探討某抗震墻結(jié)構(gòu)形式住宅設(shè)計(jì)

劉 麗

（太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030027）

一、工程概況

此建筑為一公寓住宅樓，總長(zhǎng)53.10m，總寬17.40m，總高度41.70m。其中地上十四層（含一層閣樓層），坡屋頂局部電梯機(jī)房、水箱間各一層，地下一層。地下室一層層高3.0m，主樓一至十三層層高3.0m、閣樓層層高3.05m，坡屋頂電梯機(jī)房層高4.8m，水箱間層高3.3m。其中地上部分為住宅，地下部分為庫(kù)房。總建筑面積為12125.39m2。本公寓住宅樓有50年的設(shè)計(jì)使用年限，地下室和地上部分防火等級(jí)分別為一級(jí)和二級(jí)。

二、自然條件及地質(zhì)情況

本公寓住宅樓為Ⅲ類(lèi)場(chǎng)地，中等液化等級(jí)，建設(shè)地點(diǎn)為太原。按照國(guó)家規(guī)范要求，設(shè)計(jì)地震分組屬于第一組，特征周期值查表得為0.45s，抗震設(shè)防烈度I為8度，相應(yīng)的取設(shè)計(jì)基本地震加速度與重力加速度之比K=0.2。自然條件取值：基本風(fēng)壓值為0.40kN/m2（R=50），基本雪壓值為0.35kN/m2（R=50），按照國(guó)家氣象資料取值凍土深度為0.80m。自上而下場(chǎng)地基土各主要土層的工程地質(zhì)特性見(jiàn)下表：

表1 土層的工程地質(zhì)特性

工程場(chǎng)地從大的地貌上看屬于汾河沖洪積平原，組成巖性為人工填土、濕陷性粉土、粉土及粉質(zhì)黏土。地下水穩(wěn)定水位介于現(xiàn)地表以下3.5m至5.15m之間，屬孔隙潛水，年水位變幅約1.0m。在Ⅰ類(lèi)環(huán)境下，地下潛水對(duì)本結(jié)構(gòu)地下部分有中級(jí)腐蝕性，對(duì)本結(jié)構(gòu)中的鋼筋沒(méi)有腐蝕性。地基土對(duì)混凝土及混凝土中鋼筋具弱腐蝕性。場(chǎng)地為穩(wěn)定場(chǎng)地，地基為均勻地基。

三、地基處理及基礎(chǔ)形式

根據(jù)相應(yīng)的工程勘察報(bào)告，若采用天然地基，則不能滿(mǎn)足承載力要求。又由于場(chǎng)地為中等液化地基，為消除液化并提高承載力，須對(duì)地基進(jìn)行處理。經(jīng)各方面因素綜合考量，最終確定采用CFG(水泥粉煤灰碎石樁)樁插打砂石樁復(fù)合地基，樁的施打順序?yàn)橄壬笆瘶逗驝FG樁。經(jīng)計(jì)算分析，其中插打的砂石樁采用樁徑D=0.4m，正方形布置，間距S=1.2m，有效樁長(zhǎng)L=12m，為消除液化，采用振動(dòng)沉管成樁法。而其中主要承受豎向荷載的CFG樁采用正方形布樁，樁徑D=0.4m，間距S=1.2m，有效樁長(zhǎng)L=18m，樁體混凝土強(qiáng)度C15，采用長(zhǎng)螺旋鉆孔壓力灌法，且要求單樁承載力特征值≥470kN，取值不小于350kpa的復(fù)合地基承載力特征值。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)。

根據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)情況、主體結(jié)構(gòu)荷載及形式等，此建筑采用筏板基礎(chǔ)，筏板厚700mm，且基礎(chǔ)混凝土墊層為100mm的C15素混凝土。

四、結(jié)構(gòu)主體設(shè)計(jì)

1.結(jié)構(gòu)選型

考慮到此建筑為公寓住宅樓，建筑布局相對(duì)來(lái)說(shuō)不需要很靈活，在功能上不需要大空間、大層高、大柱網(wǎng)，同時(shí)兼顧建筑良好的抗側(cè)力性能等方面的因素，最后確定采用鋼筋混凝土抗震墻結(jié)構(gòu)形式。這種結(jié)構(gòu)體系整體剛度大，抵抗側(cè)向變形能力強(qiáng)，抗震性能好，滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)、安全、合理等各方面的要求。具體設(shè)計(jì)時(shí)采用了完全對(duì)稱(chēng)的布局形式，以使兩個(gè)方向的抗側(cè)剛度接近，且在多處形成了不完全封閉的筒體，剪力墻延豎向貫通建筑全高，在開(kāi)設(shè)洞口處設(shè)置連梁，墻端設(shè)置邊緣構(gòu)件。依據(jù)相應(yīng)規(guī)范，其剪力墻的抗震等級(jí)為二級(jí)。

2.主要荷載取值

表2 設(shè)計(jì)采用主要活荷載標(biāo)準(zhǔn)值 kN/m2

另外，施工檢修集中荷載取1kN/m、欄桿頂部水平荷載取0.5kN/m。

3.主要結(jié)構(gòu)材料選取

表3 主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)

