河北某項目結構設計要點分析與實踐

康潔

上海杰筑建筑規劃設計股份有限公司 上海 200000

剪力墻具有良好的抗震性能，能有效實現高層剪力墻結構的整體穩定性以及安全性。隨著國民經濟的飛速發展，人們對居住環境的品質要求也在快速提升，就要求結構設計師，針對不同的家庭結構，人員組成，為居家提供靈活的空間布置體系，靈活分割空間，滿足不用人群在不同情境下的需求，打造健康宅的空間理念。

1 工程概況

本項目位于河北廊坊，主要由高層住宅樓、商業配套設施、幼兒園及純地下車庫組成，其中住宅樓地上18層，地下1層，商業配套設施地上1層，地下1層，幼兒園地上1~3層，無地下室，住宅樓周邊設置有地下1層純地下車庫。 根據勘察報告，本項目2層土為輕微液化土。

2 建筑結構體系分析

住宅常用的結構體系有異形柱結構，剪力墻結構、框架-剪力墻結構以及框架少墻結構。該項目為18層住宅，采用剪力墻結構，方案階段，要求建筑體型盡量簡單，剪力墻的布置盡量平面簡單、規則，豎向均勻對稱，結構的豎向和水平布置應有合理的剛度和承載能力；使兩個主軸方向具有相似的動力特性，應具有多道防線[1]。 該項目的配圖幼兒園部分采用的是框架結構。

3 設計要點分析

3.1 地基處理及基礎分析

3.1.1 幼兒園

根據《建筑工程抗震設防分類標準》規定：本項目10#幼兒園應為重點設防類（乙類）建筑。地勘報告提出， 2層土為輕微液化土。根據《建筑抗震設計規范》4.3.6條4.3.7條4.3.8條，乙類建筑應采取抗液化措施：部分消除液化沉陷，或對基礎和上部結構處理。應甲方要求在控制經濟指標的前提下分析了兩種基礎形式，加密法---振沖碎石樁地基處理+獨立基礎。振沖碎石樁，是散體材料樁，能起到擠密，置換等作用。碎石樁和樁間土組成復合地基，提高地基承載能力，減小變形量，并且可以有效消除液化。地基處理范圍應根據建筑物的重要性和場地條件確定，宜在基礎外緣擴大（1～3）排樁。對可液化地基，在基礎外緣擴大寬度不應小于基底下可液化土層厚度的1/2，且不應小于5m[2]。該項目根據液化土層，采用樁徑800mm，樁長7m,樁間距1.6m，正方形布樁，處理后未經深度修正的地基承載力特征值不小于140Kpa，樁頂和基礎之間鋪設300mm厚度的墊層，墊層材料為碎石，基礎頂標高為-1.700m。基礎布置圖如下：

圖1 地基處理基礎布置圖

基礎形式（二）：樁基---鉆孔灌注樁+承臺，樁徑600mm，樁長20m。承臺埋深較淺，不計液化土范圍內樁周土的側阻，基礎頂標高為-1.000m，基礎布置圖如下：

圖2 鉆孔灌注樁基礎布置圖

基礎的綜合造價還應考慮挖方、填方以及地基處理時設置的褥墊層的影響，對比結果如下表，最終采用鉆孔灌注樁。

表1 材料統計表

由此得出處理重點設防類建筑的液化土，影響工程造價的主要因素不但有鋼筋、混凝土和樁，還有褥墊層，地基處理范圍，挖方，填方等。

表2 成本對比表

3.1.2 其他剪力墻住宅

為標準設防類建筑，根據《抗規》4.3.6，采取措施部分消除液化沉陷措施，采用CFG樁進行地基處理，分別試算了400mm直徑19m樁長；400mm直徑21m樁長；400mm直徑23m樁長；500mm直徑23m樁長，均采用正方形布樁，使得處理后的地基土承載力滿足天然地基的要求，塔樓采用天然筏板基礎。

