为9个工程地质层，1个工程地质亚层，基地以下各土层的分布规律及岩性特征见表1。

表1 土层分布和岩性特征

根据区域地下水位资料，该场地地下水位埋深为45.0m以下，且呈逐年下降趋势，可不考虑地下水的影响；场地液化判定为非液化场地；场地稳定性评价的结论为本场地处于相对稳定的地带；地基均匀性评价的结论为主楼区建筑地基为不均匀地基，整个建筑场地为不均匀地基。

2.2　地基基础设计

本工程A区、B区主裙楼采用天然地基＋梁式筏板基础，基础底标高为－12.00m，基础梁截面尺寸为1300mm×2000mm，1500mm×2200mm，筏板厚度为800mm，1500mm。基础持力层为5层粉细砂层，地基承载力特征值fak＝170kPa，压缩模量Es＝19.0MPa，砂层厚度大于20m，修正后地基承载力满足要求。C区东裙楼、D区业务楼均采用复合地基＋独立基础或条形基础，基础底标高均为－5.500m，基础持力层为3层黄土状粉土，地基承载力特征值为fak＝130kPa，天然地基不能满足要求，应进行地基处理。地基处理采用素混凝土桩复合地基，桩端持力层为5层粉细砂，处理后复合地基承载力fak≥350kPa，Es≥28.0MPa。

3　结构设计

3.1　结构设计基本概况

本工程结构设计基准期为50年，设计使用年限为50年，建筑安全等级为二级，建筑抗震设防类别为丙类，地基基础设计等级为甲级。

本工程抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度值为0.10g；场地类别为Ⅲ类，场地特征周期值Tg＝0.45s。在多遇地震作用下结构阻尼比取0.05。

基本风压值0.40kN／m2（100年一遇），地面粗糙度为B类。

楼面主要活荷载标准值：办公室、会议室取2.0kN／m2；培训中心客房取2.0kN／m2；发行中心取2.5kN／m2；多功能厅取3.5kN／m2；餐厅取2.5kN／m2；厨房取4.0kN／m2；走廊、门厅取2.5kN／m2；设备机房、电梯机房取7.0kN／m2；地下车库（单向板）取4.0kN／m2。

3.2　结构体系

由于建筑功能和建筑立面要求，A区、B区主楼和裙楼连为一体。图2、图3分别为二层平面布置图和标准层平面布置图。

本工程整体体形复杂，建筑平面尺寸287.4m×82.2m，大底盘上4个塔楼（其中2＃、3＃塔楼为连体），主群楼关系复杂。因东西向尺寸过长，地下设两道缝将整个结构分为三部分，南北向不设缝，留设沉降后浇带及施工后浇带。地上按主群楼关系以伸缩缝及抗震缝将整个结构分为六部分，另留设沉降后浇带及施工后浇带。

A区、B区主体结构采用现浇钢筋混凝土框架－核心筒结构体系，属A级高度钢筋混凝土高层建筑。楼盖体系为现浇梁板结构。钢筋混凝土核心筒作为主要抗侧力结构体系，框架作为抗震第二道防线，形成双重抗侧力结构体系。主楼竖向构件上下连续贯通，在2层有局部挑空，但开洞面积为本层面积的10%（不大于相应楼层面积的30%，小于楼面宽度的一半）且有效楼板宽度为10m（不小于5m），楼板连续无错层。主裙楼相连其刚度中心与质量中心的偏心距各层均不大于15%，但裙楼位置偏左布置其突出尺寸大于相应边长的30%，为平面凹凸不规则。

图2 二层平面布置图

图3 标准层平面布置图

C区、D区主体结构采用现浇钢筋混凝土框架结构体系，楼盖体系为现浇梁板结构，为普通多层建筑。

3.3　主要构件断面

核心筒是本工程主要抗侧力结构构件，承担主要的水平荷载，核心筒底7层以下厚度为400mm，7层以上为300mm；筒体内墙厚度为300mm，200mm不等。A座底层框架柱截面分别为1100mm×1100mm，2层大空间四周框架柱截面为1200mm×1200mm。上部各层分段减少至1000mm×1000mm，900mm×900mm，800mm×800mm，700mm×700mm。B座框架柱截面地下室为800mm×800mm，以上为700mm×700mm。现浇混凝土核心筒墙体、框架柱的强度等级由C60沿竖向分四次变化至C30，与构件截面变化相协调，使结构竖向刚度均匀、连续无突变。

3.4　结构计算分析

本工程采用中国建研院编制的《结构平面计算机辅助软件》PMCAD，《结构空间有限元分析设计软件》SATWE（墙元模型）进行计算分析。现将SATWE计算分析结果介绍如下：

该工程计算程序采用“高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE（墙元模型）”进行结构分析，计算采用扭转耦联振型分解法，并考虑双向地震作用和P－Δ效应，结构嵌固在基础顶面。表2为结构考虑扭转耦联时的振动周期（s）、X及Y方向的平动系数、扭转系数。表3为结构计算位移、剪重比等结果。

结构设计地震力振型组合数取30个，表2列出前T1～T6。第一振型为Y向平动，第二振型为X向平动，第三振型为扭转，结果显示框架－核心筒体系具有较好的抗侧刚度。

通过计算，X及Y方向楼层侧移刚度与上一层侧移刚度70%的比值或上三层平均侧移刚度80%的比值中之较小者Ratx1，Raty1均大于1.0，楼层抗剪承载力本层与上一层之比均大于0.90。结构侧移刚度沿竖向规则。

表2 考虑扭转耦联时振动周期、X及Y方向的平动系数、扭转系数

表3 考虑扭转耦联时的位移、剪重比

3.5　结构措施及新技术应用

梁柱混凝土强度采用C60高强混凝土，并在设计中错开墙柱断面和混凝土强度的改变位置，以避免刚度的突变。

为节约钢材并降低含钢量设计中框架梁及现浇板均采用三级钢筋。