濟南鐵路局經(jīng)十路高層住宅項目結(jié)構(gòu)設計要點分析

徐書晨

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司濟南設計院，濟南 250022)

1 設計概況

濟南鐵路局經(jīng)十路職工高層住宅項目為鐵路局安居重點工程，總建筑面積91 800 m2，包括4棟高層住宅、地下車庫及幼兒園等。其中1號樓地上26層，地下2層，地上總高76.4 m，2～4號樓地上20層，地下1層，地上總高59.6 m，層高2.8 m。

高層住宅采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)形式，抗震設防烈度為6度，基本加速度0.05g，設計分組為第3組，抗震等級為4級。剪力墻、梁、板混凝土強度等級底部加強區(qū)為C40，其他為C35，基礎采用鋼筋混凝土樁筏結(jié)構(gòu)，基礎混凝土強度等級為C40。見圖1。

2 剪力墻設計

2.1 剪力墻布置(圖2)

剪力墻結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代高層建筑中常用的結(jié)構(gòu)形式之一，以建筑物墻體作為豎向承重和抗側(cè)力構(gòu)件，是一種能較好抵抗側(cè)向力的結(jié)構(gòu)體系。其平面布置宜遵循分散、對稱、雙向布置的原則，應均勻布置在建筑物周邊、樓梯間、電梯間、平面形狀變化較大部位，間距不宜過大。縱橫向剪力墻宜組成“L”形、“T”形等形式貫通建筑物全高，避免一字形墻體。

本工程地下二層外墻厚度為300 mm，內(nèi)墻厚度為250 mm;地下一層外墻厚度為250 mm，內(nèi)墻厚度為200 mm;地上墻體厚度為200 mm。電梯間四周布置剪力墻，一般墻肢長度大于8倍墻體厚度并設置翼緣。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術規(guī)程》(JGJ3—2010)(以下簡稱《高規(guī)》)第 4.2.2條，1號樓主體高度74.9 m，屬于對風荷載比較敏感的高層建筑，基本風壓按1.1倍采用，取值為0.5 kN/m2，剪力墻布置時，分戶之間增設貫通剪力墻，以增強水平抗側(cè)力能力。

圖1 高層住宅小區(qū)效果圖

圖2 1號樓標準層剪力墻布置(單位:mm)

2.2 剪力墻計算

剪力墻結(jié)構(gòu)是由一系列的豎向縱、橫墻和平面樓板組合在一起的空間盒子式結(jié)構(gòu)體系。它所承受的荷載除樓板傳來的豎向荷載外，還有水平作用的地震荷載及風荷載。

本工程采用PKPM-SATWE結(jié)構(gòu)空間有限元設計軟件進行設計，剪力墻輸入主要有2種方式，一是按墻肢輸入，墻肢之間設鋼筋混凝土梁;另一種是直接輸入整片墻，然后在墻體開洞。經(jīng)設計比較，采用第一種輸入方式更直觀真實，墻肢間跨高比不小于5的鋼筋混凝土梁按框架梁設計，跨高比小于5的按連梁設計，即在模塊“特殊構(gòu)件”里定義為兩端鉸接，僅貫通剪力墻按照剪力墻開洞輸入。

2.3 剪力墻連梁設計

與剪力墻相連的梁稱為連梁。連梁具有跨度小、截面大等特點，作為一種耗能構(gòu)件，連梁對承擔豎向荷載下的彎矩所占比例較小，在水平荷載作用下容易出現(xiàn)剪切裂縫。因此，在豎向荷載作用下，連梁剛度不宜折減，連梁支座彎矩的降低可通過支座彎矩調(diào)幅來解決;在水平荷載作用下，連梁剛度可以折減，當風荷載作用時，折減系數(shù)不宜小于0.8。

在本工程設計中，地震烈度為6度，為受風荷載控制的高層建筑，對連梁采取剛度折減后，個別連梁仍出現(xiàn)正截面受彎承載力或斜截面受剪承載力不足的現(xiàn)象，采取了以下措施:增加剪力墻的厚度，即增加連梁截面的寬度，以提高連梁的截面承載力;增加剪力墻數(shù)量，以減少每片墻承擔的水平力;加大洞口，以增加連梁的跨度;減小連梁的截面高度，以降低連梁的剛度等措施，使連梁內(nèi)力符合截面設計的要求。

3 主要計算結(jié)果控制

根據(jù)規(guī)范要求，以1號樓為例，計算結(jié)果控制主要有以下方面。

(1)規(guī)則性判斷:1號樓總長78.5 m，寬度最小處為 8.3 m，L/B=78.5/8.3=9.4＞6.0，為細腰形平面，根據(jù)《高規(guī)》第3.4.3條判定為平面不規(guī)則，據(jù)《抗規(guī)》第5.1.1條，應計入雙向地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響。

(2)整體穩(wěn)定控制:根據(jù)整體穩(wěn)定及抗傾覆計算結(jié)果，按照《高規(guī)》第5.4.4條判斷整體穩(wěn)定是否滿足要求。1號樓X向剛重比4.72，Y向剛重比3.71，大于1.4，滿足整體穩(wěn)定要求。

(3)剛度比控制:根據(jù)《高規(guī)》第3.5.2條，樓層側(cè)向剛度不宜小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的70%或其上相鄰三層側(cè)向剛度平均值的80%，可通過結(jié)構(gòu)設計軟件PKPM中的 SATWE模塊－“建筑結(jié)構(gòu)總信息”－“計算信息”中的 RatX1、RatY1(X，Y方向本層側(cè)移剛度與上一層相應側(cè)移剛度70%的比值或上三層平均側(cè)移剛度80%的比值中之較小者)是否大于1判定。本工程經(jīng)計算，每一層的側(cè)向剛度均滿足規(guī)范要求。

