某高層住宅樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、某高層住宅樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【摘 要】結(jié)合一幢高層住宅樓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了其基礎(chǔ)選型、樁基的結(jié)構(gòu)布置，以及相應(yīng)的計(jì)算分析結(jié)果，并提出了剪力墻設(shè)計(jì)要注意的幾個(gè)問(wèn)題。結(jié)構(gòu)計(jì)算分析表明，結(jié)構(gòu)的周期、位移以及承載力均滿(mǎn)足規(guī)范要求。 【關(guān)鍵詞】高層住宅; 樁筏基礎(chǔ);剪力墻;結(jié)構(gòu)分析 【中圖分類(lèi)號(hào)】TU973 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1008-1151(2008)11-0096-02（一）工程概況 廣西南寧市某機(jī)關(guān)大院的一幢高層住宅樓，建筑總面積13240 m2，建筑主體高度 75m。地下層 2 為設(shè)備用房，地下層1為車(chē)庫(kù), 建筑地上25層住宅。建筑物基本風(fēng)壓取0.40KN/m2，6 度抗震設(shè)防，建筑場(chǎng)

2、地類(lèi)別類(lèi),工程地質(zhì)情況詳見(jiàn)表 1。（二）基礎(chǔ)與樁基設(shè)計(jì) 建筑物地下室底板面標(biāo)高-7.00m，基底持力層位于第層粉質(zhì)粘土層，主樓總重設(shè)計(jì)值為 318501KN，基底平均壓力標(biāo)準(zhǔn)值為 452KN/m2，大于基底持力層的承載力，因此天然地基不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。為滿(mǎn)足承載力要求且減少基礎(chǔ)沉降，決定采用樁筏基礎(chǔ),樁端持力層是第層圓礫層，以貫入度確定樁端進(jìn)入持力層的深度。 1.樁設(shè)計(jì) （1）樁的選型。有四種可供選擇的樁型，現(xiàn)分析對(duì)比如下：A.在本場(chǎng)地中，人工控孔樁在進(jìn)入埋藏有孔隙潛水的粉土、中砂、圓礫層后，易出現(xiàn)流土、流沙現(xiàn)象，施工非常困難。B.沉管夯擴(kuò)樁施工進(jìn)入圓礫層層后，能擴(kuò)大頭，單樁承載能力也較高，但

3、施工噪聲相對(duì)較大。C.鉆孔樁施工，需注意控制樁底沉渣和樁身質(zhì)量，易造成斷樁、夾泥、離析等缺陷，且施工需要泥漿護(hù)壁，污染環(huán)境。D.靜壓預(yù)制樁。施工速度快，樁身質(zhì)量可靠，以圓礫層作為樁端持力層，以貫入度確定樁端持力層位置，經(jīng)施工壓密后的樁端持力層厚度穩(wěn)定、承載力高，樁基沉降量較均勻。綜合考慮受力、經(jīng)濟(jì)、施工、質(zhì)量等多方面因素后，最后確定采用靜壓預(yù)制樁，以圓礫層作為樁端持力層。 （2）樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。本工程選用 400×400 的預(yù)制鋼筋混凝土方樁，有效樁長(zhǎng)約 12.50 m，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí) C40，建筑樁基安全等級(jí)二級(jí)。根據(jù)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002，單樁豎向承載力特征

4、值 Ra按下列公式估算（不考慮樁土間作用）。 Ra =upqsiali+qpaAP通過(guò)計(jì)算及綜合考慮，最終承載力值采用：Ra=1100 k N。樁身強(qiáng)度驗(yàn)算：cfcAP=0.75×19.1×400×400=3056 KN>Q，滿(mǎn)足要求。 根據(jù)上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載情況及地基承載力條件，主樓下滿(mǎn)堂布樁。為獲得均勻的單樁反力及群樁最大的慣性矩，使群樁形心和上部結(jié)構(gòu)豎向荷載作用中心盡量重合，對(duì)樁位進(jìn)行了多次調(diào)整優(yōu)化，樁基平面布置見(jiàn)圖 1。根據(jù)荷載分布情況，以軸處剪力墻為準(zhǔn)，樁間距為 1.25、1.4m×1.4、1.5m，共布 318 根樁。2.筏板設(shè)計(jì) 采用

