結(jié)合工程實例淺談高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計存在幾個問題

陳宏杰

摘要：文章結(jié)合工程案例談高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用了設(shè)縫等構(gòu)造措施并調(diào)整抗側(cè)力結(jié)構(gòu)布置，較好地滿足了結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，實現(xiàn)了建筑與結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一。

關(guān)鍵詞：扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；防震縫；嵌固端；剛度比；結(jié)構(gòu)設(shè)計

中圖分類號：TU973文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2009）09-0136-02

一、工程概況

該工程位于廣東佛山，工程按功能共分三個部分：（1）該工程由三層商鋪，開間商辦樓北部為8.5 m，南部為7.0 m，進(jìn)深為15 m；（2）商鋪上部的辦公樓，共6層；（3）高層辦公主樓，為圓弧形平面，在4-8層以連廊與商辦樓相連。多層部分總高為23.8 m，高層部分16層總高為59.6 m，屬高層一類。

建筑抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計地震分組為第一組，設(shè)計基本地震加速度為0.05 g，基本風(fēng)壓0.45 kN/m，場地粗糙度B類。多層部分為框架結(jié)構(gòu)，高層部分為框架一剪力墻結(jié)構(gòu)。

（一）基礎(chǔ)設(shè)計

1．地基土構(gòu)成與特征。根據(jù)巖土工程勘察報告，建筑場地類別為Ⅲ類，場地特征周期為0.45 S，地基土層分布情況及特性如下：

（1）-1層素填土，層厚約0.8m～1.9 m；

（2）-2層淤泥，層厚約2.0m～2.3 m；

（3）層粉土，層厚約2.8m～5.8 m；

（4）層粉砂類粉土，層厚約4.9m～7.1 m；

（5）層粉砂～細(xì)砂，層厚約2.7m～4.6 m；

（6）層粉砂類粉土，層厚約6.5m～7.6 m；

（7）層粉質(zhì)粘土，層厚約9.7m～10.5 m；

（8）層粉土類粉質(zhì)粘土，層厚約12.0m～13.10 m；

（9）層粉砂類細(xì)砂，中密為主、未鉆透。抗浮設(shè)計水位建議取85國家高程3.5 m。

（二）基礎(chǔ)方案

多層：（1）～（13）軸采用梁板式筏基（地梁600mm×1200 mm，筏板500 mm），天然地基，持力層位于②層土上，地基承載力特征值fak= 145 kPa。高層：（14）～（G1）軸地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為乙級，采用樁筏基礎(chǔ)，樁采用 φ600鉆孔灌注樁，有效樁長30 m，樁端持力層為（z）層土，樁端進(jìn)入持力層≥1.2 m，筏板厚1.2 m。

（三）沉降控制

經(jīng)初步設(shè)計調(diào)整的建筑方案，在（13）軸處設(shè)一道變形縫（縫寬100 mm，三縫合一）。由于（1）～（13）軸仍然超長，故設(shè)一道后澆帶。此部分為天然地基，計算沉降值如圖1所示，結(jié)構(gòu)封頂時實測沉降值為2.5 cm。

（14）～（G1）軸的部分為樁基。由于建筑使用功能的需要，主樓與裙樓的地下室部分連成整體不設(shè)縫，造成結(jié)構(gòu)超長、主群樓沉降量也不同，這些因素在設(shè)計中均需予以考慮。筆者在（14）～（G1）軸主樓與裙樓相接處設(shè)一道后澆帶。確定主樓與裙樓之間設(shè)置沉降后澆帶位置后，將主裙樓底板分開單獨計算及從整體聯(lián)合計算對比考慮，嚴(yán)格控制其絕對沉降量、沉降差以及樁群重心與上部荷載重心的偏心距。沉降及基礎(chǔ)底板計算采用PK—PM系列基礎(chǔ)程序計算。程序?qū)Φ装宓挠嬎惆凑沼邢拊碚撨M(jìn)行，只要底板具有足夠的剛度，可以認(rèn)為按照主裙樓整體計算結(jié)果設(shè)計是合適的，計算沉降值見圖1。結(jié)構(gòu)封頂時實測主樓沉降值為3.0 cm，主裙樓基礎(chǔ)底板無開裂情況。

施工過程中沉降觀測結(jié)果表明，設(shè)計是合理的。

（四）止水帶處理

（13）軸變形縫處地下室通道止水帶處理：設(shè)置兩道耐變性能良好的CB型橡膠止水帶，寬度大于等于350 mm，厚度大于等于8 mm，且控制沉降以滿足規(guī)范要求。

二、上部結(jié)構(gòu)設(shè)計

（一）結(jié)構(gòu)超長

由于建筑體型限制及立面要求，結(jié)構(gòu)只在（13）軸設(shè)置了一道變形縫。（1）～（13）軸裙樓總長65m，超過規(guī)范限制的溫度區(qū)段長度。結(jié)構(gòu)設(shè)計時在（1）～（13）軸選取合適位置設(shè)置后澆帶，在樓板中摻人適量微膨脹劑，在后澆帶中設(shè)置加強鋼筋。