(4)嵌固端側(cè)向剛度比控制:本工程地下室頂板作為嵌固端，根據(jù)《高規(guī)》第5.3.7條，當?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)嵌固部位時，地下室結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)向剛度不應小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度的2倍?？赏ㄟ^SATWE模塊－“建筑結(jié)構(gòu)總信息”－“計算信息”中地下室頂板所在標準層的 RatX2，RatY2(X，Y方向本層側(cè)移剛度與上一層相應側(cè)移剛度比值)是否大于2判定。

(5)周期比控制:根據(jù)《高規(guī)》第3.4.5條，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比不應大于0.9。1號樓扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期1.622 8 s，平動為主的第一自振周期2.416 9 s，比值0.67，滿足要求。

(6)位移比控制:根據(jù)《高規(guī)》第3.4.5條，在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應大于該樓層平均值的1.5倍。根據(jù)《高規(guī)》第3.7.3條，剪力墻結(jié)構(gòu)樓層層間最大位移與層高之比(即層間位移角)不應大于1/1 000。1號樓 Y+5%偶然偏心地震作用下，Y方向最大位移比為1.14，最大層間位移比為1.12，最大層間位移角為1/2 715，滿足要求。其他地震作用類同，可通過SATWE模塊－“位移輸出文件”進行判別。

4 基礎設計

本工程場地為適宜建造房屋的均勻地基，采用鉆孔灌注樁樁筏基礎，樁徑600 mm，樁長27 m，置于全風化輝長巖內(nèi)，入巖深度不小于1 200 mm，單樁承載力特征值1 600 k N，筏板厚度1 200 mm，外挑長度1 000 mm，采用PKPM-JCCAD“樁筏、筏板有限元計算”。

5 結(jié)構(gòu)措施

5.1 平面凹槽處增加連梁及厚板加強

本工程1號樓南側(cè)分戶之間平面有凹槽，凹入深度4.8 m，根據(jù)規(guī)范要求，當中央部分樓板有較大削弱時，應加強樓板以及連接部位墻體的構(gòu)造措施，設計時，在外伸段每隔3層在凹槽處設置連接板，如圖3所示，既能滿足結(jié)構(gòu)設計要求，又能滿足建筑采光及立面效果要求。

圖3 建筑平面形狀示意

5.2 電梯井、樓梯間周邊樓板加厚

考慮電梯井、樓梯間開洞對結(jié)構(gòu)的削弱影響，設計時將周邊樓板加厚至120 mm，并采用雙層雙向配筋等措施加強。

5.3 梁與墻相交處的處理

梁與墻在平面外相交時，主要有以下幾種處理方式:一是在梁支座處設扶壁柱或沿梁軸線方向布置剪力墻;二是將支座處改為鉸接;三是在支座處墻內(nèi)設型鋼或暗柱，提高支座處墻體剛度。本工程設計時采用的是第一種方法，利用建筑門垛作為墻體的扶壁柱，不出現(xiàn)“一”字形墻體。

5.4 后砌填充墻應加強構(gòu)造措施

后砌填充墻作為非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應忽視其構(gòu)造措施。填充墻應沿墻高每隔0.5 m配置2φ6 mm拉結(jié)鋼筋與剪力墻拉結(jié)，每邊伸入墻內(nèi)不應少于500 mm。樓梯間、電梯間填充墻拉結(jié)筋通長設置;當墻長大于5 m時，墻頂與梁宜有拉結(jié);墻長超過層高2倍時，宜設置鋼筋混凝土構(gòu)造柱;墻高超過4 m時，墻體半高宜設置與端柱連接且全長貫通的鋼筋混凝土水平系梁。填充墻窗臺高程處，設置水平現(xiàn)澆鋼筋混凝土帶。填充墻轉(zhuǎn)角處及懸挑端，應設置鋼筋混凝土構(gòu)造柱。

5.5 主樓與裙房施工要求

根據(jù)施工工序，裙房在主樓施工完成后進行，利用此時間差，在主樓上部施工時，梁板澆至相鄰裙房第一跨的1/3跨度處，并甩出裙房的梁板鋼筋，并對主樓進行沉降觀測，待主樓封頂沉降穩(wěn)定后再澆筑裙房部分，減少因不均勻沉降引起的構(gòu)件開裂現(xiàn)象。

5.6 解決剪力墻超長問題

本工程1號樓水平向總長78.35 m，根據(jù)規(guī)范要求，現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)室內(nèi)伸縮縫最大間距45 m，地下室墻體室內(nèi)伸縮縫最大間距30 m，設計時采用上部結(jié)構(gòu)單元之間設置伸縮縫，地下結(jié)構(gòu)設置2道后澆帶的措施來解決剪力墻超長的問題。

6 結(jié)語

目前，該項目主體結(jié)構(gòu)已全部竣工。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，高層剪力墻結(jié)構(gòu)已成為住宅建筑主要結(jié)構(gòu)型式之一，結(jié)構(gòu)設計應首先從概念設計出發(fā)，把握全局，具體設計時應綜合考慮多種因素，既要滿足建筑設計要求，達到預期的建筑效果，又要通過合理的結(jié)構(gòu)布置，精準的計算數(shù)據(jù)，嚴格的設計把控達到設計的日臻完善。

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