宁德核电福鼎综合大楼结构设计.doc

宁德核电福鼎综合大楼结构设计徐赛平（福建省建筑设计研究院 福州 350001） 摘 要：本文是对宁德核电福鼎综合大楼结构设计的总结，阐述了该工程结构设计中的一些特点，其中一些做法可供同类工程设计参考。 关键词：结构设计 特点 总结 一. 工程概况 宁德核电福鼎综合大楼是为了满足福建宁德核电有限公司在福鼎市内办公、生活需要而建的综合性大楼。为了配合宁德核电事业的发展需要，作为宁德核电的一个重要基地，该项目事前通过了前瞻性、实用性、经济性的科学规划和论证。 该工程项目位于福鼎市北部桐江溪西侧新坝亭地块，地状呈长方形，南北长约为180m，东西宽为80m。东侧为桐江溪，是本项目景观最好的方向，规划中的环城东路经过本地块。本工程主要包括1幢16层办公楼、1幢12层宿舍楼和2层裙房，总建筑面积约为43000m2。16层办公楼位于场地南部，12层宿舍楼位于场地北部，2层裙房位于办公楼和宿舍楼之间，为两幢楼的连接体。本工程结合场地高差情况，在办公楼、裙房和宿舍楼之间设1个1层联体半地下室。平面位置关系详图1。 办公楼室外地面至主要屋面高度为70.2m。宿舍楼室外地面至主要屋面高度为45.6m。宁德核电福鼎综合大楼于2007年10月完成施工图设计，2009年竣工，现已投入使用。各项使用功能均达到设计标准，获得了业主及质量监督单位的好评。 二工程地质概况 本工程场地土类别为类。福鼎市的抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组。在岩土工程勘察过程中，采用了瞬态多道瑞利面波勘探技术。面波勘探作为钻探的补充，主要目的是为查明岩土层的界面。 工程场地地貌为河谷，是桐江溪的一级阶地(原为河床)。场地大部分原为空地，东部为桐江溪堤坝，地面较高，路面高于场地约5m。勘察期间，场地高低不平，为人工淘砂而成。 根据地质报告，场地岩土层上部除人工填土外，主要为第四纪冲积形成的卵石(含漂石)、粉质粘土夹砾卵石，下部为凝灰岩风化而成的强风化岩和中等风化岩。土层分布大致如下： 1、杂填土：厚度范围0.304.10m(层面埋深0.000.00)，主要为建筑垃圾回填。含较多碎砖、卵石，局部见有块石。 2、-1填石: 厚度范围0.403.70m(层面埋深0.000.00)，主要为漂石或卵石回填，呈中等风化状，岩芯较完整，没有充填物。 3、卵石(含漂石): 厚度范围7.7017.20m(层面埋深0.004.10),以含卵石为主，部分为漂石，充填物为中细砂。地基承载力特征值fak=950KPa;人工挖孔桩极限端阻力标准值Qpk=30004000(灌浆)KPa;冲孔灌注桩极限侧阻力标准值Qsk=150KPa，极限端阻力标准值Qpk=50006000(灌浆)KPa。 4、粉质粘土夹砾卵石：厚度范围0.405.20m(层面埋深9.2017.10),含高岭土、氧化铁等。含较多中粗砂，局部夹较多砾卵石。fak=250KPa，冲孔灌注桩极限侧阻力标准值Qsk=80KPa。 5、强风化凝灰岩：厚度范围0.706.20m(层面埋深12.6020.90),岩体结构大部分破坏，矿物成分显著变化，风化裂隙发育。fak=500KPa，冲孔灌注桩极限侧阻力标准值Qsk=100KPa。 6、中等风化凝灰岩：厚度范围0.906.10m(层面埋深14.9024.10),岩体结构部分破坏，沿节理面有次生矿物，风化裂隙发育，岩石质量等级为。该层无洞穴、临空面、破碎岩体或软弱夹层。fak=3000KPa, 冲孔灌注桩极限侧阻力标准值Qsk=300KPa，极限端阻力标准值Qpk=16000KPa。 三基础设计 根据SATWE电算分析结果，办公楼框架中柱柱底标准组合内力最大值N=15000KN, 宿舍楼框架中柱柱底标准组合内力最大值N=10800KN。 通过对各土层分析，本工程地质条件较好，基底下有多层较好持力层，承载力高，土层厚度大，分布比较均匀。基础设计前，进行了多种形式基础的比较。人工挖孔桩基础以卵石(含漂石)为基础持力层。该种基础形式的优点是可多孔同时开挖施工，承载力较大，可达到柱下单一基础的效果。当不需要施工降水时，基础造价较低。但根据地质报告所揭示的场地土层情况，显示桩底标高均位于水位线下，在深度较大的井下开挖特别是在地下水位以下开挖难度较大，地下水位以下需要增加施工降水费用，土体浸水扰动后强度降低很多。持力层透水性强，孔底注浆困难。