重慶某高層建筑吊腳樓結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、重慶建筑Chongqing Architecture1引言高層建筑吊腳樓是山地建筑特有的城市設(shè)計風(fēng)格 , 通過吊腳樓處理手法 , 既解決了山地高差較大的人流組織 , 又能減少工程土石方開挖量 。 本工程場地地形復(fù)雜 , 緊鄰城市道路 , 位于斜坡地帶 , 整個建筑大部分坐落在坡體上 , ±0.000標高距 離自然坡面 015m, 距坡腳 21m , 結(jié)構(gòu)設(shè)計和邊坡處理難度很 大 , 目前 , 國內(nèi)外在高層吊腳樓建筑結(jié)構(gòu)方面的研究很少 。2工程概況本工程為純住宅建筑 , 總建筑面積 2.6萬平方米 , 共 33層 , 建筑總高 97.800m 。 工程設(shè)計基準期為 50年 , 結(jié)構(gòu)合理

2、使用年 限為 50年 。 抗震設(shè)防烈度為 6度 , 地震分組為第一組 , 基本地震 加速度為 0.05g , 場地類別為 類 , 特征周期為 0.35s , 抗震設(shè)防 類別為丙類 , 結(jié)構(gòu)安全等級為二級 。 基本風(fēng)壓按 100年一遇 , 取0.45kN/m2, 場地地面粗糙度為 B 類 , 體型系數(shù) 、 風(fēng)振系數(shù) 、 風(fēng)壓高度變化系數(shù)按規(guī)范取值 , 對于山坡上的建筑 , 其坡頂處考慮了地形條件修正系數(shù) B (B =1+ktg1-z ! " #$2。 標準層結(jié)構(gòu)平面布置如圖 1, 建筑剖面見圖 2所示 。3地基基礎(chǔ)設(shè)計3.1工程地質(zhì)概況場 地 屬 丘 陵 頂 部 及 斜 坡 地 帶 ,

3、 頂部地形較平坦 , 局部坡角大 于 40°, 形 成 陡 坡 ; 場 區(qū) 內(nèi) 主 要 巖 土層有人工素填土層 、 粉質(zhì)粘土 層 、 砂巖 (與 泥 巖 互 層 、 泥 巖 , 中 等風(fēng)化泥巖巖體基本質(zhì)量等級為IV V 級 , 其天然抗壓強度標準值為 5.6MPa , 承 載 力 特 征 值 為1.68MPa 。 擬建場地范圍內(nèi)無危重慶某高層建筑吊腳樓結(jié)構(gòu)設(shè)計龔國琴 , 徐革(中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司 重慶 400013收稿日期 :2009-1-6摘要 :本文闡述了在特殊地形條件下采用吊腳樓形式建筑的必要性 , 在滿足現(xiàn)有國家規(guī)程規(guī)范的基礎(chǔ)上 , 論述了鋼筋混凝土吊腳樓的設(shè)計 、

4、 計算 方法 、 結(jié)果分析及施工中注意事項 , 力求使鋼筋混凝土吊腳樓結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)化 、 簡明化 , 為類似工程提供一種設(shè)計思路 。 關(guān)鍵詞 :吊腳樓 ; 核心柱 ; 結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則 中圖分類號 :TU241.8文獻標識碼 :A文章編號 :1671-9107(2009 05-0010-04作者簡介 :龔國琴 (1965-, 女 , 重慶人 , 高級工程師 , 中冶賽迪工程 技術(shù)股份有限公司建筑市政設(shè)計院主任工程師 , 主要從事建筑結(jié)構(gòu) 設(shè)計工作 。徐革 (1966-, 男 , 重慶人 , 教授級高級工程師 , 中冶賽迪工程 技術(shù)股份有限公司建筑市政設(shè)計院副院長 , 主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計 和管理

