李　忠

(福州市建筑設(shè)計(jì)院　福建福州　350011)

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水岸觀溪住宅小區(qū)高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)淺析

李忠

(福州市建筑設(shè)計(jì)院福建福州350011)

結(jié)合某高層剪力墻結(jié)構(gòu)住宅具體工程，通過(guò)PKPM軟件試算，綜合結(jié)構(gòu)安全及用料經(jīng)濟(jì)等要求，優(yōu)化剪力墻布置方案。針對(duì)該工程中出現(xiàn)的剪力墻連梁超筋問(wèn)題，提出了采用雙連梁或高連梁等解決方案。同時(shí)，進(jìn)行了地下室頂板與底板的計(jì)算，在滿足裂縫控制的要求下進(jìn)行配筋，并進(jìn)行樁基及承臺(tái)布置。結(jié)果表明，剪力墻盡量上下對(duì)齊布置，能夠發(fā)揮墻體剛度，提高抗剪承載力。

剪力墻結(jié)構(gòu)；雙連梁；無(wú)梁樓蓋

0　工程概況

該工程為保障性安居工程，位于福清市宏路街道溪下村，毗鄰福清以元洪路為發(fā)展軸線的城區(qū)西擴(kuò)的新區(qū)，基地南臨55m寬龍江南路，西側(cè)為18m寬規(guī)劃路，北側(cè)為40m寬規(guī)劃路，東側(cè)為規(guī)劃河道，由福清市僑鄉(xiāng)建設(shè)投資有限公司興建。小區(qū)上部單體1#～12#樓均為剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻部分抗震等級(jí)為二級(jí)，框架部分抗震等級(jí)為二級(jí)。3#商業(yè)，青少年活動(dòng)中心，社區(qū)文化活動(dòng)站，抗震等級(jí)為三級(jí)。幼兒園為重點(diǎn)設(shè)防類，抗震等級(jí)為二級(jí)。總用地面積65 993m2，總建筑面積250 309m2，單層地下室建筑面積48 714m2，地下室底板由南向北3%坡度放坡，防空地下室類別為乙類。

1　平面布置

本文僅對(duì)住宅11#單體的設(shè)計(jì)進(jìn)行論述，地上32層，地上建筑面積13 695.3m2，建筑高度93.9m(不含梯間屋面)，地下室層高4.7m。結(jié)構(gòu)位移由Y方向風(fēng)荷載控制。在方案設(shè)計(jì)階段，平面有效寬度9.2m，以至于建筑高寬比大于10.0，超出合理值6.0較大，在試算過(guò)程中布置大量剪力墻，并在底層加大墻厚至350mm，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)超出合理范圍，結(jié)構(gòu)布置不合理。經(jīng)過(guò)后期方案優(yōu)化，盡量對(duì)齊南北側(cè)房間墻體，使兩側(cè)邊跨各形成兩片聯(lián)肢墻，有效增大Y向的抗側(cè)剛度，并調(diào)整房間進(jìn)深，降低高寬比至8.0，使其盡量接近合理值[1]，建筑標(biāo)準(zhǔn)層平面(圖1)。

另外，在布置剪力墻的過(guò)程中可適當(dāng)關(guān)注底層最大柱、墻組合內(nèi)力，在上部設(shè)計(jì)的過(guò)程中考慮樁基承載力特征值，一定長(zhǎng)度的墻下布置的樁基根數(shù)，可以達(dá)到優(yōu)化樁基數(shù)量，盡量避免樁承載力不足、樁間距不滿足規(guī)范要求等問(wèn)題的出現(xiàn)。

