愛琴灣二期五區(qū)2＃商住樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　關(guān)鍵詞：高寬比,位移角,樁基礎(chǔ),經(jīng)濟(jì)性

　　1. 工程概況

　　本工程擬建場(chǎng)地位于中山市西區(qū)廣豐村。概況為地下一層為車庫，地上32層。地下室層高為4.9m，首層架空及部分用作配電房，2層~32層為住宅。首層層高為5.5m，2~32層層高為3.0m。高度為98.500m，建筑面積約10461 m²。本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)周期為50年，安全等級(jí)為二級(jí)，建筑抗震設(shè)防類別為丙類，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)。位移計(jì)算時(shí)采用50年一遇風(fēng)壓0.65kN/ m²，強(qiáng)度計(jì)算時(shí)采用100年一遇風(fēng)壓0.75kN/ m²�？拐鹪O(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g。場(chǎng)地土類別為Ⅲ類。標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面圖如圖一所示。

　　2. 高寬比確定

　　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)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ3-2002第4.2.3條條文解釋“一般場(chǎng)合，可按所考慮方向的最小投影寬度計(jì)算高寬比，但對(duì)凸出建筑物平面很小的局部結(jié)構(gòu)(如樓梯間、電梯間等)，一般不應(yīng)包含在計(jì)算寬度內(nèi)。”根據(jù)規(guī)范提供的方法，本工程高度為98.5m，最小投影寬度為10.2m，高寬比為98.5/10.2=9.6。

　　本工程高寬比超過《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ3-2002第4.2.3條表4.2.3-1抗震設(shè)防烈度為7度時(shí)，A級(jí)高度剪力墻結(jié)構(gòu)高寬比不宜大于6的規(guī)定。因高寬比超過規(guī)范限值，因此，本工程在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取必要的加強(qiáng)措施。

　　3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　3.1結(jié)構(gòu)選型

　　采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震等級(jí)為二級(jí)。

　　3.2 基礎(chǔ)選型

　　本工程采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，管樁外徑為D=500(壁厚125)，單樁豎向承載力特征值為2400KN，以強(qiáng)風(fēng)化或中風(fēng)化巖為持力層。

　　3.3 主要材料

　　混凝土強(qiáng)度等級(jí)。墻、柱：-1~5層為C50，6~10層為C45，11~15層為C40，16~20層為C35，21~25層為C30，26~32層為C25;梁、板：-1~20層為C30，11~天面層為C25。鋼筋采用普通鋼筋HPB235級(jí)、HRB335級(jí)、HRB400級(jí)。

　　3.4剪力墻厚度

　　由于高寬比較大，Y方向較“薄”，造成結(jié)構(gòu)體系對(duì)Y方向風(fēng)荷載敏感，因此需采取加大剪力墻厚度，增強(qiáng)Y方向結(jié)構(gòu)剛度。本工程剪力墻少部分墻厚為250(如電梯筒及樓梯間)，其余大部分均為300厚。

　　4.結(jié)構(gòu)分析計(jì)算

　　主要輸入的計(jì)算參數(shù)：中梁剛度增大系數(shù)1.8，連梁剛度折減系數(shù)0.8，周期折減系數(shù)0.9，考慮雙向地震作用，考慮偶然偏心，計(jì)算振型數(shù)21。采用中國建筑科學(xué)研究院PKPM系列SATWE軟件進(jìn)行計(jì)算分析。

　　4.1結(jié)構(gòu)整體抗傾覆驗(yàn)算結(jié)果

　　從結(jié)果可以看出，由于Y方向較“薄”，造成Y風(fēng)荷載作用時(shí)所產(chǎn)生的傾覆力矩遠(yuǎn)大于X風(fēng)荷載及地震力產(chǎn)生的傾覆力矩，分別為X風(fēng)的2倍、X地震的1.5倍、Y地震的1.6倍。

　　4.2結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定驗(yàn)算結(jié)果

　　X向剛重比 EJd/GH**2= 7.24

　　Y向剛重比 EJd/GH**2= 5.15

　　該結(jié)構(gòu)剛重比EJd/GH**2大于1.4,能夠通過高規(guī)(5.4.4)的整體穩(wěn)定驗(yàn)算

　　該結(jié)構(gòu)剛重比EJd/GH**2大于2.7,可以不考慮重力二階效應(yīng)

　　4.3周期

　　周期、地震力與振型輸出文件

　　(VSS求解器)

　　地震作用最大的方向 = -89.554 (度)。

　　T3/T1=0.68<0.9，滿足規(guī)范要求。

　　4.4剪重比

　　Qx=1.62%，Qy=1.71%。均大于1.6%，滿足規(guī)范要求。

　　4.5有效質(zhì)量系數(shù)

　　X 方向的有效質(zhì)量系數(shù): 99.90%

　　Y 方向的有效質(zhì)量系數(shù): 99.50%

　　均大于90%，滿足規(guī)范要求。

　　4.6考慮偶然偏心最大扭轉(zhuǎn)位移比

　　X方向1.27，Y方向1.19。

　　按廣東省《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ—2002)補(bǔ)充規(guī)定DBJ/T15-46-2005表3.3.1-2，屬Ⅰ類不規(guī)則。

