抗美援朝纪念馆是全国、全军唯一一座全面反映抗美援朝历史的国家级重大战争纪念馆，地处辽宁省丹东市振兴区山上街北侧英华山顶，依山而建，拟改扩建场址为原抗美援朝纪念馆馆址。改扩建后的抗美援朝纪念馆总建筑面积约3万m²，主要包括抗美援朝纪念馆新馆 (简称新馆) 、改造修缮全景画馆、修缮纪念塔及底层裙房等。新馆共三层，一层层高8.2m (局部为地下结构，局部设有夹层) ，二层层高8m，三层层高7.35m，建筑高度23.55m。新馆屋面层与全景画馆之间设置不上人的钢结构连廊，将新馆与全景画馆连为一体，形成平面L形造型。

　　 新馆结构形式为框架-剪力墙结构，主体结构设计使用年限为100年，建筑结构安全等级为一级，结构抗震设防类别为乙类。

　　 依据《建筑抗震设计规范》 (GB 50011—2010) (2016年版) ^[1] (简称抗规) ，丹东市抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，抗震设计分组为第一组，建筑场地类别为Ⅱ类。水平地震动参数见表1。根据本工程安评报告^[2]，设计地震动参数见表2。

　　 根据抗规第3.10.3条条文说明第1款，“对于设计使用年限不同于50年的结构，其地震作用需要作适当调整，取值经专门研究提出并按规定的权限批准后确定。”故本工程地震动参数按安评报告取值。

　　 主要活荷载均按照《建筑结构荷载规范》 (GB50009—2012) ^[3] (简称荷载规范) 、《博物馆建筑设计规范》 (JGJ 66—2015) 取值，一层及二层部分展厅根据业主要求按10kN/m²取值。但荷载规范中可变荷载代表值是采用50年设计基准期，本工程结构设计年限为100年，考虑乘以1.1的活荷载调整系数。

　　 本工程结构安全等级为一级，重要性系数为1.1，该系数与100年设计年限的活荷载调整系数同时考虑。

　　 根据荷载规范，本地区100年一遇基本风压为0.65kN/m²，地面粗糙度为B类，山区地形条件修正系数η_B=2.46，考虑山区地形修正后的基本风压w₀=1.6kN/m² (100年一遇) 。

　　 根据荷载规范，本地区100年一遇基本雪压为0.45kN/m²，雪压与屋面均布活荷载不同时考虑。

　　 温度作用的分项系数取1.4，基本组合系数取0.6。基本气温:最高32℃，最低-18℃。月平均气温:最高23.4℃ (8月份) ，最低-7.4℃ (1月份) 。历年极端气温:最高35.3℃，最低-25.8℃。结构合拢温度:8～25℃，可以保证在一年中的大部分时间均可以合拢，具备施工可行性。夏季室内外温差取8℃，冬季室内外温差取18℃。不考虑人工制冷或供暖。混凝土结构设置后浇带，收缩等效温降取4℃。结构的温度作用参考荷载规范有关条文取值，具体见表3。

　　 本工程混凝土结构耐久性设计使用年限为100年，依据《混凝土结构设计规范》 (GB 50010—2010) (2015年版) (简称混凝土规范) 及《混凝土结构耐久性设计规范》 (GB/T 50476—2008) (简称混凝土结构耐久性规范) 对各部位混凝土构件环境类别进行分类，其中一类环境按照混凝土规范进行分类，其他类别环境按照混凝土结构耐久性规范进行分类;根据构件的分类类别，分别给出不同部位构件的保护层厚度。

　　 严格控制混凝土材料的水胶比、氯离子含量、碱含量等，适当提高混凝土强度等级。

　　 场地位于丹东市振兴区英华山顶，场地地貌单元为海蚀阶地，属低山丘陵地貌，地面高程为33.31～58.35m，高差起伏很大。根据地勘资料，地基土划分为8层: (1) 杂填土、 (1) ₁粉质黏土、 (2) ₁全风化石英砂岩、 (2) 强风化石英砂岩、 (2) ₂强分化断层角砾岩 (局部分布) 、 (2) ₃强风化糜棱岩 (局部分布) 、 (3) 中风化石英砂岩、 (4) 中风化糜棱岩 (局部分布) 。典型的地质剖面图见图2。

　　 本工程场地岩土 (土层) 起伏很大。虽只有三层建筑，但基本都是大跨度、重荷载，因此，柱底轴力也较大，一般柱底轴力为7 000～11 000kN (恒载+活载作用下) ，且大部分区域底板下为深厚的杂填土 (4～8m) ，故采用天然基础不可行。

