對多層建筑住宅綜合樓結構設計的探討

摘要文章結合工程實例，對多層住宅綜合樓的結構設計進行了分析，指出結構師不但要全面了解各種結構形式的受力特點、關鍵部位、關鍵構件;還要對于復雜工程，分析歸納其結構特點，有針對性地采取技術措施，合理地簡化計算模型，才能從整體上把握工程，很好地解決實際問題。做到既符合規范要求，又滿足工程需要。

關鍵詞住宅綜合樓結構設計技術措施

中圖分類號:TU2文獻標識碼:A

1 工程概況

該工程占地面積22161m2，總建筑面積68740m2。主要包括南北兩排高級住宅綜合樓和東西兩側公建。南側住宅綜合樓(B～G座)地上8層，北側住宅綜合樓(J～R座)地上8～10層。南北住宅綜合樓均為剪力墻結構，南樓局部設有框支梁。東側公建(H座)地上2層，為高配套商業用房，框架結構;西側公建(A座)地上4層，為文化娛樂、健身中心，框架結構。南北住宅綜合樓均設有兩層地下室，南樓地下2層戰時為六級人防物資庫、平時為汽車庫，北樓地下2層為設備用房，南北樓地下1層均為自行車庫。南北住宅綜合樓中間局部設有地下室，位于地下2層，為單純汽車庫，其西側局部從地下2層至地面為游泳池，框架結構(局部含有剪力墻)。

兩棟住宅綜合樓中間地面擬建社區公園，有假山、音樂噴泉、熱帶樹木、草坪、健身器材、夜景照明等。工程地下2層及首層平面如圖1、圖2所示。

2 工程特點

本工程整體設計思路要求典雅、高級、舒適。建筑立面風格追求歐式古典主義，平面布置講究高度靈活性，可以居住、辦公。為追求大尺度，部分戶型房間開間達到12.8m，進深達到14.7m。戶型建筑面積在200～500m2，頂層帶躍層。由于開發商要求功能多樣化、適應性強、個性鮮明，使得建筑設計平面與立面復雜、多變。所以與一般工程相比，本工程有鮮明特點，結構設計不利因素相對集中，體系相對復雜，給結構設計帶來了很大難度，其結構特點具體體現在以下幾個方面:

(1)高差懸殊(住宅綜合樓與汽車庫高差達8～11層);(2)超長混凝土結構(地下2層建筑長度達177m);(3)大跨度樓板(最大板跨12.8m);(4)錯層集中(兩個部位剪力墻兩側層高分別為218m、3.0m，樓板層層交錯設置);(5)不規則坡屋頂(四坡屋項帶老虎窗)，(6)部分剪力墻不能直接落在基礎上(主要為南樓折線形外墻)。另外，本工程部分地下室設有人防層、游泳池。

3 技術措施

緣于本工程復雜性，經過反復論證、綜合分析比較，確定設計原則如下:住宅整體結構采用剪力墻體系，墻體厚度為300mm到頂，局部樓電梯間處墻厚200mm，以提高結構整體性以及抗側移剛度，并可以滿足“新規范”對剪力墻厚度的要求。

樓板采用大板塊現澆預應力混凝土結構。針對該工程結構特點，具體技術措施如下:

(1)高差懸殊問題。設置兩道沉降縫將南北住宅綜合樓與中間地下汽車庫完全脫開，沉降縫寬度為100mm，縫內用粗砂填實。具體位置詳見圖1地下2層結構平面圖。

(2)結構超長問題。 從地下1層開始設置伸縮縫將南北住宅綜合樓分成若干單體，縫寬100mm。仍然超長的設置伸縮后澆帶，后澆帶寬800mm，主體結構施工完后兩個月用高一強度等級混凝土并加適量微膨脹劑澆灌，附加溫度鋼筋，加強施工養護，以解決混凝土結構超長問題。具體位置詳見圖2。

(3)大跨度樓板問題。本工程結構最大板塊跨度為12.8m€?4.7m，根據工程經驗確定板厚為280mm。先采用普通混凝土結構經過詳細計算，在較大配筋率(0.65%)情況下承載力極限狀態可以滿足，混凝土相對受壓區高度€%g(0.14)不超限。但是正常使用極限狀態下裂縫寬度驗算為€%rmax=0.35mm，超過限值€%rlim=0.3mm;板塊最大撓度為f=0.0698m，遠遠超出限值[f]=0.043m，無法滿足正常使用極限狀態下裂縫寬度與撓度驗算的要求。

經分析比較，認為配置預應力鋼筋是比較合理的，配筋率比較經濟，撓度和裂縫問題均能很好解決，并可達到建筑上靈活設置隔墻、家庭辦公等要求。另外，在板塊上部中間部位增設溫度鋼筋，以提高樓板抗變形能力。

(4)樓板錯層問題。由于開發商特殊要求，本工程兩個部位出現錯層集中現象，剪力墻兩側層高分別為218m、310m，具體為Q、R座中間墻，J、K座中間墻。這樣使得樓板層層交錯，而且錯層部位樓板高差不一致，如圖3所示。

