水岸觀溪住宅小區高層結構設計淺析

李　忠

(福州市建筑設計院　福建福州　350011)

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水岸觀溪住宅小區高層結構設計淺析

李忠

(福州市建筑設計院福建福州350011)

結合某高層剪力墻結構住宅具體工程，通過PKPM軟件試算，綜合結構安全及用料經濟等要求，優化剪力墻布置方案。針對該工程中出現的剪力墻連梁超筋問題，提出了采用雙連梁或高連梁等解決方案。同時，進行了地下室頂板與底板的計算，在滿足裂縫控制的要求下進行配筋，并進行樁基及承臺布置。結果表明，剪力墻盡量上下對齊布置，能夠發揮墻體剛度，提高抗剪承載力。

剪力墻結構；雙連梁；無梁樓蓋

0　工程概況

該工程為保障性安居工程，位于福清市宏路街道溪下村，毗鄰福清以元洪路為發展軸線的城區西擴的新區，基地南臨55m寬龍江南路，西側為18m寬規劃路，北側為40m寬規劃路，東側為規劃河道，由福清市僑鄉建設投資有限公司興建。小區上部單體1#～12#樓均為剪力墻結構，剪力墻部分抗震等級為二級，框架部分抗震等級為二級。3#商業，青少年活動中心，社區文化活動站，抗震等級為三級。幼兒園為重點設防類，抗震等級為二級。總用地面積65 993m2，總建筑面積250 309m2，單層地下室建筑面積48 714m2，地下室底板由南向北3%坡度放坡，防空地下室類別為乙類。

1　平面布置

本文僅對住宅11#單體的設計進行論述，地上32層，地上建筑面積13 695.3m2，建筑高度93.9m(不含梯間屋面)，地下室層高4.7m。結構位移由Y方向風荷載控制。在方案設計階段，平面有效寬度9.2m，以至于建筑高寬比大于10.0，超出合理值6.0較大，在試算過程中布置大量剪力墻，并在底層加大墻厚至350mm，經濟指標超出合理范圍，結構布置不合理。經過后期方案優化，盡量對齊南北側房間墻體，使兩側邊跨各形成兩片聯肢墻，有效增大Y向的抗側剛度，并調整房間進深，降低高寬比至8.0，使其盡量接近合理值[1]，建筑標準層平面(圖1)。

另外，在布置剪力墻的過程中可適當關注底層最大柱、墻組合內力，在上部設計的過程中考慮樁基承載力特征值，一定長度的墻下布置的樁基根數，可以達到優化樁基數量，盡量避免樁承載力不足、樁間距不滿足規范要求等問題的出現。

2　設計參數

2.1結構信息

將結構模型輸入到PKPM中SETWE模塊進行計算，設防烈度7度(0.10g)第三組；場地類別II類；自振周期折減系數0.90，抗震等級為二級，地下室框架抗震等級三級，主樓及外延一跨范圍的純地下室框架抗震等級同主樓。結構重要性系數1.0，結構安等級為二級，結構使用年限為50年，抗震設防分類為標準設防類，地基基礎設計等級為甲級，裂縫控制等級為三級。混凝土強度C45逐層遞減至C25,縱筋強度360N/mm2，箍筋強度270N/mm2(表1)。

2.2地震和風荷載信息

基本風壓0.80(50年一遇)，由于高度大于60m，承載力設計的風荷按50年一遇基本風壓的1.1倍取值，地面粗糙度：C類，地震烈度7度，地震分組第三組，基本場地加速度0.10g，特征周期0.45s(二類)；場地土II類。計算時考慮偶然偏心以及雙向地震力作用(表2)。

表1　混凝土強度等級

表2　荷載設計信息

3　計算中連梁超配筋問題的處理的方法

剪力墻連梁對剪切變形十分敏感，連梁超筋在剪力墻結構體系中是一種非常普遍的現象。連梁配筋超限的部位，通常在結構總高度的1/3左右的樓層，墻肢較長時中部的連梁。當連梁超限時，可減小連梁截面高度或采取其他減小連梁剛度的措施(如進行剛度折減或者設置雙連梁)。