　　 在新建建筑中间区域，有两个钻孔资料显示，底板下即为中风化石英砂岩 (地基承载力特征值f_a=1 500kPa) ，若在杂填土区域采用地基处理，即使处理后的地基承载力达到500kPa，依然与中风化石英砂岩承载力差距很大，相邻基础间的不均匀沉降无法控制。故采用地基处理不可行。

　　 本工程最终选用直径800mm的冲孔灌注桩，桩端持力层为 (3) 中风化石英砂岩，单桩抗压承载力特征值为4 000kN。针对本工程场地岩土 (土层) 起伏大的特点，基础设计时采取如下措施确保桩基础设计的可靠性:

　　 (1) 加大试桩的数量，按强风化岩层厚度的不同，共设计5根试桩，基本对本场地各岩层分布的情况均有覆盖。

　　 (2) 按强风化石英砂岩层厚度的不同，对进入持力层深度以及桩长进行分类控制，具体为:1) 当强风化石英砂岩厚度h≤2.0m时，进入中风化石英砂岩的深度不小于 (7-h) m;2) 当强风化石英砂岩厚度2.0m<h<7.5m时，进入中风化石英砂岩的深度不小于[2.0+0.55 (7.5-h) ]m;3) 当强风化石英砂岩厚度7.5m≤h<10.0m时，进入中风化石英砂岩的深度不小于[0.8+0.48 (10.0-h) ]m;4) 当强风化石英砂岩厚度h≥10.0m时，进入中风化石英砂岩的深度不小于0.8m。

　　 (3) 将地勘报告勘察孔的土层 (岩层) 标高汇集在试桩图上，场地地质情况一目了然，方便施工时控制桩基进入持力层的深度。

　　 本工程场地的另一显著特点是场地高低错落，南北场地高差大。新馆一层南侧均临土、置于地下，新馆一层北侧部分临土、置于地下，部分外露，如图3所示。

　　 一般对于仅一侧临土的坡地建筑，最好的处理方式是设置独立的挡土墙，将之与主体结构脱开。但本工程不是纯粹的一侧临土，另有两侧部分临土，且南侧临近中国人民志愿军指挥所，该指挥所地下一层，属文物保护建筑，文物局要求施工开挖边界距离指挥所不得小于25m，因此，施工开挖边界极为受限，无足够空间放坡和设置独立挡土墙。故采用与主体结构相连的混凝土外墙来挡土较为适宜，但与一般地下室四面临土不同，本工程四个侧面临土范围不一样，故土侧压力在主体结构上不能平衡，主体结构需承担南北侧土侧压力差带来的水平力。

　　 因承台及底板下的地基土，部分区域为杂填土，部分区域为 (1) ₁粉质黏土、 (2) ₁全风化石英砂岩、 (2) 强风化石英砂岩以及 (3) 中风化石英砂岩，但详细的分布范围，仅根据地勘报告的钻孔资料，无法准确确定，故承台及底板与地基土的摩擦力无法准确计算出来。因此考虑将上述水平力差值全部靠桩来抵抗，承台及底板与地基土的摩擦力作为安全储备。

　　 将外墙临土情况输入到YJK软件中，考虑地震工况，进行整体计算，计算出每根桩承担的水平力。经计算，桩承受最大水平力为108kN。

　　 本工程桩配筋为1418，配筋率为0.71%，桩混凝土强度等级为C35，桩顶按铰接考虑，桩顶最大水平位移取6mm，按《建筑桩基技术规范》 (JGJ94—2008) 公式5.7.2-2计算得到的单桩水平承载力特征值为119kN，大于单桩承担的最大水平力。

　　 依据抗规3.4.3-1款规定，本工程存在的不规则项主要有:1) 扭转不规则;2) 楼板局部不连续 (一层有夹层，序厅处因错层开洞，楼板有效宽度小于楼板典型宽度的50%) ;3) 侧向刚度不规则 (二层局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%) 。

　　 根据抗规3.4.1～3.4.3条及条文说明，本工程应为“特别不规则”结构。

　　 对于一般主体结构竖向构件采用中震不屈服的性能目标，对于大悬挑结构 (包括大悬挑梁、大悬挑梁支承柱) 采用中震弹性的性能目标。

　　 根据本工程安评报告，中震计算时，地震影响系数最大值α_max=0.548 6，考虑竖向地震。

　　 依据抗规“二阶段、三水准”的设防目标，要达到第三水准“大震不倒”的抗震设防要求，要求支承大悬挑梁的框架柱等关键构件在大震下不屈服。对本工程而言，有必要采用弹塑性时程分析的方法对支承大悬挑梁的框架柱在大震下是否屈服进行校核。

