劉麗

（太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030027）

某高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例分析

劉麗

（太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030027）

本文以某高層建筑為例，采用結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)與分析軟件SATWE對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，并對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了分析，結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)各項(xiàng)指標(biāo)均符合國家規(guī)范要求，具有良好的抗震性能，滿足設(shè)計(jì)要求。

高層建筑；框架—抗震墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一、工程概況

某高層建筑總長60.8m，總寬19m，總高65.10m。地上十五層，地下一層。地下室層高7.4m（含局部設(shè)備夾層層高3.2m），一二層層高5.1m，三至十二層層高3.9m，十三至十五層層高4.8m。其中一至十二層為辦公室，十三層至十五層為實(shí)驗(yàn)室，地下部分為車庫和設(shè)備用房。總建筑面積18182.26m2，建筑占地面積2130.40m2。此建筑設(shè)計(jì)使用年限50年，為二類建筑，建筑耐火等級為一級，屋面防水等級為二級，地下室防水等級為二級（配電室為一級）。

二、自然條件及地質(zhì)情況

本工程場地地震基本烈度8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.2g，設(shè)計(jì)地震分組第一組，建筑場地類別Ⅲ類。100年遇基本風(fēng)壓0.45kN/m2，50年遇基本雪壓0.25kN/m2，場地標(biāo)準(zhǔn)凍深0.68m。場地地基土自上而下可劃分為16層，從上至下依次為耕土，層厚0.4～0.5m；濕陷性黃土，層厚2.5～3.6m；細(xì)砂，層厚0.5～1.5m；粉土，層厚0.6～1.9m；粉質(zhì)黏土，層厚1.9～3.8m；粉土，層厚1.5～3.1m；細(xì)砂，層厚4.0～5.2m；粉土，層厚5.7～7.3m；細(xì)砂，層厚1.1～3.4m；粉砂，層厚1.6～3.7m；細(xì)砂，層厚3.1～4.2m；粉質(zhì)黏土，層厚3.5～4.4m；粉土，層厚3.0～5.9m；粉質(zhì)黏土，層厚3.4～5.1m；細(xì)砂，層厚4.7～5.6m；粉土，未揭穿，主要由第四系上更新統(tǒng)河流相沖、洪積層。地下水穩(wěn)定水位標(biāo)高為425.6m至425.9m，地下水對混凝土及混凝土中的鋼筋具弱微腐蝕性，場地為非自重濕陷性場地，地基濕陷等級為Ⅰ級（輕微），濕陷性分類乙類。按非液化場地設(shè)計(jì)。本場地可不考慮軟弱土的震陷影響，為穩(wěn)定場地。

三、地基處理及基礎(chǔ)形式

為了提高地基承載力，本工程主樓不應(yīng)采用天然地基，擬采用CFG樁進(jìn)行地基處理，經(jīng)計(jì)算，樁徑400mm，正方形布置，間距1400mm，樁長16.50m，樁體混凝土強(qiáng)度不小于20MPa，要求單樁承載力特征值≥550 kN，處理后復(fù)合地基承載力特征值≥380Kpa。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級乙級。

根據(jù)場地地質(zhì)情況及地基承載力大小，最終確定主樓采用梁板式筏型基礎(chǔ)，門廳及地下車庫采用鋼筋混凝土柱下條形基礎(chǔ)。另外，由于此建筑主樓與門廳、地庫重量相差較大，為了減小兩部分之間因不均勻沉降所引起的上部結(jié)構(gòu)間的內(nèi)力，在與主樓相連的門廳處從基礎(chǔ)至頂層設(shè)置沉降后澆帶，后澆帶采用比相應(yīng)結(jié)構(gòu)部位高一級的微膨脹混凝土，施工期間后澆帶兩側(cè)構(gòu)件應(yīng)妥善支撐，并且要在兩側(cè)結(jié)構(gòu)單元沉降基本穩(wěn)定后再進(jìn)行澆筑，這是兼顧經(jīng)濟(jì)利益與施工工藝的有效措施。

四、結(jié)構(gòu)主體設(shè)計(jì)

1.結(jié)構(gòu)選型

根據(jù) 《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》GB 50223-2008規(guī)定，本建筑抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類（丙類）?？紤]到主樓一層大廳為雙層中空，建筑功能布局多為開敞辦公區(qū)、視頻大會(huì)議室、監(jiān)控室等大空間以及建筑外形要求美觀、大方等方面因素，故本建筑主體部分采用鋼筋混凝土框架——抗震墻結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)體系兼顧了框架結(jié)構(gòu)和抗震墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，既能使房屋空間布局靈活，又能使高層建筑結(jié)構(gòu)滿足較大剛度的要求。具體做法是在建筑電梯井筒及樓梯間四周布置抗震墻，以及東西兩側(cè)山墻分別設(shè)置抗震墻，其余部位水平剪力由框架柱和框架梁承擔(dān)。參照規(guī)范規(guī)定，結(jié)構(gòu)抗震等級為框架一級，抗震墻一級，地下車庫框架三級。