5、 PKPM-JCCAD 有限元分析軟件計(jì)算樁筏基礎(chǔ)整體受力?？紤]到樓梯、電梯剪力墻筒處剛度較大，荷載集中，為減少基礎(chǔ)不均勻沉降，適當(dāng)增大底板剛度，通過(guò)底板將上部結(jié)構(gòu)的荷載有效地?cái)U(kuò)散到樁基上。通過(guò)選用多種內(nèi)力組合，對(duì)不同板厚的基礎(chǔ)變形、底板配筋量綜合比較，不斷優(yōu)化，最終確定筏板厚 1800mm。 工程是一個(gè)帶純地下室裙房的高層建筑，裙房地下室設(shè)300mm 厚防水板與主樓筏板相連。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮到純地下部分與主體結(jié)構(gòu)部分建筑高度，層數(shù)以及荷載等存在極大差異。為了減少差異沉降的影響，在主體結(jié)構(gòu)和裙房之間，通過(guò)設(shè)置沉降后澆帶來(lái)有效地減少高低層之間的沉降差，后澆帶位置見(jiàn)圖 1，寬度為 800mm，

6、該后澆帶混凝土在主體結(jié)構(gòu)封頂后方可進(jìn)行澆注。 3.基礎(chǔ)沉降 樁筏沉降量按單向壓縮分層總和法（彈性解 Mindlin 應(yīng)力公式）計(jì)算，平均沉降 S1=119.85mm，等代墩基沉降 S2=72.40mm，S1/S2=1.66，滿(mǎn)足規(guī)范要求。根據(jù)觀測(cè)部門(mén)提供的觀測(cè)資料，工程主體結(jié)構(gòu)封頂后的平均沉降值滿(mǎn)足規(guī)范要求。 （三）上部結(jié)構(gòu) 1.結(jié)構(gòu)體系 根據(jù)業(yè)主的建筑使用功能需要，為了能與建筑平面較好地配合，無(wú)柱子外凸，頂棚無(wú)梁角，便于家具布置，改善室內(nèi)視角效果，增加使用空間。工程采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系。從受力角度看，剪力墻側(cè)向剛度大，變形小，對(duì)高層建筑有利，因此，高層住宅采用剪力墻結(jié)構(gòu)是比較理想

7、的方案。 剪力墻平面上分布要力求均勻，使其剛度中心和建筑物質(zhì)心盡量接近，以減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，必要時(shí)通過(guò)改變墻肢長(zhǎng)度和連梁高度調(diào)整剛心位置。 2.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 剪力墻設(shè)計(jì)中要注意的幾點(diǎn)問(wèn)題。（1）剪力墻結(jié)構(gòu)整體剛度不宜過(guò)大。剪力墻結(jié)構(gòu)剛度很大，一般來(lái)說(shuō)周期較短，相應(yīng)地震力較大，如果剪力墻結(jié)構(gòu)剛度過(guò)大，不僅材料消耗多，不經(jīng)濟(jì)，而且，地震力過(guò)大會(huì)使部分墻肢和連梁超筋或截面不符合抗剪要求，造成截面設(shè)計(jì)困難。一般宜控制剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度能滿(mǎn)足位移限值要求即可。設(shè)計(jì)中，可通過(guò)減薄墻厚、加大洞口、減小連梁高度、窗下墻改用填充墻等措施來(lái)調(diào)整其剛度。（2）單片剪力墻剛度不宜過(guò)大。剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的延性，細(xì)高的剪

