簡介： 本文詳細(xì)介紹了大河莊苑大型社區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計計算的全過程，針對大型社區(qū)建筑多樣性，結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，結(jié)構(gòu)工程師如何利用概念設(shè)計選則即安全可靠又經(jīng)濟實用的結(jié)構(gòu)體系，同時就一些特殊問題的特殊處理進行了探討。

關(guān)鍵字：大型社區(qū) 結(jié)構(gòu)體系 安全經(jīng)濟 構(gòu)造措施

1．概況

　　中關(guān)村大河莊苑項目是中關(guān)村西區(qū)唯一的集中高檔住宅、公寓、寫字樓及商業(yè)設(shè)施服務(wù)于一體的大型建筑群體，工程位于蘇州街以西、大河莊南路以北，場地占地面積52000M²，建筑總面積250000M²，本設(shè)計包括：1#板樓--多層住宅、2～5#板式小高層住宅、6～8#高層塔樓住宅、幼兒園、地下鍋爐房、大型地下車庫及辦公樓組成。
　　其中：1#樓平面尺寸為71.64mx25.12m,3、4層；2#樓平面尺寸為86.3mx17.7m,10、11層；3#樓平面尺寸為106.6mx16.67m,10、11層；4#樓平面尺寸為70.60mx15.20m,10層；5#樓平面為“L”型，一層為商業(yè)用房，地下一層為商業(yè)會所，二層以上為住宅，平面尺寸為68.7mx23.5m+39.8x15m,10、16、18層；6～8#樓平面尺寸為38mx34m塔樓，16層；幼兒園平面尺寸為40.3mx17.38m，二層；鍋爐房平面尺寸為22.4mx18m,一層；1#樓與2#樓之間設(shè)兩層地下車庫；3#樓與4#、5#樓之間設(shè)有兩層地下車庫。辦公樓。地下三層，平面尺寸為124.40mx54.90m，地下二、三為汽車庫，地下一為商業(yè)用房；地上16層，平面尺寸為84.00mx33.60m，地上一、二為商業(yè)用房、其它為辦公用房。

2． 設(shè)計依據(jù)

1）.基本風(fēng)壓 ，0.45KN/m2(按50年一遇的風(fēng)壓采用)
2）.基本雪壓， 0.40KN/m2(按50年一遇的雪壓采用)
3）.土壤凍結(jié)深度               80cm
4）.地震設(shè)防烈度    8度(設(shè)計基本地面加速度為0.20g,設(shè)計地震分組為第一組)
5）．工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件
　　根據(jù)（建設(shè)綜合勘察研究設(shè)計院）2002年7月所作中關(guān)村大河莊苑《巖土工程勘察報告》

3. 結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

建筑安全等級為                                 二級
建筑抗震設(shè)防類別為                             丙類
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計基準(zhǔn)期為                           50年
建筑抗震等級：  
剪力墻結(jié)構(gòu)：                             二級
短肢剪力墻結(jié)構(gòu) ：                          一級
5#樓框架-剪力墻結(jié)構(gòu)：    剪力墻為一級；   框架為二級
辦公樓抗震等級：       剪力墻一級        框架一級

圖一：總平面布置圖

4. 結(jié)構(gòu)設(shè)計

1）地下結(jié)構(gòu)

