陳昭陽

(福建省林業(yè)勘察設(shè)計院 福建福州 350001)

1 工程概況

安徽某小區(qū)位于該省六安市中心附近的新城區(qū)，小區(qū)總建筑面積約40萬m2，整個小區(qū)由22座高層和4座多層建筑組成，層數(shù)2～32層不等，按規(guī)劃要求，設(shè)地下室1層(外圍局部區(qū)域不設(shè)地下室)，部分設(shè)有6級人防，如圖1所示。8號樓地下室(不設(shè)人防)及1至2層為商場，3至28層為公寓，檐口高度90m， 該建筑屬A級高度的高層建筑，I-I剖面圖如圖2所示。主樓與地下室頂板及地上裙房間設(shè)置沉降后澆帶。

圖1 總平面圖局部

2 設(shè)計參數(shù)

2.1 工程地質(zhì)概況

根據(jù)業(yè)主提供的巖土工程勘察報告(詳勘)，主要土層自上而下的分布依次為：①素填土→②淤泥質(zhì)粘土→③粘土1→④粘土2→⑤粉質(zhì)粘土→⑥粉土→⑦礫砂→⑧強風(fēng)化砂巖(整個場地土層描述，各單體處土層有缺項)。建筑場地類別為Ⅱ類，為中硬場地土類型，場地特征周期為0.35S，為對建筑抗震一般地段。

建議地下室基礎(chǔ)以埋深作為膨脹土防治措施，基礎(chǔ)埋深不小于1.5m。地下室抗浮設(shè)防水位取值，建議取設(shè)計室外地坪標高下1.5m進行設(shè)防。場地地下水及場地土對混凝土結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性，場地環(huán)境類型屬Ⅱ類。

圖2 1-1剖面圖

2.2 抗震設(shè)防標準

按《建筑抗震設(shè)計規(guī)范(2016年版)》(下文簡稱《抗規(guī)》)，該工程所在地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.10g。設(shè)計地震分組為第一組，多遇水平地震影響系數(shù)最大值0.08。工程抗震設(shè)防類別為丙類[1]。

2.3 風(fēng)荷載的取值

該工程基本風(fēng)壓按50年重現(xiàn)期取值，基本風(fēng)壓值0.35kN/m2，并按《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(下文簡稱《高規(guī)》)[2]4.2.2條規(guī)定，承載力計算取基本分壓的1.1倍，為0.385kN/m2，風(fēng)荷載體型系數(shù)1.4，地面粗糙度為B類。

3 結(jié)構(gòu)布置

根據(jù)建筑平面布局，結(jié)構(gòu)平面布置采用集中和分散布置剪力墻，即在中央?yún)^(qū)域結(jié)合樓梯間電梯間布置剪力墻，形成剛度較大的核心筒，在外圍區(qū)域適當(dāng)布置一定數(shù)量的剪力墻和框架，形成框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，滿足商場的使用要求。設(shè)計時，優(yōu)化剪力墻的布置，使剛度中心和重心接近，同時適當(dāng)加高主體結(jié)構(gòu)外圍框架梁或連梁的截面高度，減少扭轉(zhuǎn)效應(yīng)顯著。該工程有效樓板寬度大于該層樓板典型寬度的50%，開洞面積小于該層樓面的30%，按《抗規(guī)》第3.4.2條[2]，屬平面規(guī)則，從計算結(jié)果的總信息看，也屬豎向規(guī)則。典型平面布置如圖3～圖4所示。

圖3 三層結(jié)構(gòu)平面布置

圖4 標準層結(jié)構(gòu)平面布置

豎向設(shè)計，根據(jù)剪力墻和框架柱的軸壓比及豎向剛度的變化情況，設(shè)計時優(yōu)化墻和柱的截面尺寸，剪力墻的長度不變，僅改變厚度。豎向構(gòu)件的截面尺寸從下到上分4次變截面(與混凝土強度等級變化錯開)，主樓剪力墻和框架柱混凝土強度等級從下到上作4次變化，即C50、C45、C40、C35，相應(yīng)的梁板混凝土強度等級分別為C35、C30、C30、C30，裙房及相應(yīng)的地下室墻柱梁板混凝土強度等級均為C35。

