摘 要 本文详细阐述了邢台眼科医院病房楼工程结构设计，包括地基基础设计、结构设计、主楼框架－剪力墙结构体系的设计、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－剪力墙结构
1 工程概况
邢台市眼科医院迁建项目位于邢台市襄都路以西，泉北大街以北。本工程由核心医疗楼（病房部分，门急诊医技部分）及后勤综合楼组成；病房部分地下1层，地上16层，结构主体高度67.30m；门急诊及医技部分地下1层，地上4层，结构主体高度19.60m；后勤综合楼地上5层，结构主体高度23.70m。
图1 地下1层平面图
图2 建筑立面效果图
本文主要介绍病房楼的结构设计情况。病房楼工程总建筑面积约3.9万m2，其中地下建筑面积约0.34万m2，地上建筑面积约3.56万m2。该楼主体高度为67.300m。建筑地下1层平面见图1，建筑外立面效果图见图2。医院建筑是病人集中的场所，本工程结构体系的选型围绕“一切为患者服务”这个宗旨展开，病房部分采用框架－抗震墙结构。结构布置时结合建筑功能分区及使用空间的要求，在楼、电梯间等部位，布置抗震墙，这样既保留了框架结构能提供较大的使用空间，建筑布置灵活的特点，又提高了整幢建筑物的抗推刚度，提高了其抵抗水平荷载的能力，是经济有效实用的结构体系。
本工程楼盖采用现浇钢筋砼梁板结构，加强了结构的整体性；对刚度突变部位及建筑物转折部位，楼板采取适当加厚的措施（如首层及顶层），目的是提高楼盖的承载力和整体刚度以保证地震作用的传递，避免产生应力集中。同时采用现浇楼面能有效避免医院建筑由于楼板渗水使上下楼层产生交叉污染。
结构主体总高度、高宽比、抗震墙间距均满足规范要求；结构平面布置较规则，平面无局部凸出及凹进，质量与刚度分布基本均匀，减少了地震作用下的扭转效应，结构在两个主轴方向的动力特性基本接近，楼板连续、无大洞，具有良好的整体性；建筑结构无错层、连体、多塔、大底盘偏置等情况，构件截面无突变，结构竖向布置规则，结构侧向刚度变化均匀，结构竖向抗侧力构件基本连续无突变，楼层承载力无突变，避免了结构薄弱部位的形成；抗震设计中严格遵守“强柱、弱梁、强剪、弱弯、更强节点”的原则。注重概念设计，重视结构的选型和平、立面布置的规则性，加强构造措施，保证结构的整体抗震性能，使整个结构具有必要的承载能力、刚度和延性。
本工程于2011年8月完成施工图设计并开工建设。
2 地基基础设计
2.1 工程地质概况
拟建场地位于邢台市襄都路以西，泉北大街以北。勘察场地地貌上属于太行山东麓山前冲、洪积平原区，地面绝对标高在58.15～64.28m，最大高差为6.13m。本工程相对标高±0.000相当于绝对标高63.500m。
依据本区所处的大地构造环境、新构造运动特征、断裂活动和地震活动条件划分，该区在区域上属基本稳定型。在勘探最大深度45.00m范围内，除第一层为杂填土、第三层以上为新近沉积外，其下地层以第四系冲洪积地层为主，根据其岩性及物理力学性质，自上而下主要分为7层，基础以下各土层的分布规律及岩性特征见表1。
表1 土层的分布规律及岩性特征
∗为地区经验值。
本场地地下水为潜水，主要含水层为4层粗砂、6层粗砂，在勘察期间测得地下水位埋深为8.40～12.80m（48.83～51.58m），水位年变化幅度1.0～2.0m。根据钻孔的水质分析结果，场地内地下水对混凝土结构具弱腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性。地基土对建筑材料具弱腐蚀性。
根据勘察报告结论，本场地砂土和粉土不液化；勘察钻孔揭露部位未发现土洞、液化土层，不存在滑坡、泥石流等不良地质作用，稳定性良好；场地地段各地基土层强度较高，属抗震一般性场地地段，适宜本工程建造。
2.2 地基基础设计
本工程由主楼、裙房及外围地下室组成，主楼基础采用梁式筏板基础，裙楼基础采用平板式筏板基础，筏板底标高：病房楼主楼－8.0m，裙楼及地下室（无上部建筑）为－9.0m。各部分的基础均连为一体。由于各部分之间层数、重量差异较大，这将导致建筑产生不均匀沉降。如何减少不均匀沉降对基础底板及上部结构的不利影响，既能够满足地基的承载力和建筑物容许变形要求，并具有较好的经济性，是地基基础设计的关键。
根据上部结构荷载分布特征结合地质情况，在施工图阶段病房楼主楼部分采用低强度素混凝土桩（CFG桩）复合地基＋梁式筏板基础，病房楼部分筏板厚度为1100mm，基础梁高度为2000mm；裙楼及地下室（无上部建筑）部分采用天然地基＋筏板基础，筏板厚度为700mm。
