某高層住宅的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計

柳 艷 紅

(山西省建筑設(shè)計研究院,山西 太原 030013)

1 工程概況

臨汾恒大悅龍臺2號樓位于臨汾市堯都區(qū)，濱河?xùn)|路以東，中大街以西，鼓樓西四巷以北，鼓樓西大街以南?？偨ㄖ娣e33 680.13 m2,結(jié)構(gòu)高度為98.6 m,東西長度為70.930 m，南北長度為20.250 m。本工程為地下1層，地上33層。地下1層建筑功能為設(shè)備及非機動車庫。地上1層，2層建筑功能為局部配套，其余樓層到33層為高層住宅，兩個單元，每層八戶。標(biāo)準(zhǔn)層建筑功能是客廳、餐廳、臥室、廚房、衛(wèi)生間(避難間)、衣帽間、強弱電井、水暖井、走道、前室、消防連廊、樓梯、電梯。大屋面上部有電梯機房，太陽能設(shè)備。

本工程結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)形式。結(jié)構(gòu)安全等級為二級，建筑物耐火等級為一級。主體結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50年?？拐鹪O(shè)防類別為丙類?？拐鹪O(shè)防烈度為8度(0.2g)，設(shè)計地震分組為第二組。建筑場地類別為Ⅲ類，地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級。地基處理采用封閉式后壓漿鋼筋混凝土灌注樁基礎(chǔ)。

本工程地上首層層高3.9 m，標(biāo)準(zhǔn)層層高為2.95 m。地下室墻厚300 mm，局部200 mm，350 mm。1層墻厚300 mm，局部250 mm，200 mm，其他樓層墻厚為250 mm，200 mm，局部300 mm;樓板采用現(xiàn)澆混凝土梁板形式。標(biāo)準(zhǔn)層板厚一般為100 mm，較大跨度取120 mm，連廊板厚為150 mm;混凝土強度等級，墻采用C45，C40，C35，C30，梁板混凝土強度等級為C30。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 地震作用

1)抗震設(shè)計時，結(jié)構(gòu)所承受的“地震力”實際上是由于地震地面運動引起的動態(tài)作用。地震加速度，速度和動位移的作用。

2)從《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中P172頁附錄A中查到本工程的地震參數(shù)，見表1。

表1 地震參數(shù)

3)本工程結(jié)構(gòu)考慮X方向與Y方向的水平地震作用。地震作用最大的方向0.919°,交角小于15°，不考慮斜向地震作用。不考慮豎向地震作用。采用振型分解反應(yīng)譜法計算水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值，水平地震作用效應(yīng)。在結(jié)構(gòu)力學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、彈性力學(xué)理論基礎(chǔ)下，地震作用通過編程好的計算機軟件計算分析結(jié)構(gòu)，其反應(yīng)力見圖1。

4)結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面抗震驗算?！督ㄖ拐鹪O(shè)計規(guī)范》P42頁，結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力組合設(shè)計值是由重力荷載代表值效應(yīng)，水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)，豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)，風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)乘以相應(yīng)的分項系數(shù)確定。例如第5層連梁內(nèi)力設(shè)計，見圖2,圖3。

5)抗震變形驗算。彈性層間位移角限值見表2。

表2 地震作用在連梁剛度不折減模型下的位移

2.2 計算模型與主要參數(shù)

本工程設(shè)計，首先概念上結(jié)構(gòu)平面布置，豎向布置滿足規(guī)范要求。戶內(nèi)平面上要求滿足建筑功能。剪力墻，柱不突出填充墻墻體，剪力墻豎向變截面在樓層處變截面。平面上，大堂頂部完整空間內(nèi)，電梯廳上部不宜露梁。戶內(nèi)不露梁角線優(yōu)先順序為：客廳→餐廳→主臥→次臥→內(nèi)走道的順序布置結(jié)構(gòu)構(gòu)件。采用盈建科軟件分析計算。按照規(guī)范要求進行了彈性時程分析。鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)形式，抗震等級為一級。結(jié)構(gòu)X方向基本周期2.288 5，結(jié)構(gòu)Y方向基本周期2.038 6，周期折減為0.98，風(fēng)荷載，修正后基本風(fēng)壓為0.4 kN/m2,地面粗糙度為C類。恒活載計算方式采用施工模擬三加載方式。整體指標(biāo)控制采用強剛，其他計算采用非強剛計算。采用WYD-RITZ特征值分析方法，使得振型參與質(zhì)量系數(shù)之和達(dá)到90%。周期折減是對結(jié)構(gòu)完成一次基本振型需要的時間的調(diào)整。填充墻的剛度會影響自由振動的時間。填充墻剛度越大，周期折減越小，地震作用力會增大。在模型中取一個合適周期折減系數(shù)，反映結(jié)構(gòu)實際作用力，進行設(shè)計計算。