2　設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1結(jié)構(gòu)信息

將結(jié)構(gòu)模型輸入到PKPM中SETWE模塊進(jìn)行計(jì)算，設(shè)防烈度7度(0.10g)第三組；場(chǎng)地類別II類；自振周期折減系數(shù)0.90，抗震等級(jí)為二級(jí)，地下室框架抗震等級(jí)三級(jí)，主樓及外延一跨范圍的純地下室框架抗震等級(jí)同主樓。結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.0，結(jié)構(gòu)安等級(jí)為二級(jí)，結(jié)構(gòu)使用年限為50年，抗震設(shè)防分類為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)，裂縫控制等級(jí)為三級(jí)?；炷翉?qiáng)度C45逐層遞減至C25,縱筋強(qiáng)度360N/mm2，箍筋強(qiáng)度270N/mm2(表1)。

2.2地震和風(fēng)荷載信息

基本風(fēng)壓0.80(50年一遇)，由于高度大于60m，承載力設(shè)計(jì)的風(fēng)荷按50年一遇基本風(fēng)壓的1.1倍取值，地面粗糙度：C類，地震烈度7度，地震分組第三組，基本場(chǎng)地加速度0.10g，特征周期0.45s(二類)；場(chǎng)地土II類。計(jì)算時(shí)考慮偶然偏心以及雙向地震力作用(表2)。

表1　混凝土強(qiáng)度等級(jí)

表2　荷載設(shè)計(jì)信息

3　計(jì)算中連梁超配筋問(wèn)題的處理的方法

剪力墻連梁對(duì)剪切變形十分敏感，連梁超筋在剪力墻結(jié)構(gòu)體系中是一種非常普遍的現(xiàn)象。連梁配筋超限的部位，通常在結(jié)構(gòu)總高度的1/3左右的樓層，墻肢較長(zhǎng)時(shí)中部的連梁。當(dāng)連梁超限時(shí)，可減小連梁截面高度或采取其他減小連梁剛度的措施(如進(jìn)行剛度折減或者設(shè)置雙連梁)。

(1)該工程在兩側(cè)山墻處衛(wèi)生間開(kāi)小窗，有條件將連梁加高，此處連梁上反處理，梁面至上一層窗臺(tái)處，梁底與窗頂齊高，總截面高度1 450mm，使山墻處兩片剪力墻剛度進(jìn)一步增大，分擔(dān)更多水平力從而減小內(nèi)墻連梁剪力設(shè)計(jì)值，消除一些樓層中間部位連梁超配筋。將有條件加高的連梁截面設(shè)計(jì)至最大高度，可以有效減小結(jié)構(gòu)在水平力作用下的位移，創(chuàng)造條件降低其它連梁截面高度進(jìn)而減小配筋，使室內(nèi)過(guò)道處的凈高增大，改善室內(nèi)的舒適度。計(jì)算配筋(圖2)。

(2)為使結(jié)構(gòu)增加延性，連梁在地震作用下要先達(dá)到屈服，連梁剛度進(jìn)行折減，該工程連梁剛度折減系數(shù)取值0.6。但在剛度較大的剪力墻端，剛度折減后的超配筋問(wèn)題仍然無(wú)法消除，通常的處理方式是配置雙連梁，平面位置與雙連梁剖面(圖3)。

雙連梁方案在保證結(jié)構(gòu)側(cè)向位移不減小的同時(shí)，能夠很好地降低連梁的內(nèi)力，在改善建筑受力性能中起到優(yōu)良的作用，還有一個(gè)突出的有點(diǎn)就是可以通過(guò)改變不同的上下梁間距滿足不同的建筑功能需要，尤其在公用建筑中便于建筑設(shè)備、管線的布置。

4　SETWE分析結(jié)果

4.1周期和周期比的控制

計(jì)算輸出結(jié)構(gòu)周期文件前3個(gè)振型為結(jié)構(gòu)的主振型，第一振型為X方向的平動(dòng)；第二振型為Y方向的平動(dòng)；第三振型為扭轉(zhuǎn)振型。周期文件(表3)。

表3　周期輸出文件(其它振型略)