　　 采用PKPM-SAUSAGE软件进行分析，地震波选用SAUSAGE自带地震波库中特征周期为0.45s的两组天然波和一组人工波，均为三向地震波，结构阻尼比取0.07。依据本工程安评报告，大震下的地震动峰值加速度为403cm/s²，特征周期为0.44s。

　　 分析结果表明，在大震作用下，支承大悬挑梁的框架柱，其钢筋塑性发展程度 (钢筋塑性应变与屈服应变的比值) 均小于0.83，其最大压应变出现在底部楼层，最大压应变为0.001 3，小于混凝土极限压应变0.003 5，混凝土损伤因子为0，故其能实现“大震不屈服”的目标。

　　 根据小震、中震及大震的分析结果，针对本工程提出如下抗震加强措施:1) 取小震及中震分析的包络值进行设计;2) 对剪力墙在抗震措施上予以加强，剪力墙全部按照约束边缘构件进行设计;3) 严格控制相关框架柱的轴压比，大悬挑梁支承柱轴压比控制在0.50以下，大跨度梁支承柱轴压比控制在0.65以下;4) 大悬挑梁及其支承柱的配筋予以适当放大。

　　 在三层 (15) ～ (19) 轴交?～○K轴间为多功能学术报告厅，见图4。该处三层及屋面往东悬挑6.70～11.40m，三层东侧形成八字形凹口，屋面东侧结构边线距 (17) 轴为11.150m，见图5, 6。

　　 考虑在三层楼盖处沿悬挑方向设7根悬挑大梁，悬挑大梁高度控制在2.0m内。 (17) 轴交?轴、轴处框架柱顶标高为16.000m (三层结构板面) ，故在?～○K轴悬挑梁段设置4根梁上柱LZ2，用于支承屋面荷载，悬挑大梁实际承担三层及屋面层共两层的荷载。?轴及南侧、?轴、轴共四根悬挑大梁设计为型钢混凝土梁，与型钢混凝土相连的框架柱设计为型钢混凝土柱。利用建筑在?轴及○K轴布置有砌体墙的特点，在这两轴处设置钢筋混凝土X形斜撑，如图4所示。

　　 悬挑结构为一水平受力构件，一般情况下主要承受竖向荷载作用。多次大地震震害表明，竖向地震对大悬挑结构造成的破坏比水平地震要大，因此分析竖向地震作用对大悬挑结构的影响尤为重要。

　　 抗规5.1.1条规定，8, 9度地震作用下的大跨度和长悬臂结构及9度地震下的高层建筑，应计算竖向地震作用。《高层建筑混凝土结构技术规程》 (JGJ 3—2010) 4.3.2条规定，高层建筑中的大跨度、长悬臂结构，7度 (0.15g) 、8度抗震设计时应计入竖向地震作用。

　　 本工程不是高层建筑，抗震设防烈度为7度 (0.15g) ，按规范规定，可不考虑竖向地震作用。但考虑到本工程按100年设计的地震动峰值加速度接近8度区，且地震影响系数最大值超过8度区，故本工程依然有必要考虑其竖向地震作用。

　　 在YJK软件中，采用振型分解反应谱法计算大悬挑结构的竖向地震作用。以?轴交 (17) ～ (19) 轴处的大悬挑梁为例，简述该悬挑梁支座处计算结果。

　　 本工程大悬挑处板厚130mm，建筑面层厚200mm，附加恒载为4.5kN/m²，活载取5.0kN/m²，梁端部幕墙线荷载为40kN/m，幕墙作用在边梁上的扭矩为60kN·m/m，加之?轴处大悬挑梁需承担屋面结构荷载，故该悬挑梁恒载占了较大比例，从各工况下内力标准值 (表4) 即可看出。

　　 按照荷载规范以及抗规进行荷载组合，并取其最不利组合进行设计。本工程重要性系数为1.1，考虑结构设计年限的活载调整系数为1.1，故对于永久荷载效应控制的组合，恒载分项系数为1.35×1.1=1.485，活载分项系数为1.4×0.7×1.1×1.1=1.186。该悬挑梁由于恒载较大，“1.485恒载+1.186活载”的荷载组合起控制作用，超过考虑竖向地震的荷载组合。