4 結(jié)構(gòu)整體分析及主要控制指標

該工程主體結(jié)構(gòu)采用中國建筑科學(xué)研究院的PKPM-SATWE軟件作結(jié)構(gòu)整體計算。按《高規(guī)》第5.1.14，“當(dāng)塔樓周邊的裙樓超過兩跨時，分塔樓模型宜至少附帶兩跨的裙樓結(jié)構(gòu)”，該工程結(jié)合總平面布置和上部結(jié)構(gòu)裙房建筑布置，地下室取外圍或三跨，上部結(jié)構(gòu)裙房全部參與計算模型。并取嵌固端以上樓層模型和嵌固端以上樓層連同地下室模型分別計算，施工圖設(shè)計取二者的包絡(luò)值配筋。

結(jié)構(gòu)計算時，按《高規(guī)》第5.3.7條，“地下一層與首層側(cè)向剛度比不宜小于2”的規(guī)定，該工程設(shè)計時，利用計算區(qū)域地下室的部分外墻和內(nèi)墻作為剪力墻輸入計算，滿足剛度要求。

SATWE主要計算指標如表1所示。

表1 SATWE主要計算指標

第1扭轉(zhuǎn)周期與第1平動周期比值為0.803。 X方向地震作用下的樓層最大位移角為1/1167，Y方向地震作用下的樓層最大位移角為1/1265。X+偶然偏心地震作用規(guī)定水平力下的樓層最大水平位移與平均位移的比值為1.13，X-偶然偏心地震作用規(guī)定水平力下的樓層最大水平位移與平均位移的比值為1.09。Y+偶然偏心地震作用規(guī)定水平力下的樓層最大水平位移與平均位移的比值為1.13，Y-偶然偏心地震作用規(guī)定水平力下的樓層最大水平位移與平均位移的比值為1.11。 X方向風(fēng)荷載作用下的樓層最大位移角為1/2299，Y方向風(fēng)荷載作用下的樓層最大位移角為1/2564。以上指標均滿足《高規(guī)》的相關(guān)要求。

按《高規(guī)》第8.1.3條，該工程在規(guī)定的水平力作用下，結(jié)構(gòu)底部框架部分承受的地震傾覆力矩與結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的比值為：X向36.76%，Y向36.24%，按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系進行設(shè)計。按《高規(guī)》第3.9.3條，確定框架的抗震等級為2級，剪力墻的抗震等級為2級。底部加強部位的范圍取地下室至第4層樓面，約束邊緣構(gòu)件取地下室至第5層樓面，滿足《高規(guī)》第7.1.4條和第7.2.14條規(guī)定。

5 構(gòu)造做法

該工程局部樓層個別框架柱，剪跨比小于1.5(近似按柱凈高與截面比值小于3)，參照《高規(guī)》第6.4.2條設(shè)置配筋芯柱，且箍筋全高加密，提高柱的延性性能，如圖5所示。

該工程核心筒部位個別連梁采用雙連梁做法，如圖6所示。

圖5 芯柱配筋大樣 圖6 雙連梁配筋大樣

6 基礎(chǔ)設(shè)計

根據(jù)工程地質(zhì)資料(該工程不存在②淤泥質(zhì)粘土層及③粘土層)建議，主樓基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，型號PHC500-AB-125，樁端持力層為⑦礫砂層(該土層厚度5.0m以上，重型動力觸探擊數(shù)N63.5=40擊，土層分布穩(wěn)定，工程性質(zhì)好，埋深較深)，樁端全截面進入持力層的深度≧1.0m，樁長為19m～20m。單樁豎向抗壓承載力特征值為2500kN，單柱最大軸力標準值12 866kN，外圍L型剪力墻最大軸力標準值23 922kN。裙房地下室基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)，持力層為④粘土2層，為中等壓縮性土，地基承載力特征值fak=300kPa，主樓與裙房間設(shè)一道沉降后澆帶，基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級。