　　1#樓與2#樓；3#樓與4#、5#樓之間的地下車庫為二層,柱網(wǎng)為8.2mx7.2m,層高為3.3m+3.3m,其中地下二為六級人防，地下一為車庫， 頂板上覆土分別為3m、2m,底板考慮受力及防水要求采用筏板基礎(chǔ)，筏板厚為600mm,柱沖切不夠時，利用建筑地面厚度向上做柱帽。車庫頂板經(jīng)過方案比較認(rèn)為采用井字梁較為合理，主梁斷面500x700;次梁斷面400mmx500mm;頂板厚：地下二頂板厚為250mm;地下一層因上部有2m、3m的覆土及防水要求板厚取250mm;車庫柱為600mmx600mm；外墻厚為350mm,內(nèi)承重墻厚為200mm,人防臨空墻厚為300mm。
　　2#、3#樓地下為一層地下室，基礎(chǔ)采用筏板，筏板厚為600mm,頂板采用梁板結(jié)構(gòu)板厚為180mm。外墻厚為300mm,內(nèi)承重墻厚為200mm。
　　4#、5#樓地下為二層地下室，基礎(chǔ)采用筏板，筏板厚為600 mm，地下二頂板考慮人防板厚取為250mm，地下一頂板板厚為180mm，均采用梁板結(jié)構(gòu)，外墻厚為350mm,內(nèi)承重墻厚為200mm,人防臨空墻厚300mm。
　　6#～8#樓地下為二層地下室，基礎(chǔ)采用750mm厚的筏板，外墻厚為350mm,內(nèi)承重墻厚為200mm,人防臨空墻厚300mm,地下二頂板考慮人防板厚取為250mm，地下一頂板板厚為180mm，均采用梁板結(jié)構(gòu)。
　　幼兒園基礎(chǔ)采用柱下獨立基礎(chǔ)。
　　地下鍋爐房由于防水要求采用筏板基礎(chǔ)。
　　辦公樓地下為三層,柱網(wǎng)為8.4mx8.4m,層高為3.4m+3.4m+5.1m,底板考慮受力及防水要求采用板式筏板基礎(chǔ)，筏板厚為1200mm,柱沖切不夠時，利用建筑地面厚度向上做柱帽。地下樓板經(jīng)過方案比較認(rèn)為采用井字梁較為合理，主梁斷面400x600;次梁斷面300mmx500mm;板厚：地下二、三頂板厚為150mm;地下一層頂板厚取200mm;地下柱：上部有主體結(jié)構(gòu)部分柱為：1100mmx1100mm；僅有地下部分的柱為：800mmx800mm,外墻厚為350mm,中心樓電梯間筒體墻厚為400mm。地下結(jié)構(gòu)采用C40混凝土，底板及外墻均采用防水混凝土，抗?jié)B等級要求2.0Mpa。

2）上部結(jié)構(gòu)選型：

　　本工程建筑形式多樣，結(jié)構(gòu)根據(jù)不同的建筑使用功能要求及抗震設(shè)計的要求，分別采用不同的結(jié)構(gòu)形式，力爭做到既安全又經(jīng)濟的目的，現(xiàn)分別簡述如下：
（1）1#樓平面尺寸為71.64mx25.12m,3、4層，1#樓座落在地下車庫上，采用砌體結(jié)構(gòu)較為合理，采用KP1粘土空心磚，這樣一來地下車庫采用大柱網(wǎng)就更加靈活一些，另外在上部結(jié)構(gòu)設(shè)一道溫度變形縫，解決溫度變形問題。
（2）2#樓平面尺寸為86.3mx17.7m,10、11層高，采用鋼筋混凝土短肢剪力墻—內(nèi)核心筒體結(jié)構(gòu)較為合理，剪力墻厚均為200mm，混凝土用C30，由于平面尺寸過長，在不影響建筑配置的情況下，設(shè)一道溫度縫，解決溫度變形及混凝土收縮問題。
（3）3#樓平面尺寸為106.6mx16.67m,10、11層高，采用鋼筋混凝土短肢剪力墻—內(nèi)核心筒體結(jié)構(gòu)較為合理，剪力墻厚均為200mm，混凝土用C30，由于平面尺寸過長，在不影響建筑配置的情況下，設(shè)一道溫度縫，解決溫度變形及混凝土收縮問題。
（4）4#樓平面尺寸為70.60mx15.20m,10層，采用鋼筋混凝土短肢剪力墻—內(nèi)核心筒體結(jié)構(gòu)較為合理，剪力墻厚均為200mm，混凝土用C30，由于平面尺不太長，再考慮建筑配置，設(shè)縫較為困難，因此結(jié)構(gòu)不設(shè)縫，但要采取構(gòu)造措施和施工措施減少溫度和混凝土收縮對結(jié)構(gòu)的影響，詳見新技術(shù)采用部分。
（5）5#樓平面為“L”型，平面尺寸為68.7mx23.5m+39.8x15m,10、16、18層；一層為商業(yè)用房，地下一層為商業(yè)會所，二層以上為住宅，由于平面布置屬嚴(yán)重不規(guī)則，對抗震及為不利，所以在“L”型轉(zhuǎn)角處設(shè)抗震縫一道，將其分成平面規(guī)則的兩個獨立單元，A段、B段，另外根據(jù)建筑配置要求，B段采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)；A段采用剪力墻結(jié)構(gòu)。
（6）6#～8#樓平面尺寸為38mx34m高層塔樓住宅，地下2層，其中地下二層為五級人防，地下一層為車庫，地上16層為住宅，采用剪力墻結(jié)構(gòu)較為合理。
（7）幼兒園由于開間較大6.9mx7.2m，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。
（8）地下鍋爐房采用框架結(jié)構(gòu)，頂板采用現(xiàn)澆鋼筋梁板結(jié)構(gòu)。
（9）辦公樓地上部結(jié)構(gòu)平面尺寸為84.00mx33.60m,16層，地面上總高為60m,柱網(wǎng)為8.4mX8.4m,采用鋼筋混凝框架剪力墻結(jié)構(gòu)較為合理，地上一~五層：框架柱為1000mx1000m,剪力墻厚為400mm,地上一框架梁為400X600mm;地上二~五框架梁400x500mm,地上六~十層：框架柱為800mx800m,剪力墻厚為350mm, 框架梁為400X500mm；地上十~十六層：框架柱為600mx600m,剪力墻厚為300mm, 框架梁為400X500mm。地上一~六層混凝土采用C40；地上七~十一層混凝土采用C35；其它層混凝土采用C30。地上各層樓板均采用8.4mX8.4m（BDF高強薄壁管）現(xiàn)澆鋼筋混凝土空心樓蓋,空心板厚為250mm,由于平面尺較長，再考慮建筑配置，設(shè)縫較為困難，因此結(jié)構(gòu)不設(shè)縫，但要采取構(gòu)造措施和施工措施減少溫度和混凝土收縮對結(jié)構(gòu)的影響，