由以上數(shù)據(jù)可知：前3個(gè)振型為結(jié)構(gòu)的主振型，第一振型為X方向的平動(dòng)；第二振型為X方向的平動(dòng)；第三振型為扭轉(zhuǎn)振型。另外，Tt/T1=0.628<0.9，說(shuō)明結(jié)構(gòu)的平面布置滿足《高規(guī)》對(duì)減少扭轉(zhuǎn)影響的要求[2]。

4.2位移和位移比的控制

樓層層間最大位移與層高之比△u/h規(guī)定限值(最大層間位移角)與規(guī)范限值相比較的樓層位移應(yīng)該取不宜大于1/1 000，這里需要注意的是，與規(guī)范限值相比較的樓層位移應(yīng)該取不考慮質(zhì)量偶然偏心影響的計(jì)算數(shù)值[3]。在高規(guī)中，只有此項(xiàng)指標(biāo)是采用不考慮質(zhì)量偶然偏心影響，其余各項(xiàng)指標(biāo)都必須采用考慮質(zhì)量偶然偏心影響的計(jì)算數(shù)值。由于福清基本風(fēng)壓達(dá)到0.80N/mm2，建筑高度93.9m，而地震作用為7度0.10g，所以地震作用不是位移的控制作用。該工程控制性結(jié)構(gòu)水平位移為風(fēng)荷載作用下Y向樓層位移，SETWE實(shí)際輸出的Y 方向風(fēng)荷載作用下的樓層最大位移計(jì)算結(jié)果如表4(其它樓層略)。

表4　Y向風(fēng)荷載作用下位移輸出文件

Y方向最大值層間位移角:1/1 010.

由以上數(shù)據(jù)可知，工程的結(jié)構(gòu)最大位移角均小于1/1 000，符合規(guī)范的要求，計(jì)算結(jié)果和界限要求很接近，結(jié)構(gòu)布置比較經(jīng)濟(jì)合理，既滿足規(guī)范的設(shè)計(jì)要求，又節(jié)省材料，降低造價(jià)。

4.3經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

地下室層剪力墻厚度300mm，一層至十八層外墻厚度250mm，內(nèi)墻厚度200mm，十九層以上厚度減至200mm。經(jīng)STAT-S模塊的工程量統(tǒng)計(jì)，主樓地面以上樓層計(jì)算配筋的單位面積鋼筋用量為38.54kg，此數(shù)據(jù)不包括地下室層及砌體構(gòu)件及懸挑構(gòu)件鋼筋用量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷該結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)處于合理的范圍[4]。

5　地下室頂板、底板及樁基承臺(tái)設(shè)計(jì)

5.1地下室頂板計(jì)算

主樓內(nèi)頂板采用大板，板厚均為160mm，樓板配10@200雙層雙向鋼筋網(wǎng),板內(nèi)設(shè)置6@600梅花型布置的拉結(jié)筋；純地下室選擇無(wú)梁樓蓋方案，有較大的平整面，地下室頂棚平整美觀，利于敷設(shè)管線，在滿足使用要求的凈高前提下可以減小地下室層高0.5m～1.0m，從而減小人防墻體和外墻等豎向構(gòu)件體量，減小了基坑開(kāi)挖和支護(hù)以及降水的工程量以及地下室抗浮采用的措施費(fèi)用。當(dāng)然無(wú)梁樓蓋的厚度增加會(huì)導(dǎo)致樓蓋的自身重量并增大配筋，但這些跟無(wú)梁樓蓋方案所帶來(lái)的巨大延伸效益來(lái)說(shuō)基本可以忽略不計(jì)。室內(nèi)外高差依舊設(shè)置在剪力墻外邊緣，主樓外一跨范圍內(nèi)抗震等級(jí)同主樓，配筋采用主樓電算與純地下室電算包絡(luò)設(shè)計(jì)；地下室層剪力墻轉(zhuǎn)角處設(shè)600x600端柱，與主樓外一跨地下室單層柱拉設(shè)框架梁，邊緣構(gòu)件經(jīng)過(guò)計(jì)算采用構(gòu)造配筋(圖5)。