(1)該工程在兩側山墻處衛生間開小窗，有條件將連梁加高，此處連梁上反處理，梁面至上一層窗臺處，梁底與窗頂齊高，總截面高度1 450mm，使山墻處兩片剪力墻剛度進一步增大，分擔更多水平力從而減小內墻連梁剪力設計值，消除一些樓層中間部位連梁超配筋。將有條件加高的連梁截面設計至最大高度，可以有效減小結構在水平力作用下的位移，創造條件降低其它連梁截面高度進而減小配筋，使室內過道處的凈高增大，改善室內的舒適度。計算配筋(圖2)。

(2)為使結構增加延性，連梁在地震作用下要先達到屈服，連梁剛度進行折減，該工程連梁剛度折減系數取值0.6。但在剛度較大的剪力墻端，剛度折減后的超配筋問題仍然無法消除，通常的處理方式是配置雙連梁，平面位置與雙連梁剖面(圖3)。

雙連梁方案在保證結構側向位移不減小的同時，能夠很好地降低連梁的內力，在改善建筑受力性能中起到優良的作用，還有一個突出的有點就是可以通過改變不同的上下梁間距滿足不同的建筑功能需要，尤其在公用建筑中便于建筑設備、管線的布置。

4　SETWE分析結果

4.1周期和周期比的控制

計算輸出結構周期文件前3個振型為結構的主振型，第一振型為X方向的平動；第二振型為Y方向的平動；第三振型為扭轉振型。周期文件(表3)。

表3　周期輸出文件(其它振型略)

由以上數據可知：前3個振型為結構的主振型，第一振型為X方向的平動；第二振型為X方向的平動；第三振型為扭轉振型。另外，Tt/T1=0.628<0.9，說明結構的平面布置滿足《高規》對減少扭轉影響的要求[2]。

4.2位移和位移比的控制

樓層層間最大位移與層高之比△u/h規定限值(最大層間位移角)與規范限值相比較的樓層位移應該取不宜大于1/1 000，這里需要注意的是，與規范限值相比較的樓層位移應該取不考慮質量偶然偏心影響的計算數值[3]。在高規中，只有此項指標是采用不考慮質量偶然偏心影響，其余各項指標都必須采用考慮質量偶然偏心影響的計算數值。由于福清基本風壓達到0.80N/mm2，建筑高度93.9m，而地震作用為7度0.10g，所以地震作用不是位移的控制作用。該工程控制性結構水平位移為風荷載作用下Y向樓層位移，SETWE實際輸出的Y 方向風荷載作用下的樓層最大位移計算結果如表4(其它樓層略)。

表4　Y向風荷載作用下位移輸出文件

Y方向最大值層間位移角:1/1 010.

由以上數據可知，工程的結構最大位移角均小于1/1 000，符合規范的要求，計算結果和界限要求很接近，結構布置比較經濟合理，既滿足規范的設計要求，又節省材料，降低造價。

4.3經濟指標

地下室層剪力墻厚度300mm，一層至十八層外墻厚度250mm，內墻厚度200mm，十九層以上厚度減至200mm。經STAT-S模塊的工程量統計，主樓地面以上樓層計算配筋的單位面積鋼筋用量為38.54kg，此數據不包括地下室層及砌體構件及懸挑構件鋼筋用量，根據經驗判斷該結構經濟指標處于合理的范圍[4]。

