高層排式住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體會(huì)

【摘 要】隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，房產(chǎn)開發(fā)商對(duì)于成本收益較為關(guān)注，在滿足“小震不壞、大震不倒”的基本要求前提下，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理與否直接關(guān)系到投資成本。本文根據(jù)工程案例，對(duì)高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的選型及設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一、工程概況

某建筑項(xiàng)目面積為20.6萬(wàn)平方米，為高層排式住宅，每棟中間設(shè)抗震縫斷開，底層局部架空，地下室結(jié)構(gòu)主樓范圍采用現(xiàn)澆鋼筋砼梁板式結(jié)構(gòu)，地下室人防按核６級(jí)和核５級(jí)設(shè)防，按平戰(zhàn)轉(zhuǎn)換功能設(shè)計(jì)平時(shí)作為車庫(kù)；室外頂板采用預(yù)應(yīng)力鋼筋砼無(wú)梁樓蓋。

二、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

本工程地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)，建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類，場(chǎng)地特征周期為0.45ｓ，場(chǎng)地卓越周期為0.42～0.46ｓ，場(chǎng)地地質(zhì)巖土自上而下分10個(gè)巖土層：（1）沖填砂或雜填土－１：層厚約0.8～7.5米；（2）中砂（局部夾有－１淤泥）：層厚約6.4～33.8米；（3）淤泥：層厚1.00～16.9米；（4）粉土或粉砂：層厚0.8～14.3米；（5）中砂部分下臥淤泥質(zhì)土：層厚0～4.4米；（6）中砂：層厚0.3～22.4米；（7）淤泥質(zhì)土：層厚0.7～5.7米；（8）卵石：揭露層厚0.8～9.7米，分布于整個(gè)場(chǎng)地；（9）中砂：層厚4.3～12.9米；（10）殘積粘性土：層厚1.1～4.4米；（11）強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：揭露層厚0.70～11.00米；（12）中風(fēng)化花崗巖：揭露層厚0.50～2.30米。

根據(jù)地質(zhì)資料，基礎(chǔ)采用施工進(jìn)度快、造價(jià)較低的PHC管樁，樁長(zhǎng)約28～31米，樁端持力層均選用 （8）卵石層，按常規(guī)方法主樓下布置PHC500－125AB管樁，單樁豎向承載力特征值為2450KN；單層地下室大部分采用PHC400－95AB管樁及部分PHC500－100AB管樁，單樁豎向承載力特征值為1600KN及2200KN。參照該小區(qū)已建好的別墅區(qū)的樁基沉降結(jié)果，通過(guò)沉降計(jì)算調(diào)整主樓與單層地下室沉降差。設(shè)計(jì)中采用設(shè)置多條后澆帶、加強(qiáng)帶及控制封帶時(shí)間作為控制沉降差異的措施。由于聯(lián)體地下室只有一層地下室，上層沒(méi)有建筑物，結(jié)構(gòu)自重不滿足抗浮要求，故單層地下室部分PHC管樁兼作為抗拔樁；工程中單樁抗拔承載力以樁身所受的拉力抵消PHC管樁預(yù)壓應(yīng)力為原則來(lái)設(shè)計(jì)，同時(shí)為了保證PHC管樁的抗拔承載力，加強(qiáng)PHC抗拔樁的節(jié)點(diǎn)及構(gòu)造。

三、超長(zhǎng)地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）裂縫控制措施

本工程地下室結(jié)構(gòu)長(zhǎng)約372米，寬約94米，室外部分為道路及花園，頂板覆土厚度0.8米，整個(gè)地下室不設(shè)永久縫。超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)尤其是地下室頂板，需考慮溫度、收縮產(chǎn)生的應(yīng)力。混凝土收縮是一種隨時(shí)間而增長(zhǎng)的變形，初期發(fā)展較快，三個(gè)月完成80％，一般兩年后趨于穩(wěn)定。環(huán)境的溫度變化也在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生溫度應(yīng)力，結(jié)構(gòu)在后澆帶、加強(qiáng)帶閉合前可認(rèn)為各分塊自由變形，因此不考慮閉合前各單元的溫度應(yīng)力。目前采用的主要措施：①采用低收縮高防裂混凝土，控制混凝土入模塌落度及入模溫度，注重混凝土養(yǎng)護(hù)措施及拆模時(shí)間；②采用后澆帶分段施工，以減小施工階段溫度差和混凝土收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力，但剩余的混凝土收縮的溫差仍會(huì)在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力，會(huì)使結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生裂縫；③添加外加膨脹劑，是控制溫度收縮裂縫的常規(guī)作法，但效果受膨脹劑質(zhì)量及施工和管理水平等因素的影響難以保證；④摻加抗拉纖維，雖然有效但造價(jià)較高；⑤采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，是抵抗混凝土溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力的較成熟且有效措施，在眾多超長(zhǎng)工程實(shí)踐證明是抵抗混凝土溫度變形及裂縫有效措施之一。本工程設(shè)計(jì)中采用設(shè)置多條后澆帶、加強(qiáng)帶，室外頂板采用施加無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力和摻加膨脹劑相結(jié)合方法來(lái)綜合解決這個(gè)問(wèn)題。

（2）無(wú)梁樓蓋板的設(shè)計(jì)

①設(shè)計(jì)參數(shù)

單層地下室采用無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力板柱體系，頂板厚度300mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。有效地降低梁板高度從而減低層高，有明顯的綜合經(jīng)濟(jì)效益。無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋砼無(wú)梁樓蓋預(yù)應(yīng)力筋采用1860級(jí)高強(qiáng)低松弛無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線，規(guī)格為 15.2， com=0.70，fptk=1302N/mm2，k=0.004， =0.09，fpy=1320N/mm2。普通鋼筋采用HRB400，fy=360N/ mm2。預(yù)應(yīng)力筋按正反四段拋物線布置，其反彎點(diǎn)設(shè)在0.11處。

