某小區超高層住宅結構設計

朱運川(中鐵工程設計院有限公司，北京100038)

某小區超高層住宅結構設計

朱運川
(中鐵工程設計院有限公司，北京100038)

以某小區超高層住宅結構設計為例，詳細介紹了地基基礎設計、結構整體計算分析、超長混凝土結構設計措施、超限對策及加強措施等內容，期望能為類似工程設計提供參考或借鑒。

超高層；結構分析；地基基礎；溫度應力；超限

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.11.001

1　引言

目前，超高層住宅已成為一線城市住宅的規劃發展趨勢，隨著客戶對戶型、采光、通風等要求越來越高，同時小區要考慮停車、娛樂、商業、學校、醫療等配套設施，這給結構設計帶來相當大的難度和挑戰。本文就工程實際遇到的問題和解決方案進行了歸納和總結，為類似工程提供可借鑒的結構設計經驗。

2　工程概況

本工程是一個集停車、商業、娛樂、餐飲、學校、住宅為一體的5塔樓大底盤超高層建筑，塔樓共48層，裙樓2層，局部4層，總建筑高度149m。地下4層地下室，地下室埋深18m。建筑面積約317 800m2。其中，地上建筑面積222800m2，由5棟塔樓組成（包含住宅建筑面積185 200m2（含安居商品房44059m2），商業建筑面積31660m2，公共配套設施建筑面積 5 940m2），地下建筑面積約95 000m2（包含地下商業20000m2，地下車庫及設備用房約75000m2），建筑鳥瞰效果圖見圖1。

圖1　某超高層住宅鳥瞰效果圖

3　地基基礎設計

本工程將地下室平面分為塔樓和裙房（含地下車庫）兩個區域。基礎形式根據這兩個區域的土層分布、地基承載力、上部荷載及裙房（含地下車庫）區域的抗浮等因素，綜合考慮不同區域的沉降差。裙房和塔樓荷載差異較大且采用大底盤無縫設計，為調整兩個區域的沉降差不僅要調整時間差，即設置沉降后澆帶，待后澆帶兩側混凝土結構達到一定樓層，結構的初期變形得到釋放后封閉，而且還要調整壓力差，即兩個區域采用不同的樁基形式和持力層來補償壓力產生的沉降差；并且在裙房和塔樓交界線處，設置剛性基礎梁來過渡，見圖2。

圖2　塔樓與裙樓基礎交界處剖面示意圖

經技術和經濟對比優化，本工程塔樓采用人工挖孔樁基礎，樁徑采用1400mm,1600mm兩種，柱下盡可能采用大直徑單樁，受力明確直接，樁端持力層為微風化巖。塔樓范圍外為純地下室和2~4層商鋪，由于地下水位較高，結構自重及地面回填土不能平衡水浮力，需要進行抗浮設計，抗浮設計方案通過對盲溝與抗拔樁的對比分析，盲溝比較適用于地型高差較大，對周邊環境影響不大的工程。本工程周邊臨近地鐵及部分民房，且地勢平坦，最后采用抗拔樁方案，裙房（含地下車庫）抗拔樁采用直徑500mm高強預應力管樁，即要滿足抗壓要求，又要滿足抗浮要求，根據上部荷載情況，合理調整樁的布局。

4　結構整體計算分析

本工程抗震設防烈度7度，II類場地類別，設計分組第一組，設計基本地震加速度0.10g，多遇地震水平地震影響系數最大值0.08，罕遇地震水平地震影響系數最大值0.50，反應譜特征周期Tg=0.35s，阻尼比0.05，基本風壓0.75（考慮對風荷載敏感的高層建筑，承載力設計時應按1.1倍基本風壓考慮），C類地面粗糙度,屬丙類建筑，框支框架抗震等級為特一級，塔樓剪力墻為一級（-4~3層），二級（4層以上）[1，2]。結構抗震性能目標選定為C級。

根據住宅戶型及部分底商的要求，本工程采用框支剪力墻結構體系[3]，由于建筑平面不規則，周邊很多梁往里縮，周邊無法設置轉角墻，結構的抗側和抗扭剛度比較弱，為滿足規范要求，對墻體的布置、厚度、截面收縮變化、周邊梁高對整體剛度的影響等進行了大量計算分析對比，達到較好的效果。本工程剪力墻厚度由450mm收到200mm（周邊250mm），混凝土強度等級由C50變化至C30，盡量減小剪力墻的厚度，增加使用面積。樓蓋采用普通混凝土主次梁結構，混凝土等級由C40變化至C25。

