蔣笑奇

摘要：本文描述在特定場地條件下高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案，同時(shí)對上部結(jié)構(gòu)超限提出可靠、合理的抗震措施，在滿足結(jié)構(gòu)安全的前提下，盡可能符合建筑功能需求和節(jié)約工程造價(jià)。

關(guān)鍵詞：高層結(jié)構(gòu) 基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)超限抗震措施 可行性

一、工程概況

本工程地處安徽省六安市七里站圓盤東南角地塊內(nèi)，北臨皖西大道，西臨長安南路?？偨ㄖ娣e為46249.54m2，其中地上38667.74 m2，地下7581.80 m2。地下1~2層為汽車庫及設(shè)備用房，地上1~3層為商業(yè)用房，4~27層為辦公用房，該辦公樓總高為99.3m。地下一層層高4.2m，地下二層層高4.2m；地上一層層高4.5m，二、三層層高4.2m，三層以上層高3.6m。目前該項(xiàng)目已竣工。

本工程主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年，基本風(fēng)壓為0.40KN/m2（n=100），基本雪壓為0.55KN/m2（n=50），抗震設(shè)防烈度為7度(0.10g)，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，特征周期值（Tg=0.35），水平地震影響系數(shù)最大值為0.08，結(jié)構(gòu)阻尼比為0.05，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，建筑抗震設(shè)防類別為丙類。

本工程采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，框架和剪力墻結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)除地下二層為三級(jí)以外，其余均為二級(jí)，地下室防水等級(jí)為二級(jí)，建筑防火分類等級(jí)為一類高層建筑，耐火等級(jí)為一級(jí)。本工程不考慮人防，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)。

二、上部及地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本工程地下室部分共二層，用作停車場和設(shè)備房間使用，采用鋼筋混凝土梁板體系。主樓為27層，另有屋面設(shè)備層一層。主樓采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻墻厚為200~400mm, 框架柱截面尺寸為800×800~1200×1000(mm×mm),框架梁截面尺寸為400×650~500×750(mm×mm)；裙房共三層，采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，框架柱截面尺寸為600×600~700×700(mm×mm), 框架梁截面尺寸為400×650~500×800(mm×mmm)。本工程將地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端，地下室頂板采用鋼筋混凝土梁板體系，板厚為180mm. 經(jīng)計(jì)算地下室部分的樓層側(cè)向剛度大于相鄰的底層側(cè)向剛度的2倍以上，滿足作為上部結(jié)構(gòu)嵌固端的條件。

由于本工程裙樓和地下室超長至77米，且裙樓和主樓連為一體，為了減小建筑物的不均勻沉降及溫度應(yīng)力和混凝土的前期收縮影響，擬采用以下措施：1、在主樓和裙樓之間設(shè)置施工后澆帶，后澆帶可在主樓封頂后封閉；2、主樓中部設(shè)置溫度后澆帶，后澆帶可在本樓層澆筑2個(gè)月后封閉；3、加強(qiáng)地下室的底板、頂板和地下室外墻的水平向配筋和超長部分樓層和屋面層結(jié)構(gòu)的配筋，以抵抗溫度作用產(chǎn)生的拉力；4、減少水泥用量和降低水灰比，摻入合適的外加劑，以減少混凝土的收縮徐變；5、加強(qiáng)對混凝土的養(yǎng)護(hù)措施。

