摘 要 本文详细阐述了中国人民解放军260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；超长结构设计
1 工程概况
中国人民解放军260医院病房楼，位于石家庄市北二环北，胜利北街西中国人民解放军第260医院院内，总建筑面积32460m2，地上11层，地下1层，建筑总高度47.8m，东西向总长107.2m。采用框架－剪力墙结构。病房楼的首层为住院手续办理大厅以及中心供应部，2层为手术室区，3层为设备层，4～11层主要为各科室的护理单元和手术室。首层建筑平面见图1。建筑外观见图2。本工程于2006年1月完成施工图设计并开工建设，现已投入使用。
图1 首层建筑平面图
图2 建筑外观图
2 地基基础设计
2.1 工程地质概况
石家庄市地处太行山东麓，市区为滹沱河山前洪水冲积造成的倾斜平原，基底岩层以上有较厚的第四纪覆盖层。根据本工程岩土工程勘察报告，依据场地地层时代、成因类型、岩性特征及物理力学性质等，将勘察孔控制深度内地基土划分为10个工程地质单元层以及2个夹层，基底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
本场地地下水位埋深大于40.0m，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稳定性较好，无不良地质作用，适宜作为建筑场地；地基均匀性评价该场地地基为均匀地基。
2.2 地基基础设计
根据岩土工程勘察报告提供的数据，本工程采用梁式筏板基础，基础埋深6.6m，基础筏板厚600mm，持力层为第3层黄土状粉土，持力层承载力及变形满足设计要求。计算最大沉降量为35mm。
实际沉降依据截至2009年6月已基本竣工的沉降观测资料显示，主楼基本沉降趋于稳定，观测点的沉降速率为0.01～0.02mm／d，均在沉降速率稳定性指标范围内。主楼平均沉降量为14.56mm，最大沉降量为18.70mm，最小沉降量为10.11mm，主楼周边沉降点推测倾斜率为0.01%，满足基础倾斜容许值0.3%的要求。
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。
根据《建筑抗震设计规范》，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ω0＝0.35kN／m2（50年一遇），地面粗糙度为B类。
楼面主要活荷载标准值：病房、办公室、值班室取2.0kN／m2；手术室、示教室、抢救室取3.0kN／m2；普通库房取5.0kN／m2；楼梯间取3.5kN／m2；走廊、门厅取2.5kN／m2；设备机房、电梯机房取7.0kN／m2；不上人屋面取0.5kN／m2。
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。结构布置时，结合建筑功能分区及使用空间的要求，布置适量抗震墙，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侧向和抗扭刚度，提高了其抵抗水平荷载和抗扭转能力。图3为标准层结构布置平面图。
图3 标准层结构布置平面图
结构平面较为规则，质量、刚度和承载力分布均匀。结构竖向构件上下连续贯通，楼板连续无错层。结构两主轴方向均布置剪力墙，形成双向抗侧力体系，剪力墙的间距为37m，满足《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3中剪力墙间距不宜大于4.0B及50m（取最小值）的要求。
3.3 主要构件断面
剪力墙厚度自下至上由350mm变为300mm；框架柱截面分别由800mm×800mm，700mm×700mm变为650mm×650mm，600mm×600mm。现浇混凝土剪力墙、框架柱的强度等级由C40变为C30，与构件截面变化相协调，使结构侧向刚度下大上小，逐渐均匀变化。
3.4 结构计算分析
本工程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。计算采用振型分解反应谱方法，并考虑扭转耦联和双向地震作用，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为结构考虑扭转耦联时的层间位移、剪重比等数据。
结构设计地震力振型组合数取18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－剪力墙结构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。
设计与分析结果表明，该结构体系具有多道抗震防线，具有较好的抗侧力、抗扭转刚度，平立面布置灵活，用钢量省，是高层建筑结构安全适用、经济合理的一种结构体系。
表2 考虑扭转耦联时的振动周期
表3 考虑扭转耦联时的层间位移及剪重比
4 超长结构设计
规范规定框架－剪力墙结构伸缩缝最大间距应为50m左右，而本工程总长达107m为典型的超长结构。超长结构设计的关键在于应采取有效措施减少或控制施工及使用期间可能出现的裂缝。
（1）加厚屋面保温层，外墙及边梁设保温隔热面层。
（2）设置施工后浇带。
（3）设置局部伸缩缝。设置局部伸缩缝可以将受温度影响较大或对温度较敏感的结构单元分成两个较短的单元，使分开后的两部分长度满足规范要求，从而防止或减少温度变化对结构的影响。此工程设计中设置了两处局部伸缩缝，一是在南向外边梁处（见图4），二是在屋顶钢结构构架中间部位（图5）。
图4 南向外边梁局部伸缩缝
图5 屋顶钢构架局部伸缩缝
（4）特殊部位楼板适当增加纵向钢筋配筋率。
（5）采用掺膨胀剂配置的混凝土，且混凝土强度等级不宜高。
（6）超长混凝土围护构件严格设缝。
（7）结构计算措施。
对于超长结构我们在设计中还可采取对结构施加相应的预应力、采用可靠的滑动支座等其他措施，此外合理的施工方案也是减少裂缝产生的关键因素。总之，在设计超长结构时，我们应通过有效的分析和计算慎重考虑各种不利因素对结构内力和裂缝的影响，与施工方通力合作，共同完成美观优质的建筑作品。
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