樁基礎(chǔ)設(shè)計，采用PKPM-JCCAD軟件，通過讀取上部荷載，合理調(diào)整樁群形心，使上部荷載重心(長期效應(yīng)組合)與樁群形心接近。該工程布樁在滿足樁距的條件下，為傳力直接，盡量不作聯(lián)合承臺，樁距按規(guī)范取3.0d和3.5d。柱下或剪力墻下分別設(shè)有5～11樁多種承臺，組合墻下部分作聯(lián)合承臺，設(shè)有12樁和18樁。樁基承臺計算，除軟件計算外，根據(jù)各承臺樁位布置特點，對角樁沖切作手工補充計算。手算中，運用求解極值的方法，對角樁的沖切復(fù)核，如圖7承臺角樁的沖切驗算如下:

圖7 承臺沖切驗算

沖切破壞錐體及圓樁等效為方樁后，相關(guān)尺寸詳圖7中虛線注出，承臺混凝土強度等級C35，承臺有效高度h0=1600，按 《建筑樁基設(shè)計規(guī)范》(下文簡稱《樁基規(guī)范》)[3]5.9.8條:

先以α1x=400求Qpcmin

λ1x=α1x/h0=400/1600=0.25

λ1y=α1y/h0=y/1600

β1x=0.56/(λ1x+0.2)=0.56/(0.25+0.2)=1.25

β1y=0.56/(λ1y+0.2)=0.56/ (y/1600+0.2)=896/(y+320)

抗沖切值：

Qpc=[1.25×(700+0.5y)+896/(y+320)×(700+0.5×400)]×1600×1.57×0.93/1000

求極值，令Qpc′=0得y2+640y-1187840=0，解得y=816，代入Qpc式

Qpcmin=[1.25×(700+0.5×816)+896/(816+320)×900]×1600×1.57×0.93/1000=4894kN

同理，再以α1y=250求Qpcmin，經(jīng)計算，x=650，Qpcmin=5545kN

按《樁基規(guī)范》計算λ1x=400/1600=0.25

λ1y=250/1600=0.15625

β1x=0.56/(0.25+0.2)=1.25

β1y=0.56/(0.15625+0.2)=1.572

Qpc=[1.25×(700+0.5×250)+1.572×(700+0.5×400)]×1600×1.57×0.93/1000=5714kN

比較上述結(jié)果二者抗沖切值較大差值為：

(5714-4894)/5714=14.35%

以上計算，僅依據(jù)規(guī)范給定的公式，用數(shù)學(xué)方法作推導(dǎo)，真正計算模型有待進一步的研究，作為探討，不妥之處請同行指正。

樁基水平承載力驗算，該工程地下室周邊、承臺周邊均不存在軟弱土層且不存在液化土層。按《樁基規(guī)范》第5.7.2和第5.7.3條，根據(jù)工程勘察報告，取地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m=10MN/m4，水平位移允許值10mm，樁的換算深度αh≧4.0，樁與承臺連接按鉸接；經(jīng)計算單樁水平承載力特征值為78.5kN，群樁基礎(chǔ)(以8樁承臺，X向兩行，Y向4列為例)的基樁水平承載力特征值為Rhx=164kN，Rhy=226kN，驗算結(jié)果，樁基水平承載力均能滿足規(guī)范要求。

地下室抗浮設(shè)計，地下室頂板設(shè)置0.6m～1.0m的覆土層，經(jīng)計算能滿足整體和局部抗浮要求，底板配筋采用雙向雙層通長鋼筋，支座不足部分另設(shè)附加鋼筋。

7 結(jié)語

該工程乃至整個小區(qū)的各單體結(jié)構(gòu)設(shè)計，對結(jié)構(gòu)方案作了多次的比選和優(yōu)化設(shè)計，特別對剪力墻的設(shè)置進行了多次優(yōu)化，滿足業(yè)主要求，從各項計算指標看，均能較好地滿足規(guī)范要求。施工圖設(shè)計對框架短柱及連梁等一些構(gòu)件或節(jié)點采取加強構(gòu)造措施的方法，對樁基承臺沖切剪切驗算及樁基水平承載力驗算也作了必要的手算補充，確保結(jié)構(gòu)安全可靠。

參考文獻

[1] GB50011-2010 建筑抗震設(shè)計規(guī)范(2016年版)[S].2016.

[2] JGJ3-2010 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].2010.

[3] JGJ94-2008 建筑樁基設(shè)計規(guī)范[S].2008.