5、工作 。圖 1標準層結(jié)構(gòu)平面布置圖 181614 髿鬀鬁鬂蟆訞 鬆 鬄鬂S K隔 層 設(shè) 置隔 層 設(shè) 置隔 層 設(shè) 置隔 層 設(shè) 置510042003303600330042003900390066002550255036005100420033001040360033004200圖 2建筑剖面圖970097800±0.000210003090010Structure Design of a Tall Diaojiao Building in ChongqingAbstract :This paper elaborates the necessity of partly using

6、 stilted house structure (Diaojiaolouin tall buildings at special terrain. On the basis of meeting the current national codes, this paper also set forth the design and calculation methods, result analysis and construction considerations of stilted house with reinforced concrete for the purpose of Sy

7、stemization and Simplification of stilted house design. Key words :stilted house (Diaojiaolou;core column; irregular plane structur2009.N0. 巖 、 崩塌 、 滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象 , 場地和地基整體穩(wěn)定良好 , 為 可建設(shè)的一般場地 , 適宜進行本工程的建設(shè) , 但位于斜坡地段 的建筑物為建筑抗震不利地段 。3.2基礎(chǔ)設(shè)計場地覆蓋層厚度 0.6m2m, 以下即為基巖 , 故本工程以中等風(fēng)化泥巖為持力層 , 采用大直徑人工挖孔灌注樁 , 在樁頂設(shè) 置基礎(chǔ)拉梁

8、, 核心筒采用筏板基礎(chǔ) 。 由于地勘報告提供的地基 承載力很低 , 按 樁基 1規(guī)范計算 , 樁基截面和嵌 巖 深 度 均 很 大 , 筏板基礎(chǔ)與周邊樁基幾乎連在一 起 , 使 設(shè) 計 、 施 工 非 常 不 便 。 為了充分發(fā)揮巖質(zhì)地基承載力在側(cè)限狀態(tài)下的潛力 , 并結(jié) 合巖質(zhì)地基特點和重慶地區(qū)經(jīng)驗 , 本工程采用了巖石原位載 荷試驗 , 確定中等風(fēng)化泥巖承載力特征值為 2.34MPa , 樁側(cè)阻 力 特 征 值 為 0.2MPa , 地 基 承 載 力 提 高 了 約 50%, 節(jié) 約 了 基 礎(chǔ) 投資 , 使基礎(chǔ)設(shè)計更趨合理 。位于斜坡體上樁的嵌巖深度從巖體破裂面以外水平距離 不小于 3

9、m 開始計算 , 且滿足相鄰樁底連線與水平線之間的夾 角泥巖不得小于 450, 砂巖不得小于 600。 為保證巖體邊坡的整 體穩(wěn)定性 , 將離邊坡最近的樁 , 在嵌巖部分以上的樁周設(shè)隔離 層與巖體隔開 , 詳見圖 3圖 5。4吊角樓部分設(shè)計一般來說 , 山地建筑接坡形式為 :懸挑 、 吊腳 、 掉層 、 附崖 、退臺 , 按采光方向也可分為順坡接 地 、 平 坡 接 地 和 點 式 接 地 ,圖 3基礎(chǔ)及基礎(chǔ)梁平面布置圖 11 髿鬀 鬁鬂蟆訞鬆鬄 鬂T SPK隔 層 設(shè) 置隔 層 設(shè) 置390021001800540021003900360051004200330036003300420039

10、0039005400210018002100180024002430660036005100420033001040360033004200390021001800240024001450273627363917450圖 4基礎(chǔ)梁設(shè)置示意圖(aH 1m 時(bH>1m時坡面或地面坡面或地面坡面或地面坡面或地面樁頂標高樁頂標高樁頂標高樁頂標高樁身直徑樁身直徑樁身直徑 樁身直徑 樁端直徑 D樁端直徑 D樁端直徑 D樁端直徑 D樁 身 長 度 根 據(jù) 現(xiàn) 場 情 況 確 定樁 身 長 度 根 據(jù) 現(xiàn) 場 情 況 確 定嵌 入 深 度嵌 入 深 度基礎(chǔ)梁嵌 入 深 度中風(fēng)化巖面中風(fēng)化巖面中風(fēng)化巖