5.2樁基承臺(tái)計(jì)算

基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，持力層選擇中風(fēng)化凝灰?guī)r，主樓內(nèi)選用800mm直徑和1 000mm直徑兩種，極限承載力由樁身強(qiáng)度控制，特征值分別為4 500kN和6 900kN，將帶有樁徑信息的樁位圖dwg文件導(dǎo)入JCCAD，定義承臺(tái)參數(shù)后選擇圍樁承臺(tái)分別圍成單塊承臺(tái)，進(jìn)行樁筏、筏板有限元計(jì)算。樁反力輸出結(jié)果(圖6)。

由圖6可見(jiàn)，樁最大反力出現(xiàn)在(13)和(14)工況，這兩個(gè)工況是有Y向正、負(fù)風(fēng)荷載與恒+活的組合，

根據(jù)《樁規(guī)》樁基承載力可取特征值放大1.25倍，經(jīng)檢驗(yàn)所有樁基承載力滿足要求。有限元計(jì)算每個(gè)單元的彎矩并給出配筋，驗(yàn)算抗沖切承載力滿足要求，并按承臺(tái)梁給出配筋，如圖7所示(其它承臺(tái)略)。

5.3地下室底板計(jì)算

地下常年水位標(biāo)高按地面標(biāo)高±0.00考慮，扣除底板及面層自重后取35kN/m2作為底板水浮力，承臺(tái)間設(shè)置聯(lián)系梁劃分板塊，板厚取300mm，并用倒樓蓋模型計(jì)算，承臺(tái)寬度并未在底板計(jì)算中考慮，使底板配筋偏保守。在滿足裂縫控制的要求下，底板配筋采用雙層雙向通長(zhǎng)鋼筋加支座附加筋。

6　結(jié)論

本文依托水岸觀溪住宅小區(qū)11#樓單體進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置和配筋計(jì)算，并整理設(shè)計(jì)過(guò)程中解決問(wèn)題的一些經(jīng)驗(yàn)。其中剪力墻盡量上下對(duì)齊布置，這樣能夠發(fā)揮墻體的剛度提高抗剪承載力；高層設(shè)計(jì)中連梁的超筋問(wèn)題比較突出，本工程采用提升山墻小開(kāi)窗處連梁截面從而調(diào)整墻體的水平力分配，對(duì)于超筋的深梁，使用了雙連梁設(shè)計(jì)方案，有效解決連梁超筋問(wèn)題；剪力墻下承臺(tái)梁由圍樁承臺(tái)布置自動(dòng)生成，便于調(diào)整墻下不同樁型的布置；主樓內(nèi)在底板的計(jì)算中將水浮力作為板荷載采用倒樓蓋模型計(jì)算配筋。

[1]沈蒲生.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2006.

[2]JGJ3-2010 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2011.

[3]王濤.高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究[D].山東:山東大學(xué),2008.

[4]吳東.高層剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與探討[J].建筑設(shè)計(jì)學(xué)報(bào),2009,15.

Elementary analysis of Shuianguanxi residential high-rise structure design

LI Zhong

(Fuzhou Architectural Design Institute, Fuzhou 350011)

Combining an high-rise shear wall residential buildings project and the requirement of structural safety and saving material,the arranging measurement of shear wall had been optimized by using PKPM software for calculation.In allusion to the issue of over reinforcement in shear wall tie beam, the plan of using double tie beam or high tie beam construction measurement was proposed.At the same time, the calculation of the roof and floor of the basement was carried out, and the steel bar was carried out in order to meet the requirements of crack control,And carried on the pile foundation and the pile cap arrangement.The results showed that Shear wall up and down as far as possible alignment,will develop the wall rigidity,Increase shear capacity.

Shear wall structure; Coupling beam; Flat Slab

李忠(1987.1-)，男，碩士研究生，工程師。E-mail:75250601@qq.com

2016-08-05

TU3

A

1004-6135(2016)09-0061-04