5　地下室頂板、底板及樁基承臺設計

5.1地下室頂板計算

主樓內頂板采用大板，板厚均為160mm，樓板配10@200雙層雙向鋼筋網,板內設置6@600梅花型布置的拉結筋；純地下室選擇無梁樓蓋方案，有較大的平整面，地下室頂棚平整美觀，利于敷設管線，在滿足使用要求的凈高前提下可以減小地下室層高0.5m～1.0m，從而減小人防墻體和外墻等豎向構件體量，減小了基坑開挖和支護以及降水的工程量以及地下室抗浮采用的措施費用。當然無梁樓蓋的厚度增加會導致樓蓋的自身重量并增大配筋，但這些跟無梁樓蓋方案所帶來的巨大延伸效益來說基本可以忽略不計。室內外高差依舊設置在剪力墻外邊緣，主樓外一跨范圍內抗震等級同主樓，配筋采用主樓電算與純地下室電算包絡設計；地下室層剪力墻轉角處設600x600端柱，與主樓外一跨地下室單層柱拉設框架梁，邊緣構件經過計算采用構造配筋(圖5)。

5.2樁基承臺計算

基礎采用鉆孔灌注樁，持力層選擇中風化凝灰巖，主樓內選用800mm直徑和1 000mm直徑兩種，極限承載力由樁身強度控制，特征值分別為4 500kN和6 900kN，將帶有樁徑信息的樁位圖dwg文件導入JCCAD，定義承臺參數后選擇圍樁承臺分別圍成單塊承臺，進行樁筏、筏板有限元計算。樁反力輸出結果(圖6)。

由圖6可見，樁最大反力出現在(13)和(14)工況，這兩個工況是有Y向正、負風荷載與恒+活的組合，

根據《樁規》樁基承載力可取特征值放大1.25倍，經檢驗所有樁基承載力滿足要求。有限元計算每個單元的彎矩并給出配筋，驗算抗沖切承載力滿足要求，并按承臺梁給出配筋，如圖7所示(其它承臺略)。

5.3地下室底板計算

地下常年水位標高按地面標高±0.00考慮，扣除底板及面層自重后取35kN/m2作為底板水浮力，承臺間設置聯系梁劃分板塊，板厚取300mm，并用倒樓蓋模型計算，承臺寬度并未在底板計算中考慮，使底板配筋偏保守。在滿足裂縫控制的要求下，底板配筋采用雙層雙向通長鋼筋加支座附加筋。

6　結論

本文依托水岸觀溪住宅小區11#樓單體進行結構布置和配筋計算，并整理設計過程中解決問題的一些經驗。其中剪力墻盡量上下對齊布置，這樣能夠發揮墻體的剛度提高抗剪承載力；高層設計中連梁的超筋問題比較突出，本工程采用提升山墻小開窗處連梁截面從而調整墻體的水平力分配，對于超筋的深梁，使用了雙連梁設計方案，有效解決連梁超筋問題；剪力墻下承臺梁由圍樁承臺布置自動生成，便于調整墻下不同樁型的布置；主樓內在底板的計算中將水浮力作為板荷載采用倒樓蓋模型計算配筋。

[1]沈蒲生.高層建筑結構設計[M].北京:中國建筑工業出版社,2006.

[2]JGJ3-2010 高層建筑混凝土結構技術規程[S].北京:中國建筑工業出版社,2011.

[3]王濤.高層住宅剪力墻結構設計與研究[D].山東:山東大學,2008.

[4]吳東.高層剪力墻結構的設計與探討[J].建筑設計學報,2009,15.

Elementary analysis of Shuianguanxi residential high-rise structure design

LI Zhong

(Fuzhou Architectural Design Institute, Fuzhou 350011)

Combining an high-rise shear wall residential buildings project and the requirement of structural safety and saving material,the arranging measurement of shear wall had been optimized by using PKPM software for calculation.In allusion to the issue of over reinforcement in shear wall tie beam, the plan of using double tie beam or high tie beam construction measurement was proposed.At the same time, the calculation of the roof and floor of the basement was carried out, and the steel bar was carried out in order to meet the requirements of crack control,And carried on the pile foundation and the pile cap arrangement.The results showed that Shear wall up and down as far as possible alignment,will develop the wall rigidity,Increase shear capacity.

Shear wall structure; Coupling beam; Flat Slab

李忠(1987.1-)，男，碩士研究生，工程師。E-mail:75250601@qq.com

2016-08-05

TU3

A

1004-6135(2016)09-0061-04