同時(shí)，受力預(yù)埋件的鋼筋均采用國(guó)標(biāo)Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)鋼筋，預(yù)制構(gòu)件的吊環(huán)按照混凝土規(guī)范的要求均采用HPB300（Ⅰ級(jí)）鋼筋。本建筑±零米以下內(nèi)隔墻采用黏土實(shí)心磚，要求強(qiáng)度等級(jí)為MU10，水泥砂漿要求其強(qiáng)度等級(jí)M7.5；±零米以上內(nèi)隔墻和外隔墻均采用A3.5加氣混凝土砌塊，混合砂漿砌筑，要求砂漿強(qiáng)度等級(jí)M5.0，且砌塊容重≤6.0kN/m3。控制砌體施工質(zhì)量等級(jí)為B級(jí)，滿(mǎn)足基本建筑要求。

4.主要受力構(gòu)件尺寸取值

表4 主樓結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件尺寸 mm×mm

另外，對(duì)于純剪力墻結(jié)構(gòu)，同樣需要給予重視的是對(duì)于剪力墻邊緣構(gòu)件的設(shè)置。按照規(guī)范的要求，對(duì)于此建筑，其底部加強(qiáng)部位位于地下一層至地上二層，其約束邊緣構(gòu)件的設(shè)置部位位于地下一層至地上三層，而四層及以上則設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件即可，具體做法和要求應(yīng)符合高層建筑規(guī)范7.2.14~7.2.16條的規(guī)定。在此不再詳述過(guò)程和結(jié)果。

5.計(jì)算結(jié)果分析

（1）位移比

基于樓板剛性假定，在考慮偶然偏心條件下，最大位移與層平均位移的比值：X向?yàn)?.05，Y向?yàn)?.19；最大層間位移與平均層間位移的比值：X向?yàn)?.03，Y向?yàn)?.18。位移比不超過(guò)1.2，不需要考慮雙向地震作用。風(fēng)荷載作用時(shí)的內(nèi)力組合下，層間最大位移值與樓層的平均位移值的比（Ratio）是：X軸—1.04，Y軸—1.03；最大層間位移值與平均層間位移值的比（Ratio）是：X軸—1.03，Y軸—1.05，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

（2）層間位移

計(jì)算時(shí)不扣除整體彎曲變形，同時(shí)不考慮偶然偏心的影響，X方向地震力作用下的最大值層間位移角=1/1354＜1/1000；Y方向地震力作用下的最大值層間位移角=1/1161＜1/1000，均能滿(mǎn)足高層建筑規(guī)范3.7.3條的限值要求。

（3）剪重比

底層水平剪力與結(jié)構(gòu)總重力荷載代表值比值：X方向?yàn)?.48%；Y方向?yàn)?.50%，均大于抗震規(guī)范5.2.5條要求的樓層最小剪重比3.20%。因此計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)足相應(yīng)要求。

（4）剛重比

進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定驗(yàn)算：其X方向的剛度重量比值EJd/GH2為17.16；Y方向的剛度重量比值EJd/GH2為16.71，都不小于1.4，能夠滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)規(guī)范《高規(guī)》第5.4.4條的整穩(wěn)計(jì)算公式，也都不小于2.7，因此可不再考慮P-Δ效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的不利因素。

（5）周期比

表5 考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時(shí)的計(jì)算結(jié)果

本建筑基于扭轉(zhuǎn)為主的Tt和基于平動(dòng)為主的T1之比是0.7801/0.9073=0.8598＜0.9；地震作用最大的方向?yàn)樨?fù)0.084度；其有效質(zhì)量系數(shù)：X向97.73%；Y向97.60%，滿(mǎn)足要求。

五、結(jié)語(yǔ)

以上計(jì)算分析結(jié)果表明，本建筑采用抗震墻結(jié)構(gòu)形式比較合理，滿(mǎn)足了建筑經(jīng)濟(jì)、安全、適用、美觀的總體要求，結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果比較理想。

（1）加強(qiáng)底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻配筋，減小豎向構(gòu)件軸壓比，滿(mǎn)足規(guī)范要求；

（2）根據(jù)靜力彈塑性分析結(jié)果對(duì)薄弱部位進(jìn)行加強(qiáng)，滿(mǎn)足“大震不倒”；

（3）抗震墻布置位置合理，符合力學(xué)原理和要求，并設(shè)置多道防線，使結(jié)構(gòu)具有較好的延性，滿(mǎn)足“三水準(zhǔn)”的抗震設(shè)防要求。

（4）采用二元復(fù)合地基，節(jié)約成本，處理方式靈活可靠，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

總之，整體結(jié)構(gòu)抗震墻布局合理，結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸適當(dāng)，各項(xiàng)指標(biāo)均符合國(guó)家規(guī)范要求，具有良好的抗震性能，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

[1]方正.某高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討[J].四川建材,2011（3）.

[2]王遂峰.某混合結(jié)構(gòu)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) [J].福建建筑,2011（10）.