本工程根據STTWE程序計算分析，并采用M IDAS/GEN軟件進行設計驗證，

表1為1#樓的計算結果。

表1　1#樓計算結果

從以上結果可知，兩種計算軟件的結果有些不同和差異，但計算結果還是保持一致的，計算模型符合實際工作狀態。

5　超長混凝土結構設計措施

本工程地下室上187m，寬172m，長度和寬度均超過規范允許伸縮縫最大長度限值[4]，為了防止建筑物開裂，保證正常使用，除采用規范要求的構造措施、材料措施及施工措施外，本工程還采用以下處理措施。

5.1設置后澆帶

根據地下室車庫和塔樓的具體布置，在塔樓和車庫之間沿地下室兩個方向每隔30~40m設置1道貫通頂板、樓板、底板和側壁的收縮后澆帶，后澆帶寬1 000mm，收縮后澆帶和沉降后澆帶統一考慮布置，在兩側混凝土施工完成2個月后才能封閉（沉降后澆帶部分按樓層結構主體進度進行封閉）。

5.2設置預應力混凝土

因為地下室首層樓板是溫度最敏感部位，為了解決因溫差引起的混凝土收縮開裂，在首層樓板中沿縱橫兩個方向布置預應力鋼筋，預應力筋采用后張有黏結法，主要是抗裂用以減小溫度應力，保證混凝土在使用階段不開裂。預應力筋采用直線布置，位置在樓板中間，預應力筋采用s12.5mm鋼絞線，板中預應力筋的張拉工作在混凝土達到設計強度的80%后方可進進行。

5.3設置伸縮誘導縫

超長地下室側壁是也是受溫度影響的敏感部位，容易在混凝土薄弱環節出現裂縫，根據以往工程實例，地下室側壁開裂現象比較普遍，裂縫一般沒有規則，開裂部位沒有規律，裂縫不容易控制。為了能讓地下室側壁混凝土溫度應力得到有效釋放，在地下室側壁中間位置設置了2道誘導縫，該誘導縫槽寬1000mm，凸出外邊1000mm，同時,該部位考慮后澆帶的位置，該誘導縫的設置，能讓混凝土有效的變形，減小混凝土溫度應力，即使開裂，也是有規律，和集中在誘導縫處，便于修補和處理，見圖3。

圖3　剪力墻誘導縫示意圖

6　超限對策及加強措施

本工程結構上存在扭轉不規則、凹凸不規則、高度超限等情況，屬B級高度超限高層建筑。針對以上超限，采取了以下加強措施。

1)采用兩個空間結構分析程序SATWE和MADIS/GEN進行計算比較，在地震作用下保證結構整體承載力安全，滿足規范要求。

2)進行彈性時程分析法進行多遇地震下的補充計算選取SATWE軟件自帶的三組實際強震的記錄的天然波，保證時程曲線由較高的保證率。

3)為滿足“小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震性能，進行中震主要構件不屈服補充分析，以及罕遇地震作用下的靜力彈塑性PUSHOVER分析獲取性能點，保證結構安全。

4）計算并調整剪重比，避免長周期結構作用力偏小。

5）對標準層進行中震下彈性樓板應力分析，保證可靠的傳遞水平力和協調變形能力。

6）根據中震的計算結果，在各塔樓底部加強部位剪力墻角部及部分剪力墻肢暗柱內配置型鋼，以提高延性和抗震性能。

7）采用高強度材料：控制軸壓比，剪力墻及框支柱混凝土強度等級采用C55;受力部位鋼筋采用高強度HRB400級鋼筋。

7　結語

各個設計關鍵環節應在結構方案和細化設計上做充分考慮，做到技術先進，經濟合理。地下室超長設計需同時采取多種措施相結合，來解決沉降差和溫度應力等問題。應注重結構概念設計和采取抗震構造措施來解決高層建筑超限問題，在設計文件中進行較為全面的分析和研究，對結構薄弱部位采取針對性加強措施，提高結構整體抗震性能。

【1】GB 50011—2010建筑抗震設計規范[S].

【2】JGJ 3—2010高層建筑混凝土技術規程[S].

【3】徐培富.復雜高層建筑結構設計[M].北京：中國建筑工業出版社，2005.

【4】GB 50010—2010混凝土結構設計規范[S].

A District High-rise Residential Structure Design

ZHUYun-chuan
(ChinaRailwayEngineeringDesin InsthuiteCo.Ltd.,Beijing 100038,China)

W ithhigh-rise residentialstructuredesignofadistrictasanexample,introduced the foundation design,the overall structure calculation analysis,super-long concrete structure design measures,countermeasures and strengthen measures,overrunorofferreferenceforsim ilarengineeringdesign.

tall;structureanalysis;foundation;temperaturestress;overrun

TU241.8

B

1007-9467（2016）11-0019-03

朱運川（1969～）,男，河南民權人，高級工程師，一級注冊結構師，從事結構設計與研究。

2016-05-21