三、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

本工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)依據(jù)：地質(zhì)勘探報(bào)告《六安市七里站經(jīng)濟(jì)適用房巖土工程勘察報(bào)告》(勘察編號(hào):2008-kc-2)。±0.000相當(dāng)于絕對標(biāo)高 69.850米，地下室底板頂面相對標(biāo)高為-8.500。根據(jù)地勘報(bào)告，抗浮水位按場地整平標(biāo)高下1.0m考慮。 場地地層，自上而下分別敘述如下：①層雜填土(Q4ml): 層厚0.30～6.60m，灰褐、雜色，上部主要成分為建筑垃圾，下部粘性土，松散～稍密，稍濕。②-1層粉質(zhì)粘土 (Q4al+pl)：層厚0.60～4.00m，層頂埋深2.20～6.60m，層頂高程59.68～64.71m。青灰、灰黃色，呈可塑狀態(tài)、局部硬塑，含鐵、錳質(zhì)浸染，光澤反應(yīng)稍有光滑，無搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度中，韌性中，本層分布不廣泛。②層粘土 (Q3al+pl)：層厚0.20～6.30m，層頂埋深0.30～4.60m，層頂高程62.27～71.41m。褐黃色、黃色，呈硬塑～堅(jiān)硬狀態(tài)，含鐵、錳質(zhì)結(jié)核（局部富集），光澤反應(yīng)光滑，無搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度高，韌性高，本層分布較廣泛。③層粘土夾礫石(Q3al+pl)：層厚0.50～3.60m，層頂埋深2.00～7.60m，層頂高程60.17～67.30m。褐黃色、黃色，呈硬塑～堅(jiān)硬狀態(tài)，含鐵、錳質(zhì)結(jié)核（局部富集），光澤反應(yīng)光滑，無搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度高，韌性高，夾礫石，以角礫為主，含量5%～20%，局部富集，成分為石英、長石，本層分布不廣泛。④層強(qiáng)風(fēng)化砂巖（J2z）：層厚1.70～8.70m，層頂埋深1.20～10.0m，層頂高程57.78～66.25m，紫紅色，稍濕，密實(shí)，結(jié)構(gòu)、構(gòu)造大部分破壞，礦物成份明顯改變，風(fēng)化呈泥質(zhì)砂土狀、塊狀，節(jié)理、裂隙發(fā)育，本層分布廣泛。⑤層中風(fēng)化砂巖（J2z）：最大揭露層厚12.30m，層頂埋深3.90～14.00m，層頂高程55.23～63.55m，紫紅色，致密，粉細(xì)粒結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，主要礦物成份為長石、石英，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)程度較好，巖芯呈塊狀、短柱狀、柱狀，節(jié)理裂隙不發(fā)育，砂巖為軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)，本層分布廣泛 。

本工程采用天然巖石地基,基礎(chǔ)型式為柱下鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)及墻下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，樓梯、電梯部位局部采用鋼筋混凝土筏形基礎(chǔ)。基礎(chǔ)持力層為⑤層中等風(fēng)化砂巖，地基承載力特征值為fak= 1000 kpa?；A(chǔ)埋深大部分為-9.600和-10.000，局部落深至-12.900。施工時(shí)應(yīng)將巖石表面以上的各層土全部清除,如遇局部超深，C15素混凝土墊層加厚至設(shè)計(jì)標(biāo)高。地下室的底板采用600mm厚防水板，為鋼筋混凝土無梁平板，獨(dú)基兼柱帽。裙房抗浮采用巖石抗拔錨桿基礎(chǔ)。

四、結(jié)構(gòu)分析

本工程結(jié)構(gòu)計(jì)算采用由中國建筑科學(xué)研究院編制的SATWE“多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件（墻元模型）”和CSI公司開發(fā)研制的ETABS兩種計(jì)算程序，并對其進(jìn)行分析比較，同時(shí)還應(yīng)用SATWE進(jìn)行了地震的彈性時(shí)程分析，以對方案進(jìn)行校核。結(jié)構(gòu)計(jì)算主要結(jié)果詳見下表：

名 稱 SATWE ETABS

振型個(gè)數(shù) 30 30

周期折減系數(shù) 0.8 0.8

T1（S）（扭轉(zhuǎn)成份） 2.3431（0.00） 2.2381

T2（S）（扭轉(zhuǎn)成份） 2.2980（0.00） 2.1836

T3（S）（扭轉(zhuǎn)成份） 1.6390（0.86） 1.4494

扭轉(zhuǎn)周期與最大平動(dòng)周期比值 0.699 0.648

結(jié)構(gòu)總質(zhì)量（T） 74025.156 72408.8

層間最大彈性位移角 風(fēng) X向 1/3906 1/5400

Y向 1/3567 1/4434

地震 X向 1/1631 1/2578

Y向 1/1669 1/2367

最大層間位移與平均層間位移的比值 地震 X向 1.20 1.181

Y向 1.27 1.183

墻傾覆彎矩百分比 地震 X向 80.71% 72.3%

Y向 81.22% 72.3%

剪重比 X向 1.95% 1.8%

Y向 1.97% 1.9%

參與地震分析有效質(zhì)量系數(shù) X向 99.58% 91%

Y向 99.57% 90%

本層與下一層最大抗側(cè)移剛度比 Ratx 0.9573 0.956

Raty 0.9549 0.962

柱、墻最大軸比 柱 0.82 0.81

墻 0.37 0.39

彈性時(shí)程分析結(jié)果和振型分解反應(yīng)譜法（SATWE）之比較（見下表）