由表格知：500樁徑最不經濟，以下僅對400樁徑不同樁長進行對比。

表3 樁基承載力統計表

表4 復合地基承載力統計表

表5 成本對比表（CFG樁單價按130元/米）

由此得出CFG樁地基處理與樁間距，樁徑，樁長等有密切關系。

3.2 剪力墻結構布置

想要打造有特色的高舒適度的健康宅，需充分考慮建筑、機電、室內等專業的需求，達到室內空間靈活布置的結果，可以實現多種的組合形式。

經過大量試算，最終設計采用分層法，在剪力墻結構住宅體系內，按照一定層次采取由外入里，由整體到局部的剪力墻布置方法，形成合理結構體系的同時，為戶型的靈活空間創造提供好的結構基礎，分五個層次，剪力墻優先級為：1.外墻，外墻是建筑固定輪廓，也是建筑結構墻體最優先布置的位置。沿結構外輪廓布置剪力墻，結構效率最高，對建筑內部影響最小，也正好與結構的至理名言金角銀邊相呼應。2.樓梯電梯間墻體，電梯井、樓梯間是建筑布局中薄弱部位，平面位置相對固定，布置剪力墻可以充分利用剪力墻寬度較小的特性。同時設計時需考慮結構“虛剛”。對建筑平面影響較小。3.分戶墻體，分戶墻是住宅中戶間的分割墻體，后期拆改可能性較低，且有掛壁設備的需要。通常設置承重剪力墻。對建筑內平面布置影響中等。4.衛生間廚房墻體，衛生間、廚房由于上下水貫通的需要，位置相對固定。在此處布置剪力墻對建筑內平面布置影響適中。5.主次臥墻體，如仍不能滿足計算需求，則考慮在主次臥墻體設置剪力墻，對于精裝修交付房，可征求精裝設計意見，同時盡量讓該處剪力墻長度縮短。前三部分墻體構件抗側力體系，剪力抗震設計初步骨架，后面部分剪力墻完善結構抗側力體系，構建樓層面受力體系，合理布置戶內剪力墻，最終打造高舒適度的健康宅結構平面布置體系。

3.3 剪力墻抗震設計

舒適性當然要以結構的安全性為前提，結構的安全性要靠剪力墻的抗震性能來保證，《建筑抗震設計規范》明確規定抗震性能目標：小震不壞，中震可修，大震不倒[3]。剪力墻結構抗震設計時模型計算的主要指標有位移角、位移比、周期比、剪重比、剛重比等。

3.3.1 位移角

位移角是高層建筑必須要滿足的一項指標，采用不考慮偶然偏心的樓層位移。影響層間位移角△u/h的因素有很多，如房屋的平面布置，立面體型等，△u是以樓層抗側力構件最大的水平位移差來計算的，故合理布置結構豎向構件，加強角部及周邊剪力墻布置，能有效控制位移角。

3.3.2 位移比

位移比又叫扭轉位移比，也是一個非常重要的指標，計算時需要考慮偶然偏心，在規定水平力作用下，采用樓層豎向構件最大的水平位移（或層間位移）與樓層平均位移的比值。該比值過大時，可以采用加強角部剪力及周邊剪力墻布置，加大邊梁高度等措施，能有效控制位移比。

3.3.3 周期比

周期比Tt/T1顧名思義是結構的扭平比，第一扭轉周期與第一平動周期的比值。對結構扭轉周期比的限制就是對結構整體抗扭剛度的限制。周期比計算時，不必附加偶然偏心。對于周期比不滿足規范要求時，可通過加強結構外圍剪力墻布置、加大邊梁高度來提高結構抗扭剛度，或者減弱結構中部剪力墻的剛度。

3.3.4 剪重比

剪重比是規范中的強制條文，即任何結構體系都應滿足，結構底部總水平地震剪力及各樓層水平地震剪力均需滿足規范規定的最小值，當不滿足時，需要進行適當調整，或者改變結構布置使之滿足要求。也要控制調整幅度，增大系數過大或者不滿足的樓層過多，說明結構側向剛度過小，要對結構體系進行調整，對結構截面進行調整，提高整體剛度。特別注意，當底部總剪力不滿足要求時，結構各樓層均需調整，不能只調整底部一層。只有滿足了最小剪重比，才能進行后續的構件內力調整以及位移調整，傾覆力矩調整等。

3.3.5 剛重比

《高層建筑混凝土結構設計技術規程》指出的是對結構中立二階效應的上限要求（即對重力二階效應可忽略不計時的剛重比要求）。采用剛重比對結構的穩定性進行簡單判斷，當結構的剛重比不滿足要求時，應對結構進行較為細致的結構穩定分析，驗算結構的抗傾覆穩定性[4]。房屋高寬比較大的高層建筑應特別注意驗算。

4 結語

本文基于地基液化土的處理問題，剪力墻合理布置及抗震的問題，展開分析，最終經過大量的模型計算對比，證明了只有合理布置剪力墻，才能最大限度的滿足人們對舒適度的要求。綜上所述，本項目取得了較好的實踐結果，同時也還有很大的進步空間，可以為類似項目提供一定參考。