由于樓板起到傳遞和分配水平力的作用，樓板錯層造成局部應力集中和剪力墻平面外、平面內短墻受彎等情況，對結構十分不利。

具體處理措施為:加強錯層部位剪力墻厚度，將該部位剪力墻厚度調整為400mm，以提高剪力墻平面外剛度;剪力墻抗震等級提高一級，剪力墻分布鋼筋配筋率提高到0.5%，并適當增加暗柱數量和配筋等。在結構計算上采用彈性樓板假定。

(5)坡屋面問題。由于建筑立面要求，屋頂做成不規則坡屋面形式，水平跨度都在10～1218m左右。下部為300mm厚剪力墻結構，用層高限制，無法設置托柱梁，更不宜在屋脊交點位置樓板上設置立柱，形成不了框架結構，所以這種不規則坡屋面給結構設計造成很大困難。

經過多種結構形式的比較分析、反復試算，確定采用空間剛架方案來解決，即在屋頂沿屋脊位置、窗間墻位置設置斜柱，柱截面高度與墻厚相等為300mm，柱截面寬度確定為600mm，并在屋頂部設置水平拉梁以構成空間剛架，如圖4所示。如此布置很好地滿足了建筑上豐富立面的構思，又能夠減輕結構自重，圓滿地解決了工程問題。

(6)框支梁問題。由于南樓地下2層出挑部分為汽車庫，采用大柱網框架結構布置。住宅部分從地下1層開始，其部分外墻(南側外墻)不能落到基礎上，而且外墻沿幾條軸線布置，走向形成折線外形。軸線間距在各個部位不等，大部分為2000mm。結構處理方法為采用框支托梁形式(如圖5所示)，把整個折線形外墻托起，以承擔豎向荷載并傳遞水平地震力。經計算采用1000mm高度沒有問題，寬度各個部位有所不同，大部分為2500mm。

4 結構計算

采用中國建筑科學研究院PKPM工程部編寫的《SATWE》程序計算。

由于主體結構在地下2層開始采用沉降縫全部斷開，分成了三個部分，其中汽車庫僅設置于地下2層，南北住宅綜合樓地上層數較多，較為典型，尤以南樓具有代表性，現將南樓一部分(BCDE座)結構整體計算情況簡單介紹如下:

(1)地震作用下層間位移角曲線。

a-X方向最大層間位移=1/1821;

b-Y方向最在層間位移角=1/3210

圖6X、Y方向最大層間位移角曲線

(2)地震作用下最大反應力曲線。

(3)地震作用下結構周期周期如表1。

(4)地震作用下結構振型。

a-X方向最大樓層反應力=1/1821;

b-Y方向最大樓層反應力=1/3210

圖7X、Y方向最大樓層反應力曲線

a-X方向;b-Y方向

圖8質心振動

地震力Q0X=32216kN，Q0Y=36014kN

剪重力Q0X/Ge=13.74%，Q0Y/Ge=15.36%

最大層間位移=1/1821

軸壓比€%e:絕大部分剪力墻軸壓比€%e≈0，個別小墻肢最大軸壓比€%e=0.23。

框架梁、柱、剪力墻、連梁配筋均無超筋情況，從整體計算結果看，本工程結構布置比較合理。

5 地基基礎

根據本工程詳細“地勘”報告，地基持力層為第四紀沉積粘質粉土、砂質粉土層，地基承載力標準值綜合取值為fk=160kPa，地下水近3～5年最高水位為自然地面下3m。

根據地基承載力標準值經深度修正已達到f=260kPa(基礎埋深為自然地面下9m)，以層數較多的北樓為代表，結構豎向力標準值(D+L)為246kPa，地基承載力完全可以滿足要求，采用天然地基沒有問題。地下室抗浮驗算也無問題。中間地下汽車庫采用上反肋梁式筏形基礎，底板厚500mm，基礎梁800mm€?200mm;南樓亦采用上反肋梁式筏形基礎，底板厚1000mm，基礎梁800mm€?200mm;北樓采用平板式筏形基礎，沿外圍墻體做暗梁，底板厚1000mm。

南北樓基礎底板系根據板格跨度及施工方便，綜合考慮統一確定厚度為1000mm。

基礎亦在適當位置設置伸縮后澆帶，具體位置同上部結構，詳見圖1地下2層結構平面圖。

6 結束語

通過本工程設計實踐，對結構設計有了更廣泛了解和深入體驗，并獲得了一些新的認識。

(1)現階段建筑方案復雜、多變，造成工程中結構不利因素過于集中。結構師有必要在方案階段引導建筑師重視結構問題，根據建筑物高度、使用功能等合理地選擇結構體系，恰當地設計建筑物的平面形狀以及體型，對結構進行合理布置，以求做到建筑美觀、結構安全、經濟適用。

(2)結構師要全面了解各種結構形式的受力特點、關鍵部位、關鍵構件。對于復雜工程，分析歸納其結構特點，有針對性地采取技術措施，合理地簡化計算模型，才能從整體上把握工程，很好地解決實際問題。做到既符合規范要求，又滿足工程需要。

(3)要時刻關注國內外專業發展動態，掌握最新科技成果。做到不斷學習新技術，了解新的結構形式，長期積累，勤于探索。只要依據充分，必要時可以適當突破規范限制，或對規范中空白、模糊的領域提出創新的理論、技術措施，并大膽地應用于工程實踐中，以解決復雜工程問題，設計出優秀作品。