（二）結(jié)構(gòu)不規(guī)則

（1）～（13）軸1-4層（8）～（9）軸橫向僅有1Om相連，形成薄弱部位，按不規(guī)則結(jié)構(gòu)考慮且此段板考慮加厚，梁加強，抗震造按提高一個等級加強。

（三）結(jié)構(gòu)抗扭

在初步設(shè)計階段建筑方案中，（13）軸未設(shè)變形縫，建筑平面復(fù)雜，平、立面很不規(guī)則，圓弧變化較多，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)比較突出。從結(jié)構(gòu)角度看高層建筑設(shè)置“三縫”，可以解決產(chǎn)生過大變形和內(nèi)力的問題，但卻又產(chǎn)生許多新的問題。設(shè)縫時應(yīng)將建筑結(jié)構(gòu)劃分為獨立的結(jié)構(gòu)單元。基于這種思路，筆者通過試算即先按建筑方案（1）～（G1）軸連成整體計算，由SATWE程序計算，計算結(jié)果見表1：

對照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》第4.3.5條：“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問位移，A級高度建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的1.5倍。”表1中此值為1.73，不滿足規(guī)范要求，因此，需調(diào)整建筑方案。經(jīng)與建筑方協(xié)商同意只在（I3）軸處設(shè)一道變形縫，此縫“三縫”合一將建筑結(jié)構(gòu)劃分為兩個獨立的結(jié)構(gòu)單元，如圖2所示。其中A單元（1）～（13）軸為多層框架結(jié)構(gòu)；B單元（14）-（G1）軸高層局部帶裙樓為框架一剪力墻結(jié)構(gòu)。

B單元（14）～（G1）軸高層局部帶裙樓，此部分建筑平面復(fù)雜，圓弧變化較多，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)仍然比較突出。對于框架一剪力墻結(jié)構(gòu)而言，剪力墻的布置對控制扭轉(zhuǎn)起決定作用。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中主要按照下面原則進(jìn)行：剪力墻布置宜均勻、分散、對稱，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度，減少剛心與質(zhì)心的偏心距，從而減輕扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；保證樓板剛度，大洞口的兩側(cè)或樓板剛度變化處宜布置剪力墻，提高結(jié)構(gòu)的抗扭承載力。根據(jù)上述原則經(jīng)多次試算調(diào)整剪力墻的位置、墻開洞大小、加強剪力墻與框架間樓板厚度、增加外圍構(gòu)件的配筋。B單元用SA E程序計算，最后調(diào)整結(jié)果見表2。由表2可看出，各項指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求。

B單元為框架一剪力墻結(jié)構(gòu)，其內(nèi)力按彈性方法算得，并假定樓板的剛度無限大，剪力墻將承擔(dān)絕大部分水平力，框架受力很小，在橫向水平地震作用下，剪力墻起初承受很多水平力，墻體開裂后，剛度降低，隨即將一部分水平力讓給框架，使框架承受的水平力大于按彈性計算的結(jié)果。為確保安全，各層框架總剪力規(guī)范作了具體規(guī)定，程序也由此調(diào)整選項。規(guī)范條文見《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》第8.1.4條之內(nèi)容：框架一剪力墻結(jié)構(gòu)對應(yīng)于地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的各框架總剪力應(yīng)符合下列規(guī)定：

1．滿足（8.1.4）式要求的樓層，其框架總剪力不必調(diào)整；不滿足（8.1.4）式要求的樓層，其框架總剪力應(yīng)按O.2V0和1.5Vfmax二者的較小值采用。

Vf≥ O.2V0（8.1.4）

2．各層框架所承擔(dān)的地震總剪力按本條第l款調(diào)整后，應(yīng)按調(diào)整前、后總剪力的比值調(diào)整每根框架柱和與之相連框架梁的剪力及端部彎矩標(biāo)準(zhǔn)值，框架柱的軸力標(biāo)準(zhǔn)值可不予調(diào)整。

3．按振型分解反應(yīng)譜法計算地震作用時，本條第l款所規(guī)定的調(diào)整可在振型組合之后進(jìn)行。

（四）計算模式

本工程有一層地下室，地下室可作為一層框架與上部結(jié)構(gòu)一同輸入，也可將地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位。當(dāng)采用后一種模式時規(guī)范對地下室剛度有具體要求，見《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》第6.1.14條。筆者采用地下室頂板為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端計算模式，表2即是按此模式計算的結(jié)果。

三、結(jié)語

綜上所述，結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯的不利情況，合理布置剪力墻并采用適當(dāng)?shù)某绦蛴嬎憧刂聘髦笜?biāo)，在構(gòu)造上適當(dāng)加強。