8、力墻(高寬比大于 2)容易設(shè)計(jì)成彎曲破壞的延性剪力墻，從而可避免脆性的剪切破壞。此外，單片剪力墻剛度過(guò)大，承擔(dān)的水平力份額較大，一旦破壞就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重后果。同時(shí)，墻段長(zhǎng)度較小時(shí),墻體的配筋能夠充分的發(fā)揮作用，因此，墻段的長(zhǎng)度不宜大于 8m。設(shè)計(jì)中，可通過(guò)開(kāi)設(shè)結(jié)構(gòu)洞口將長(zhǎng)墻分成長(zhǎng)度較小的若干段，洞口、連梁宜采用弱連梁(跨高比宜大于 6)。（3）連梁設(shè)計(jì)。在帶連梁的剪力墻設(shè)計(jì)中，連梁的跨高比和截面尺寸受到許多因素的影響，設(shè)計(jì)不當(dāng)經(jīng)常出現(xiàn)連梁承載力超限或連梁截面不符合設(shè)計(jì)要求的情況，設(shè)計(jì)時(shí)可從以下方面考慮。1）對(duì)連梁的剛度進(jìn)行折減。連梁由于跨高比較小，與之相連的墻肢剛度大等原因，在水平力作用下的內(nèi)力往

9、往很大，連梁屈服時(shí)表現(xiàn)為梁端出現(xiàn)裂縫，剛度減小，內(nèi)力重分布。因此，在開(kāi)始進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)，就需對(duì)連梁剛度進(jìn)行折減。高規(guī)(JGJ3-2002)中解釋說(shuō)高層建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件均采用彈性剛度參與整體分析，但抗震設(shè)計(jì)的剪力墻結(jié)構(gòu)中的連梁剛度相對(duì)墻體較小，而承受的彎矩和剪力很大，配筋設(shè)計(jì)困難。因此，可考慮在不影響其承受豎向荷載能力的前提下，允許其適當(dāng)開(kāi)裂(剛度降低)而把內(nèi)力轉(zhuǎn)移到墻體上。通常，設(shè)防裂度低時(shí)可少折減一些(6 度時(shí)可取 0.7)。但折減系數(shù)不宜小于 0.5，以保證連梁承受豎向荷載的能力。2）增加剪力墻洞口的寬度、減小連梁高度，即增加連梁跨度，減小連梁高度，其目的是減小連梁剛度，同時(shí)由于減小了結(jié)構(gòu)

10、的整體剛度，也就減小了地震作用的影響，使連梁的承載力有可能不超限。高層結(jié)構(gòu)中，連梁是一個(gè)耗能構(gòu)件，連梁的剪切破壞會(huì)使結(jié)構(gòu)的延性降低，對(duì)抗震不利，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意對(duì)連梁進(jìn)行“強(qiáng)剪弱彎”的驗(yàn)算，保證連梁的彎曲破壞先于剪切破壞。因此，不能人為加大連梁的縱筋，否則，可能無(wú)法滿(mǎn)足“強(qiáng)剪弱彎”的要求。 此外還可采用增加剪力墻厚度或提高連梁混凝土強(qiáng)度的方法。 3.結(jié)構(gòu)分析 采用 PKPM 空間分析程序 SATWE 進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析。S A T W E 采用在每個(gè)節(jié)點(diǎn)有六個(gè)自由度的殼元基礎(chǔ)上凝聚而成的墻元模擬剪力墻，不僅有平面內(nèi)剛度，而且有平面外剛度，樓板可考慮彈性變形。下面介紹計(jì)算結(jié)果。（1）主要振型的結(jié)構(gòu)周期