地下室信息中，土層水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)(m值)，m值可按照J(rèn)GJ 94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范表5.7.5中取值?？紤]回填土對地下室的側(cè)向約束，控制結(jié)構(gòu)變形。在模型中此值按照灌注樁類型取值30。當(dāng)認(rèn)為回填土對地下是完全嵌固，此值可以取-m。

2.3 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計基本要求

建筑結(jié)構(gòu)采用三個水準(zhǔn)進行抗震設(shè)防“小震不壞，中震可修，大震不倒”。二階段抗震設(shè)計是對三水準(zhǔn)抗震設(shè)計思想的具體實施。第一階段對構(gòu)件截面承載力驗算；第二階段對彈塑性變形驗算。對于高層建筑結(jié)構(gòu)，滿足第一，第二水準(zhǔn)的抗震設(shè)防要求。吸收消耗地震能量，達(dá)到較好的抗震性能。

2.4 彈性時程分析

本工程設(shè)防烈度為8度區(qū)，Ⅲ類場地，建筑高度大于80 m,由《高規(guī)》P34頁規(guī)范要求，采用時程分析進行多遇地震下的補充計算。選取了7條地震波，其中5條天然波，根據(jù)建筑場地類別和設(shè)計地震分組選出來的實際地震記錄。2條人工模擬的加速度時程曲線。滿足實際地震記錄波數(shù)量不小于總數(shù)的2/3規(guī)范要求。彈性時程分析時，每條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的65%，多條計算所得底部剪力的平均值不應(yīng)小于振型分解反應(yīng)譜計算結(jié)果的80%。通過盈建科結(jié)構(gòu)軟件計算，從時程法與CQC法層間剪力結(jié)果對比，90°時全樓放大系數(shù)為1.000。0°全樓放大系數(shù)為1.000。通過兩種計算分析方法比較得出，構(gòu)件內(nèi)力與配筋按照原方法即可，不需調(diào)整。

2.5 基礎(chǔ)設(shè)計

本工程采用泥漿護壁灌注樁基礎(chǔ)，剪力墻墻下布樁。承臺梁加防水板形式。樁徑為700 mm，樁長37 m。布樁的時候，樁中心與墻中心重合，樁最小間距滿足2.1 m。根據(jù)地勘勘察報告土體地質(zhì)情況，土體側(cè)摩阻，端阻，通過樁身承載力公式計算出，樁端持力層為第層粉土層。且采用樁側(cè)，樁端封閉式后壓漿注漿技術(shù)?？蛇_(dá)到單樁承載力特征值為3 750 kN，試樁單樁極限承載力特征值為7 800 kN。樁基礎(chǔ)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計如下，根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》第5.2.1條對樁基豎向承載力的規(guī)范要求，1)荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下，基樁的平均豎向力Nk≤R，Nkmax(樁頂?shù)淖畲筘Q向力)≤1.2R。2)地震效應(yīng)與荷載效應(yīng)組合下，NEk≤1.25R，NEkmax(樁頂?shù)淖畲筘Q向力)≤1.5R。通過盈建科基礎(chǔ)軟件分析計算結(jié)果，提供的樁身承載力達(dá)到荷載抗力作用下要求的樁的承載力。樁基礎(chǔ)滿足正常使用極限狀態(tài)設(shè)計，即計算軟件的建筑樁基沉降變形值結(jié)果小于規(guī)范規(guī)定變形允許值。

3 結(jié)語

高層住宅建筑，通常采用剪力墻結(jié)構(gòu)形式。墻體布置的時候，平面布置規(guī)則，均勻合理，幾何關(guān)系上質(zhì)心與形心很好的重合。通常外墻、電梯井道，與樓梯間墻體均布置為剪力墻墻體。室內(nèi)隔墻布置為剪力墻墻體，平面上通過梁板構(gòu)件合理布置達(dá)到主體的方案設(shè)計，后期進一步細(xì)化設(shè)計，使得主體模型計算結(jié)果參數(shù)在承載力極限狀態(tài)與正常使用狀態(tài)下均滿足規(guī)范要求值。高層住宅采用剪力墻結(jié)構(gòu)形式能很好滿足建筑功能使用與舒適度的要求。