　　 考虑在多次大地震中，竖向地震对大悬挑结构破坏较大，本工程将大悬挑梁负筋以及箍筋均予以适当放大。

　　 二层南侧为南广场屋面板，多处设有18m×18m的连续大跨结构，建成后主要为室外集会场地，需考虑消防车荷载及其他大型车辆或设备荷载。二层结构板参照地下室顶板进行设计，依据《地下工程防水设计规范》 (GB 50108—2008) 第4.1.7条规定，板厚取250mm。结构面板建筑做法荷载为15kN/m²，建筑专业要求结构梁高需控制在1 250mm以内。因本工程结构嵌固端取在基础顶面，二层结构板还需考虑地震及温度作用，提出如下三个方案进行计算及比较。

　　 方案一，结构平面布置见图7 (a) ，其中粗体点划线为预应力梁，截面为700×1 500，其他框架梁截面为500×1 100，次梁截面为350×900。该结构布置简单、清晰，但梁高不满足建筑专业的要求。

　　 方案二，采用正放井字梁布置 (图7 (b) ) ，井字梁的间距为3m。9m跨框架梁截面为550×1 450，井字梁截面为450×1 400，框架柱间的井字梁截面为600×1 400。该结构布置简洁，但梁高不满足建筑专业的要求。

　　 方案三，充分利用柱网的特点，斜拉框架梁 (图7 (c) ) ，主框架梁跨度由18.0m缩小为12.7m，截面为700×1 250。在斜拉框架梁围合区域，采用斜放井字梁布置，井字梁间距为3.18m，截面为450×1 100。井字梁全部为连续梁，可有效降低其跨中弯矩，同时降低了边梁的受扭作用。由于主框架梁较宽 (700mm宽) ，且梁柱节点处有5～6根梁交汇，为改善梁柱节点处弯矩传递及钢筋锚固问题，在柱顶设计了柱帽 (ZM1～ZM3) ，柱帽截面为2 400×2 400，高度同该节点处最大梁高。对于柱两侧连续直梁，要求梁纵筋直通;对于柱两侧非连续直梁，允许纵筋在柱支座内分开锚固。

　　 全景画馆建成于1993年，本次改扩建工程中，属于改造修缮设计。新馆屋面与全景画馆之间设有一不上人的连廊，将新馆和全景画馆连为一体。该连廊采用空间网架结构，在全景画馆最外侧的柱下独立基础间，新增设5根框架柱，其基础采用人工挖孔桩。框架柱自基础面伸至全景画馆屋面，在新增的5根框架柱上各设一混凝土牛腿，见图8 (d为柱纵筋直径，填充的部分为全景画馆原结构) 。该牛腿作为网架在全景画馆侧的支座，该侧支座为滑动铰支座，只约束其竖向位移，水平方向可滑动，且限制其最大位移量为100mm。在新馆侧，将悬挑梁伸出屋面结构边线600mm，在悬挑梁端设置网架支座，共7个，该侧支座为固定铰支座。同时在 (3) 轴及 (4) 轴交?轴悬挑梁处设置钢筋混凝土斜撑，以提高悬挑梁的承载能力和结构稳定性。

　　 本工程平面超长超宽 (平面尺寸为80m×137m) ，为满足建筑功能要求，不设伸缩缝，整个结构为一整体。根据辽宁省地方标准《地下混凝土结构防裂技术规程》 (DB21/T 1745—2009) 的相关要求，遵守“防、放、抗”相结合的原则，采用补偿收缩混凝土技术，设置后浇带、膨胀加强带、限制材料的配比、添加抗裂剂等，并对施工措施作了具体要求，以解决平面超长超大问题。同时通过温度应力计算，在不同部位加强配筋 (设置温度筋) ，以提高结构抗裂能力。

　　 (1) 复杂场地的基础设计，需根据地质剖面图，将场地类型进行合理分类，变无序为有序，从而便于结构工程师对桩长及进入持力层深度的控制，也方便施工现场对施工质量的管控。

　　 (2) 结构设计年限100年建筑与50年建筑在地震动参数、荷载取值、耐久性等方面均有所不同，需按相应规范有关结构设计年限100年的条款进行设计。

　　 (3) 大悬挑结构需考虑竖向地震作用，本工程由于恒载所占比例很大，故竖向地震作用的组合未起控制作用，但依然有必要对其进行验算。

　　 (4) 对于一般主体结构竖向构件采用中震不屈服的性能目标，对于大悬挑结构采用中震弹性的性能目标。同时补充弹塑性分析验算，确保抗震设防目标的实现。