②設(shè)計(jì)原則

綜合考慮在無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力板柱結(jié)構(gòu)施工受力全過(guò)程的各種荷載作用情況，取各階段最不利的工況進(jìn)行組合：（1）正常使用工況：均布5.0KN／ｍ2，主要考慮人流和普通汽車以及綠化荷載，此組合用于驗(yàn)算正常使用極限狀態(tài)的裂縫、撓度；（2）特殊情況工況：均布16.0KN／ｍ2，主要考慮消防車作用，此組合用于計(jì)算承載能力極限狀態(tài)的抗彎、抗剪、沖切驗(yàn)算；（3）施工階段工況：覆土及面層荷載作用前，結(jié)構(gòu)自重荷載較小，預(yù)應(yīng)力張拉施工后會(huì)產(chǎn)生不利的反拱，設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮該階段工況的承載能力和撓度裂縫驗(yàn)算；（4）由溫度變化及收縮產(chǎn)生的次拉應(yīng)力，會(huì)增加結(jié)構(gòu)的最大拉應(yīng)力，應(yīng)予以充分考慮。

③設(shè)計(jì)方法

板柱結(jié)構(gòu)總體計(jì)算采用ＰＫＰＭ系列軟件中的ＳＡＴＷＥ軟件進(jìn)行整體分析，本項(xiàng)目中考慮將柱之間的暗梁體系按虛梁考慮，平板選用彈性板單元，參與整體剛度計(jì)算，按總剛分析方法，使模型更真實(shí)地反應(yīng)實(shí)際情況，柱子的配筋可直接計(jì)算得出，但主樓范圍內(nèi)的地下室框架柱配筋，仍需按考慮地震及風(fēng)力的模型計(jì)算；并且在荷載輸入時(shí)，不存在雙向框架梁疊加區(qū)域的折減，可直接輸入板的實(shí)際荷載，簡(jiǎn)化了輸入過(guò)程。

頂板結(jié)構(gòu)裂縫控制要求，按《無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ92—2004）表4．1．2：（1）標(biāo)準(zhǔn)組合下混凝土拉應(yīng)力限值 ctk，lim≤1.0ftk；（2）準(zhǔn)永久組合下混凝土拉應(yīng)力限值 ctq，lim≤0.4ftk（板底）和≤0.2ftk（板面）。

④預(yù)應(yīng)力筋配置估算

根據(jù)結(jié)構(gòu)根據(jù)結(jié)構(gòu)類型和正截面裂縫控制驗(yàn)算要求，無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋有效預(yù)加力值Ｎｐｅ，可按下列兩個(gè)公式進(jìn)行估算，并取其計(jì)算結(jié)果的較大值：

經(jīng)計(jì)算柱上板帶配筋為 15.2＠200，跨中板帶預(yù)應(yīng)力筋選為柱上板帶的一半為 15.2＠400。預(yù)應(yīng)力配筋經(jīng)核算各階段的抗裂均滿足 ≤ ≤ 要求；各階段的抗彎承載力滿足要求；撓度、抗沖切驗(yàn)算均符合要求。

四、結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)分析

本工程主樓為高層住宅，均采用現(xiàn)澆鋼筋砼剪力墻結(jié)構(gòu)體系，利用分戶墻、樓電梯間墻及衛(wèi)生間隔墻設(shè)置剪力墻，有利于戶內(nèi)空間靈活使用。剪力墻全部落地，剪力墻抗震等級(jí)均為二級(jí)。高層建筑的高寬比是對(duì)結(jié)構(gòu)剛度、整體穩(wěn)定、承載能力和經(jīng)濟(jì)合理性的宏觀控制，根據(jù)建筑戶型及總平的要求，本工程主體結(jié)構(gòu)的進(jìn)深18.4m，高寬比為5.5，在規(guī)范的推薦值6范圍內(nèi)。

本工程主體結(jié)構(gòu)高度99.9ｍ＜100ｍ，采用多高層建筑結(jié)構(gòu)三維分析與設(shè)計(jì)軟件ＳＡＴＷＥ進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體分析，計(jì)算中考慮水平地震作用和風(fēng)荷載最不利情況，考慮偶然偏心及雙向地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，整體計(jì)算結(jié)果（以13＃樓為例）見表1～2。

從計(jì)算結(jié)果可以看出，結(jié)構(gòu)平振第一自振周期Ｔ１在2.06～2.6之間，Ｔ1＝0.074～0.085ｎ（ｎ為計(jì)算層數(shù)），結(jié)構(gòu)抗側(cè)力剛度較為適宜。結(jié)構(gòu)的主振型以平動(dòng)為主。

結(jié)構(gòu)第三周期Ｔ3為扭轉(zhuǎn)陣型，且Ｔ3／Ｔ1分別為0.70／0.75，小于《高規(guī)》0.9的限值，說(shuō)明本工程結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件平面布置較為合理。

五、結(jié)束語(yǔ)

目前類似住宅工程較多，隨著人民生活水平的提供，對(duì)建筑要求也不盡相同。通過(guò)本工程高層結(jié)構(gòu)及無(wú)粘結(jié)無(wú)梁樓蓋的應(yīng)用，滿足了業(yè)主的對(duì)使用空間、建筑外觀等要求，是當(dāng)前高層建筑較為適用的形式，其應(yīng)用前景甚為廣闊。本工程已施工完成，順利交給個(gè)業(yè)主使用，結(jié)構(gòu)狀況良好，希望通過(guò)本文的闡述分析對(duì)類似工程有一定的借鑒。

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