11、面中風(fēng)化巖面嵌 入 深 度樁 A樁 A樁 B樁 B基礎(chǔ)梁H 1m 時H >1m 時1 61 61 61 6圖 5樁嵌巖深度計算示意圖剪力墻剪力墻 坡面設(shè)隔離層基巖破裂面北線道路中等風(fēng)化層面樁 B樁 基 嵌 巖 深 度 L樁 A大于 3.0m60450(泥巖 60(砂 巖5總第 8卷 第 67期11建筑設(shè)計 重慶某高層建筑吊腳樓結(jié)構(gòu)設(shè)計重慶建筑Chongqing ArchitectureT1T2T3T4T5T62.77342.66652.47650.86710.83570.7363表 1結(jié)構(gòu)自振周期 (單位 :秒 位移荷載類型方向最大層間位移角計算層號 u/h風(fēng)荷載X 向 Y 向 X 向Y

12、 向11層 11層 14層 14層1/20581/27211/40641/4522地震表 2結(jié)構(gòu)水平位移本工程綜合考慮選擇了點式接地的吊腳樓形式 。 4.1吊腳計算模型假定本工程在坡頂以上 33層 , ±0.000層 與 坡 頂 平 , 坡 頂 以 下15m 吊腳 , 坡體高度 21m , 坡體地質(zhì)基本為中風(fēng)化泥巖 、 砂巖 。結(jié)合現(xiàn)場實際情況 , 為減少吊腳部分柱 、 剪力墻肢的計算長 度 , 設(shè)置了 3層豎向構(gòu)件拉梁 , 層高在 5m 左右 (見圖 2, 由于地 形的復(fù)雜性 , 施工時根據(jù)現(xiàn)場實際情況 , 設(shè)置高度和范圍作適 當調(diào)整 , 使拉梁盡可能在一個平面上 , 傳力途徑更為

13、直接 。 同 時 , 在接近坡體部位均設(shè)置水平或斜向 (斜度 150 的相鄰基 礎(chǔ)或豎向構(gòu)件間的拉梁 。 在高層建筑范圍向兩側(cè)延伸 58m區(qū) 域 , 陡坡采用肋柱多點預(yù)應(yīng)力錨索支護結(jié)構(gòu) , 邊坡穩(wěn)定安全系 數(shù)大于 1.6, 以提高巖石陡坡加載后的安全度 , 保證在 6度設(shè)防 地震力作用下 , 高層建筑水平力能及時有效傳遞到巖石地基 和陡坡 。 這樣可將吊腳高層建筑簡化為陡坡上 33層 , 坡下為 3層的墻元計算模型 , 并視坡下臨坡拉梁為部分結(jié)構(gòu)的側(cè)向支 承 。4.2高層吊腳樓結(jié)構(gòu)抗震 2性能分析從計算結(jié)果對比分析 , 主要影響結(jié)構(gòu)第一振型周期 , 在斜 坡上建筑總高度不變時 , 設(shè)置坡下側(cè)向

14、支承 , 使結(jié)構(gòu)自振周期 減小約 10%, 主要是由于吊腳拉梁層結(jié)構(gòu)比上部標準層質(zhì)量 小 、 側(cè)向支承的有效作用及剪力墻剛度的增加 (核心筒除外的 剪力墻厚度為 400mm 、 墻肢轉(zhuǎn)角處設(shè)置 800×800的芯柱 , 使 建筑底部結(jié)構(gòu)剛度有所增加 , 見圖 6。吊腳的存在 , 使結(jié)構(gòu)總 高 度 增 加 , 基 底 剪 力 增 加 不 明 顯 , 吊腳部分平面面積的大小是主要影響因素 , 本工程吊腳部分 平面面積約為標準層面積的 70%; 筒體剪力墻直接坐落在坡 頂區(qū)域 , 并未形成吊腳 , 其承擔了結(jié)構(gòu)總基 底 剪 力 的 65%; 吊 腳拉梁層部分剪力已直接傳遞至邊坡巖質(zhì)地基上