冲钻孔灌注桩考虑中等风化凝灰岩作为桩端持力层。 该桩型的优点是施工技术成熟，受场地限制小，单桩承载力较高。缺点是当桩孔较深时，桩底清渣难度大；桩底土层易因受扰动和浸水导致承载力下降；成孔时较易塌孔，混凝土浇注时易发生桩身质量事故；桩基造价高，桩端持力层岩性判断难度大。 经过详细分析比较，结合地质及荷载情况，借鉴当地的工程实践，本工程决定采用柱下独立基础，墙下筏板基础。基础持力层选取卵石(含漂石)，经深度修正后的地基承载力特征值为fa=1100KPa；局部有软弱下卧层，经验算能满足设计要求。办公楼基底埋深4m，宿舍楼基底埋深3m，地梁设置在室外地面下500mm，在地梁面以下至基础面之间的墙柱截面采取一定的加强措施。在办公楼和宿舍楼基础中各选取2个点位，在基槽开挖至持力层后进行浅层平板载荷试验，来验证地基承载力特征值。根据已实施的试验结果可知，持力层的地基承载力能满足设计要求。根据地质报告，基底标高位于常年水位线之上，节省了施工时的基坑降水费用。基础施工完后，基坑四周采用卵石灌砂回填，分层压实，压实系数0.94。 独立基础的施工尽量避开雨季或洪水季节。基坑开挖时，严禁地基土被扰动破坏、长期浸水和暴露过久。施工中能保证基坑安全，必要时进行了护壁。基坑开挖完毕后，进行施工验槽，重点检验地基强度和均匀性。地基验收完毕后及时进行封底。 四上部结构 宁德核电福鼎综合大楼中的办公楼和宿舍楼均采用框架剪力墙结构。办公楼标准层平面如图2所示。 主要柱距为7.2x10.0m和7.2x7.5m。根据建筑平面，主要利用楼、电梯间及前室布置剪力墙，承受大部分的水平荷载。两翼按Y轴对称，与X轴夹角为450。在两翼各设一段剪力墙肢，来加强该方向的抗推刚度。 办公楼电算程序为PKPM/SATWE,上部结构电算20层，柱截面底层最大为900x900mm，剪力墙底层厚300mm。全楼柱墙混凝土强度等级C50C30,梁板混凝土强度等级均取C30。办公楼抗震设防烈度按6度（0.05g），场地土类别为类，框架抗震等级为三级，剪力墙抗震等级为三级。斜交抗侧力构件方向附加地震数为2（450，450）。基本风压0.9KN/m2（100年一遇）。重要性系数取值1.0。 根据电算结果，大底盘屋面质心X=17.047m，Y=39.247m。办公楼塔楼一层质心X=4.108m，Y=35.742m。 LX=90.3m，LY=45.3m。X20%LX，Y20%LY，塔楼偏置未超限。 考虑扭转耦联时的振动周期，T1=2.3161S（平动），T2=2.0967S（平动），T3=2.0358S（扭转）,T3/T10.9 满足规范要求。 其它控制指标，如地震质量参与系数、剪重比、节点位移等也均满足规范要求。 宿舍楼标准层平面呈W形，如图3所示。主要柱距为7.2x8.3m和7.2x7.2m。根据建筑平面，主要利用楼、电梯间及前室布置剪力墙，承受大部分的水平荷载。在两翼各设两段剪力墙肢，来加强450和1350方向的抗推刚度，提高整个结构的抗扭能力。 宿舍楼电算程序为PKPM/SATWE,上部结构电算15层，柱截面底层最大为800x800剪力墙底层厚300mm。全楼柱墙混凝土强度等级C45C30,梁板混凝土强度等级均取C30。宿舍楼抗震设防烈度按6度（0.05g），场地土类别为类，框架抗震等级为四级，剪力墙抗震等级为三级。斜交抗侧力构件方向附加地震数为2（450，450）。基本风压0.7KN/m2（50年一遇）。重要性系数取值1.0。 根据电算结果，在X向地震作用下，框架柱倾覆弯距占全楼倾覆弯距47.50；在Y向地震作用下，框架柱倾覆弯距占全楼倾覆弯距38.85，两者均未超过50。根据建筑抗震设计规范，宿舍楼框架抗震等级取四级，符合要求1。 考虑扭转耦联时的振动周期，T1=1.8367S（平动），T2=1.6410（平动），T3=1.5589S（扭转）,T3/T10.9 满足规范要求2。 其它控制指标，如地震质量参与系数、剪重比、节点位移等均满足规范要求。 五设计小结 1.当地质条件好，土层稳定且承载力高时，高层建筑采用天然地基，可节省投资，具有较强的经济性。 2.对于特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑，其基本风压按100年重现期的风压值采用。对风荷载是否敏感，主要与高层建筑的自振特性有关，目前尚无实用的划分标准。一般情况下，房屋高度大于60m的高层建筑可按100年一遇的风压值采