结合当地工程的设计经验，经过技术、经济、施工周期和施工难度等方面的深入比较，采用复合地基方案。为减少主楼与群楼间的基础差异沉降并采取如下措施：第一提高高层部分的复合地基压缩模量和处理深度，处理后复合地基承载力特征值：主楼fspk≥360kPa，处理深度应使下卧层满足承载力及变形要求，平均沉降量不大于50mm，整体倾斜率不大于0.0025。地基处理深度应进入第6层细砂层不小于600mm；第二裙楼采用天然地基；第三在主裙楼相连接处设置沉降后浇带，通过沉降观测实测数据和沉降趋势确定后浇带浇灌时间；第四在施工图设计阶段采取“抗”的方法，对后浇带浇注后主裙楼沉降差产生的内力进行计算，提高结构设计的抵抗能力。
经计算该工程基础的平均沉降量及建筑的整体倾斜值均小于规范规定，地基变形满足要求。
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乙类，地基基础设计等级为乙级。
本工程抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度值为0.10g，第二组；场地类别为Ⅱ类，场地特征周期值Tg＝0.40s。在多遇地震作用下结构阻尼比取0.05。
基本风压值为0.35kN／m2，地面粗糙度为B类。
楼面主要活荷载标准值：办公室、实验室取2.0kN／m2；病房取2.0kN／m2；药库、药房、制剂成品库取5.0kN／m2；走廊、门厅取2.5kN／m2；设备机房、电梯机房取7.0kN／m2。为减轻建筑物自重，填充墙采用轻质材料，材料容重不大于7.0kN／m3。
3.2 结构体系
主体结构采用现浇钢筋混凝土框架－剪力墙结构体系，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。病房楼竖向构件上下连续贯通，平面及竖向均为规则建筑，钢筋混凝土剪力墙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。
3.3 主要构件断面
剪力墙是本工程主要抗侧力结构构件，承担主要的水平荷载，剪力墙自下至上其厚度变阶两次分别为350mm，300mm；内墙厚度为200mm，250mm，300mm不等。底层框架角柱及中柱截面分别为1000mm× 1000mm，900mm×900mm，上部各层分段减少至900mm×900mm，800mm×800mm，700mm×700mm。现浇混凝土剪力墙墙体、框架柱的强度等级由C50沿竖向分三次变化至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。图3、图4分别为二层平面布置图和标准层平面布置图。
图3 二层平面布置图
图4 标准层平面布置图
3.4 结构计算分析
本工程计算程序采用“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，现将SATWE计算分析结果介绍如下。因病房楼有转折，相交角度大于15°，电算时分别计算了各抗侧力构件方向的水平地震作用，并计入双向水平地震作用下的扭转影响；电算时地震作用参数取αmax＝0.08，Tg＝ 0.40。计算采用扭转耦联振型分解法，并考虑双向地震作用、偶然偏心影响及P－Δ效应，结构嵌固在基础。表2为结构考虑扭转耦联时的振动周期（秒）、X及Y方向的平动系数、扭转系数。表3为结构考虑扭转耦联时的最大位移角及位移比等数值。
表2 考虑扭转耦联时的振动周期
表3 考虑扭转耦联时的最大位移角、剪重比
结构设计地震力振型组合数取21个，表2列出前T1～T3。病房楼第一振型为X向平动，第二振型为扭转，第三振型为Y向平动；结果显示本工程框架－剪力墙结构体系抗侧刚度满足要求。
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。
4 结构构造措施
4.1 抗震构造措施
（1）在建筑物的薄弱部位采取加强措施，满足规范要求。
（2）对短梁、高连梁设交叉斜筋。
（3）柱采用井字复合箍，对角柱、短柱、底部加强区端柱、洞口边端柱全高箍筋加密，对轴压比较大的柱采用直径不小于12mm的复合箍筋。
（4）顶层、楼电梯间、端山墙和端开间纵向的抗震墙及底部加强区的抗震墙采取加强措施，提高配筋率；抗震墙设边框梁、边框柱。
（5）沿填充墙全长设贯通拉筋；填充墙长度大于5.0m时，墙顶部与梁应有拉结措施；当填充墙高大于4m，在半层高或门洞口上皮标高处加圈梁一道。
（6）病房部分地下室顶板厚160mm，其他部分地下室顶板厚120mm，楼板薄弱部位板厚120～150mm（如楼、电梯处），屋顶板厚120mm。
4.2 建筑物超长采取的构造措施和施工措施
（1）顶层、底层、山墙和纵墙端开间等温度变化影响较大的部位提高配筋率。
（2）顶层加强保温隔热措施，外墙设置保温层。
（3）留出施工后浇带，带宽800mm，后浇带混凝土宜在两侧混凝土浇筑两个月后浇注。
（4）建筑物两端开间设通长配筋。
（5）采用收缩小的水泥，减少水泥用量，在混凝土中加入适宜的外加剂。
（6）提高每层楼板的构造配筋率。
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