15、。坡下的層間位移角明顯小于標準層 , 由于吊腳層的出現(xiàn) 及層高較高 , 使坡頂?shù)谝粚訉娱g位移角發(fā)生突變 , 且出現(xiàn)薄弱 層 。 與該層相鄰層層間位移角也有突變趨勢 , 設(shè)計時應(yīng)采取抗 震措施 。5上部結(jié)構(gòu)設(shè)計主體結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土由短肢剪力墻和一般剪力 墻組成的剪力墻結(jié)構(gòu)體系 , 其中底部加強部位以下短肢剪力墻的抗震等級為二級 , 其余為三級 。 剪 力 墻 厚 度 :第 1層 為300mm , 25層為 250mm , 5層以上除筒體為 250mm 以外均為 200mm , 混凝土強度等級 C50C30。 為使吊腳部分與上部結(jié)構(gòu)更好地結(jié)合 , 保證整棟建 筑 的 連 續(xù) 性 , 

16、7;0.000層 板 板 厚 按180mm , 其鋼筋為雙層雙向 12125。采用 SATWE 程序?qū)Ρ竟こ探Y(jié)構(gòu)進行空間分析 , 其中連梁 剛度折減系數(shù)取 0.7, 梁端負彎矩調(diào)幅系數(shù)取 0.85, 梁扭矩折減 系數(shù)取 0.4, 周期折減系數(shù)為 0.9, 考慮偶然偏心影響 , 整體計算 結(jié)果見表 1、 表 2:從計算結(jié)果可以看出 :結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期 Tt 與平動為主的第一自振周期 T1之比為 0.893; 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 最大值與該樓層平均值之比為 1.22; 設(shè)計選取 15個振型 , X 、 Y 1811 髿鬀鬁鬂蟆訞 鬆

17、 鬄T R QPM K500018005400420039003600510042003300360033004200600039003600510042003300360033004200圖 6吊腳拉梁層平面布置圖 扶 芯 柱 800X800剪 力 墻250X5008004040040040400400400400122009.N0. 責(zé)任編輯 :余詠梅方向有效質(zhì)量系數(shù)分別為 94.26%和 94.53%; X 、 Y 方向剛重比 分別為 5.19和 5.73。 整體計算的各項指標滿足 高規(guī) 3的有關(guān) 要求 。 結(jié)構(gòu)薄弱層在第 1層 , 計算時將地震剪力放大 15%, 以調(diào) 整結(jié)構(gòu)薄弱層構(gòu)件

18、內(nèi)力 , 并進行了一定的彈塑性設(shè)計 。 對于豎 向結(jié)構(gòu) , 保證剪力墻有足夠的延性 , 底部加強部位短肢剪力墻 的軸壓比控制在 0.400.50之間 。 為加強筒體及周邊的剛度 , 將 筒體及相鄰跨的板厚取為 120mm , 雙層雙向配筋 。6設(shè)計中采取的結(jié)構(gòu)抗震措施當坡體為陡巖時 , 要采取非常可靠的支護措施 , 提高巖坡 穩(wěn)定的安全度 。 當坡體為土層時 , 選擇支護與主體結(jié)構(gòu)整體合 一 , 計算可補充進行土體 -結(jié)構(gòu)共同作用受力分析 4, 減小吊層 結(jié)構(gòu)的地震作用 , 有利于坡下結(jié)構(gòu)的消能減震 。高 層 建 筑 采 用 短 肢 剪 力 墻 和 筒 體 形 成 剪 力 墻 結(jié) 構(gòu) 體 系