2.主要荷載取值

表1 設(shè)計(jì)采用的均布樓、屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值 kN/m2

樓梯、陽臺(tái)和上人屋面欄桿頂部水平荷載取0.5kN/m。高低層相鄰的屋面，低層屋面考慮施工時(shí)臨時(shí)荷載取4kN/m2。大型設(shè)備按實(shí)際情況考慮。

地震參數(shù)：場地特征周期0.45s，建筑結(jié)構(gòu)的阻尼比0.05，多遇地震水平地震影響系數(shù)最大值0.16。

3.主要受力構(gòu)件尺寸取值

表2 結(jié)構(gòu)主要豎向構(gòu)件尺寸變化值 mm×mm

除地下車庫頂板板厚為200mm、地下一層頂板厚為180mm外，其他各層樓板厚度均為120mm。

4.主要結(jié)構(gòu)材料選取

表3 主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級

此外，圈梁、構(gòu)造柱、挑檐、雨篷及樓梯均采用C30混凝土。主要用于基礎(chǔ)梁、板，墻和柱以及樓面梁的縱筋選用HPB235、HRB335、HRB400級鋼筋。標(biāo)高正負(fù)零以上填充墻采用加氣混凝土砌塊，容重≤6.5kN/m，標(biāo)高正負(fù)零以下墻體采用MU10粉煤灰磚，其余內(nèi)隔墻均采用輕質(zhì)隔墻，其重量不應(yīng)大于1.00kN/m。標(biāo)高正負(fù)零以上采用M5混合砂漿，標(biāo)高正負(fù)零以下采用M7.5水泥砂漿。結(jié)構(gòu)中所采用的型鋼、鋼板和鋼管均采用Q235-B級鋼。

5.計(jì)算軟件及計(jì)算依據(jù)

本工程計(jì)算使用程序?yàn)橹袊ㄖ茖W(xué)研究院開發(fā)的建筑結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)與分析軟件SATWE。計(jì)算依據(jù)為建筑條件圖及《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2002、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011－2010、《高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2002、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007－2002等國家相關(guān)規(guī)范。

6.計(jì)算結(jié)果分析

（1）位移比

基于剛性樓板假定，考慮偶然偏心的條件下，最大位移與層平均位移的比值：X向?yàn)?.17，Y向?yàn)?.16；最大層間位移與平均層間位移的比值：X向?yàn)?.05，Y向?yàn)?.21。位移比超過1.2，需要考慮雙向地震作用，在進(jìn)一步施工圖設(shè)計(jì)中對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化。

（2）層間位移

計(jì)算時(shí)不扣除整體彎曲變形，不考慮偶然偏心的影響，X方向地震力作用下的樓層最大位移：1/1273＜1/800；Y方向地震力作用下的樓層最大位移1/1023＜1/800，滿足規(guī)范要求。

（3）剪重比

底層水平剪力與結(jié)構(gòu)總重力荷載代表值比值：X向3.8%；Y向4.26%，均大于抗震規(guī)范（5.2.5）條要求的樓層最小剪重比3.20%，故滿足要求。

（4）剛度比

結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定驗(yàn)算：其X向剛重比 EJd/GH2= 11.26；Y向剛重比EJd/GH2=9.19，均大于1.4，能夠通過高規(guī)的整體穩(wěn)定驗(yàn)算，均大于2.7，可以不考慮重力二階效應(yīng)。

（5）軸壓比

取框架柱2為例進(jìn)行說明，底層軸壓比為0.70＜0.75，滿足抗震規(guī)范6.3.7及6.4.6條的規(guī)定，其余框架柱同此處。

（6）周期比

表4 考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時(shí)的計(jì)算結(jié)果

結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一周期Tt與平動(dòng)為主的第一周期T1的比值為1.1702/1.3891=0.8424＜0.9；地震作用最大的方向?yàn)?75.491度；有效質(zhì)量系數(shù)：X向99.57%；Y向99.50%。

（7）框架柱地震傾覆彎矩百分比

在基本振型地震作用下，框架部分承受的地震傾覆力矩占結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的百分比：X向21.06%；Y向22.69%，均小于50%，故本建筑中框架部分的抗震等級按照框剪架構(gòu)確定是合理的。

五、結(jié)語

以上計(jì)算分析結(jié)果表明，本建筑采用框架的結(jié)構(gòu)形式比較合理，滿足了建筑經(jīng)濟(jì)、安全、適用、美觀的總體要求，結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果比較理想。

結(jié)構(gòu)抗震墻及框架柱采用變截面設(shè)計(jì)，符合力學(xué)原理和要求，并設(shè)置多道防線，使結(jié)構(gòu)具有較好的延性，滿足“三水準(zhǔn)”的抗震設(shè)防要求。

采用復(fù)合地基，節(jié)約成本，縮短施工周期，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

TU

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1673-0046（2012）5-0182-02