11、見(jiàn)表 2，共采用了 15 個(gè)振型進(jìn)行計(jì)算分析，表 2 列出了前 3 個(gè)主要振型。從表 2 可以看出,以扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期 Tt 與平動(dòng)為主的第一自振周期 T1 之比為 0.843，符合高規(guī)不大于 0.9 的要求。結(jié)構(gòu)的最大層間位移角 Max-D/h，地震作用下為 1/1960，風(fēng)荷載作用下為 1/2282，均在規(guī)范的允許范圍內(nèi)。（2）樓層的最大彈性水平位移及單根錨桿按承受一個(gè)網(wǎng)格內(nèi)平面荷載考慮，按實(shí)際柱網(wǎng)尺寸，取網(wǎng)格 2.2×2.2（m） 錨桿拉力設(shè)計(jì)值 Na ，標(biāo)準(zhǔn)值 Nak （1） 不考慮人防荷載時(shí) Na/SW1.05 （GB 500692002） Na1.05 SWA=1.

12、05x57.92x2.2x2.2=294.35KN Nak= Na/0=294.35/1.3=226.42KN （參 GB 50330-2002 7.2.1） 錨桿鋼筋截面面積計(jì)算（參 GB 50330-2002 7.2.2） AS0 Na（fy）=1.0×294.35x103（0.69×360）1185mm2 （配 2 根 HRB400 直徑為 28 鋼筋） 錨桿錨固體與地層的錨固長(zhǎng)度計(jì)算：（錨固體直徑按120mm） （參 GB 50330-2002 7.2.3） 錨桿錨固體與地層的粘結(jié)強(qiáng)度 100k Pa aNak/(1D)=226.42/(1.00x3.142x0.1

13、20x100) =6.01(m) 錨桿鋼筋與錨固砂漿間的錨固長(zhǎng)度計(jì)算 （參 GB 50330-2002 7.2.4） 錨桿鋼筋與錨固砂漿間的結(jié)強(qiáng)度 2.10MPa aNak/(1nd)=226.42/(0.6x2x3.142x0.028x2100) =1.02(m) （2）考慮人防荷載時(shí) 按臨時(shí)性錨桿計(jì)算，抗浮安全系數(shù)取為 1.0，鋼筋考慮材料綜合調(diào)整系數(shù) d1.2 Na/SR1.0 （GB 500692002） Na1.0SRA=1.0x79x2.2x2.2=382.36KN Nak= Na/0=382.36/1.3=294.12KN（參 GB 50330-2002） 錨桿鋼筋截面面積計(jì)算（

14、參 GB 50330-2002 7.2.2） AS0 Na（fy）=1.0×382.36x103（0.92×432）962mm2錨桿錨固體與地層的錨固長(zhǎng)度計(jì)算：（錨固體直徑按120mm） （參 GB 50330-2002 7.2.3） aNak/(1D)=294.12 /(1.33x3.142x0.120x100) =5.86(m) 錨桿鋼筋與錨固砂漿間的錨固長(zhǎng)度計(jì)算 錨桿鋼筋與錨固砂漿間粘結(jié)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于錨桿錨固體與地層的粘結(jié)強(qiáng)度，所以在此不必計(jì)算。 5.錨桿構(gòu)造及做法 根據(jù)錨桿計(jì)算結(jié)果，錨桿網(wǎng)格尺寸取不大于 2.2×2.2m，錨桿錨固體直徑 120mm，鋼筋取 2 根直徑 28mm 的 HRB400 級(jí)鋼筋每孔，錨桿長(zhǎng)度為 7m 全長(zhǎng)錨固。 6.驗(yàn)收試驗(yàn)荷載 參考建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范 GB 50330-2002，按永久性錨桿驗(yàn)收 驗(yàn)收荷載：1.11.1×0.69×2×615.7×360336.1k N。 （四）結(jié)束語(yǔ) 1.抗浮錨桿荷載水平較低，布置非常靈活，數(shù)量較多，錨固效率高，有利于底板均勻受力，減少底板厚度。 2.抗浮錨桿作為豎向受力支點(diǎn)可以用于抵抗底板人防荷載的作用，這樣可以大大減少底板的厚度和配筋量。 3.考慮長(zhǎng)期作用的水的浮托力和底板