19、時 , 當?shù)跄_高度大于 5m 時 , 應(yīng)控制短肢剪力墻承擔的地震傾覆 力矩小于結(jié)構(gòu)底部總地震傾覆力矩的 35%, 且應(yīng)設(shè)置結(jié)構(gòu)拉 梁層 , 加強結(jié)構(gòu)的底部抗側(cè)移剛度 , 改善其抗震性能 。高層建筑吊腳樓結(jié)構(gòu)為可靠傳遞水平力 , 形成多道傳遞 路徑 。 第一 , 筒體剪力墻優(yōu)先采用筏式基礎(chǔ) , 基底不能出現(xiàn)零 應(yīng)力區(qū) , 更不能形成吊腳 。 第二 , 吊腳范圍的豎向構(gòu)件通過拉 梁與坡上基礎(chǔ)連接 , 構(gòu)建主體結(jié)構(gòu)側(cè)向支撐 。與坡頂相接的結(jié)構(gòu)層 , 由于結(jié)構(gòu)剛度 、 層間位移角發(fā)生突 變 , 本層樓蓋設(shè)計可參照規(guī)范結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層和嵌固層的抗震措 施設(shè)計 , 以保證樓板的水平承載力和連續(xù)性等 。為增加高層

20、建筑吊腳層的抗側(cè)移剛度 , 在計算時對豎向 構(gòu)件水平力乘以放大系數(shù) 1.2, 對剪力墻肢 (核心筒除外 的轉(zhuǎn) 角處設(shè)置芯柱 , 以達到墻 、 柱共同受力 , 減小墻肢軸壓比 , 提高 其延性 , 滿足設(shè)定的抗震性能目標 。為解決規(guī)范要求的高層建筑基礎(chǔ)埋置深度的問題 , 設(shè)計 時 , 我們采取了以下措施 :(1 結(jié)構(gòu) 整 體 傾 覆 彎 矩 小 于 抗 傾 彎 矩的 70%;(2 由于混凝土與基巖的摩擦系數(shù)較大 , 抗滑力強 , 使建筑整體抗滑滿足規(guī)范要求 ;(3 重 視 筏 板 基 礎(chǔ) 設(shè) 計 , 基 礎(chǔ) 底面不出現(xiàn)零應(yīng)力區(qū) , 樁基礎(chǔ)均原槽澆灌 , 充分發(fā)揮巖質(zhì)地基 抗側(cè)壓承載力高 、 完整

21、性好 、 側(cè)限可靠的優(yōu)勢 ;(4 吊腳層與坡 上基礎(chǔ)拉梁的設(shè)置 , 使主體結(jié)構(gòu)整體底部水平力能可靠地傳 遞給巖質(zhì)地基 。7結(jié)語(1 坡 地 建 筑 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 應(yīng) 充 分 考 慮 巖 土 邊 坡 的 地 質(zhì) 條 件 , 通過邊坡支護設(shè)計 , 確保邊坡的穩(wěn)定性 。(2 高層建筑吊 腳 樓 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 應(yīng) 研 究 吊 層 結(jié) 構(gòu) 的 抗 震 性 能 , 選擇合理計算模型 , 針對結(jié)構(gòu) 薄 弱 部 位 , 采 取 增 設(shè) 吊 腳 墻 肢芯柱 、 吊腳層側(cè)向支承等相應(yīng)的結(jié)構(gòu)措施 。(3 重點關(guān)注結(jié) 構(gòu) 及 基 礎(chǔ) 與 邊 坡 的 受 力 情 況 和 相 互 作 用 關(guān)系 5, 在滿足主體結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定 、 抗滑移條件下 , 控制基礎(chǔ) 的嵌巖深度和邊坡的位移 , 同時 , 必須加強施工監(jiān)測 。參考文獻 :1JGJ94-94, 建筑樁基設(shè)計規(guī)范 S.2GB50011-2001, 建筑抗震設(shè)計規(guī)范 S.3JGJ3-2002, 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范 S.4王一功 , 楊佑發(fā) . 多層接地框架土 -結(jié)構(gòu)共同作用分析 J, 世界地震工程 , 2005, (3.5王方 , 楊智 . 斜坡上多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計及基礎(chǔ)處理 J,中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報 , 2001, (3.建成牛角沱 、 兩路口 、 小什字 、 化龍橋 、 大坪及較場口 6個 公交換乘樞紐 , 完成東水門 、