　　4.7最大層間位移角

　　地震力作用：X方向?yàn)?1/1830，Y方向?yàn)?/1405。

　　風(fēng)荷載作用：X方向?yàn)?1/2310，Y方向?yàn)?/851(有害位移所占比例為0.2%)。

　　根據(jù)廣東省《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ—2002)補(bǔ)充規(guī)定DBJ/T15-46-2005第3.5條“對(duì)于高度小于150m的剪力墻、筒中筒結(jié)構(gòu)等彎曲型結(jié)構(gòu)，當(dāng)彎曲變形的影響明顯，某層層間有害位移角小于層間位移值的50%，該層層間位移角限值可放寬至1/800。”本工程Y方向風(fēng)荷載控制時(shí)的位移角1/851<1/800，滿足規(guī)范要求。

　　4.8樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

　　本工程采用PKPM系列JCCAD程序進(jìn)行布樁、樁反力計(jì)算及承臺(tái)配筋。由于Y向風(fēng)荷載產(chǎn)生較大的傾覆力矩，最大樁反力為Y向風(fēng)荷載控制，且最終的配樁數(shù)量要多于根據(jù)D+L結(jié)果估算的配樁數(shù)量。下面以2-5軸2-C軸基礎(chǔ)J11-500為例進(jìn)行分析。

　　該墻、柱D+L作用下的底部內(nèi)力為19843KN。若配單樁承載力特征值為2400KN的D=500管樁，只需配9條樁。但實(shí)際上根據(jù)最大樁反力調(diào)整后的樁數(shù)為11條樁，配樁形式詳圖二。這是由于Y風(fēng)控制時(shí)，結(jié)構(gòu)在Y向兩側(cè)產(chǎn)生很大的傾覆彎矩造成的。從圖三可以看出，即使在外側(cè)配置了3條樁，依然有很大的樁反力，最大為2740。結(jié)果中的(14)表示第14種荷載組合。經(jīng)查，第(14)組合為：SATWE標(biāo)準(zhǔn) 恒-風(fēng)y+活，即Y向風(fēng)荷載起主要控制。圖四為D+L組合反力，其外側(cè)三條樁最大反力僅為1977，遠(yuǎn)小于圖三中外側(cè)最大的2740。

　　其余基礎(chǔ)，均用JCCAD程序進(jìn)行布樁，并根據(jù)該程序計(jì)算出的最大樁反力進(jìn)行調(diào)整。最大的樁反力小于或等于1.2*2400=2800KN。

　　4.高寬比超限結(jié)構(gòu)的技術(shù)指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)性比對(duì)

　　下面以本工程與相鄰棟1#樓(與本工程層數(shù)、高度、荷載、構(gòu)造措施均相同)在技術(shù)指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)性做比對(duì)。

　　注：布樁系數(shù)=(總樁數(shù)*單樁承載力特征值/結(jié)構(gòu)總重量)。

　　由上表可以看出，相比于相鄰棟，本工程增加的工程造價(jià)主要有：

　　1.標(biāo)準(zhǔn)層墻柱面積百分比增加了35%，將會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)墻柱配筋量的增加。根據(jù)業(yè)主提供的資料，墻柱的含鋼量增加了約9Kg/m2。

　　2.布樁系數(shù)增加了23%，表示樁基礎(chǔ)的成本也相應(yīng)增加了23%。

　　5. 結(jié)束語

　　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。從本工程設(shè)計(jì)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來看,高寬比超限結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可結(jié)合層間位移角、剪重比等計(jì)算指標(biāo)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行較精確的綜合分析和控制。建議具體可以采取以下措施:

　　( 1)嚴(yán)格控制層間位移角,并與規(guī)范最低要求相比。

　　( 2)進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體抗傾覆及穩(wěn)定驗(yàn)算,控制基礎(chǔ)邊緣不出現(xiàn)負(fù)應(yīng)力。

　　( 3)按各種標(biāo)準(zhǔn)組合工況對(duì)基礎(chǔ)樁反力進(jìn)行驗(yàn)算，使最大樁反力滿足規(guī)范要求。

　　( 4)適當(dāng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)構(gòu)件剛度,確保結(jié)構(gòu)的剪重比指標(biāo)。

　　( 5)對(duì)剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)、外邊緣柱等軸壓比進(jìn)行控制,并有一定余量。

　　通過與本區(qū)相鄰棟的各指標(biāo)對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)，高寬比超限結(jié)構(gòu)無論是在墻柱含鋼量還是基礎(chǔ)造價(jià)上都有很大的增加，造成比較大的浪費(fèi)。因此，建議在方案設(shè)計(jì)階段，應(yīng)同業(yè)主和相關(guān)專業(yè)溝通，盡量避免出現(xiàn)高寬比超限結(jié)構(gòu)。