5.結(jié)構(gòu)計算

　　本工程中的剪力墻、短肢剪力墻-內(nèi)核心筒、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，選用中國建筑科學(xué)研究院編制的《高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析軟件》（墻元模型）SATWE(2002年1月)進行計算；對于砌體結(jié)構(gòu)選用中國建筑科學(xué)研究院編制的《PKPM系列軟件》進行計算，基礎(chǔ)選用中國建筑科學(xué)研究院編制《JCCAD》基礎(chǔ)計算軟件進行計算，對于筏基分別采用倒樓蓋和彈性地基進行計算；對于地下人防選用建設(shè)部建筑設(shè)計院城市地下建筑設(shè)計所北京理正軟件設(shè)計研究所編制的《人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件》（RFSJ V1.0）進行計算。
　　另外對于復(fù)雜的大跨度異型板分別采用SATWE復(fù)雜樓板有限元分析與設(shè)計(slabCAD)軟件及STAAD/Pro(結(jié)構(gòu)設(shè)計分析軟件) 對其進行復(fù)雜樓板有限元分析。
　　現(xiàn)將主要結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果匯總?cè)缦卤恚?/p>

　　由以上計算結(jié)果來分析，結(jié)構(gòu)的剛度合理，其它均符合現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范的要求，說明所選結(jié)構(gòu)體系及配置是合理。

6.建筑新技術(shù)、新材料采用

1）結(jié)構(gòu)選型上：對板式小高層結(jié)構(gòu)采用了近年興起的短肢剪力墻—核心筒結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)，有利于住宅建筑布置，抗震墻的數(shù)量可多可少，抗震墻肢可長可短，主要視抗側(cè)力的需要而定，還可通過不同尺寸和布置以調(diào)整剛度與剛度中心位置，由于減少了剪力墻數(shù)量，而代之以輕質(zhì)填充墻，不僅可進一步減輕結(jié)構(gòu)自重，同時也可適當(dāng)降低結(jié)構(gòu)剛度，使地震作用減小，這不僅對基礎(chǔ)設(shè)計有利，而且對結(jié)構(gòu)抗震更為有利，同時也可降低工程造價，還可加快施工進度。
2）超長鋼筋混凝土不設(shè)永久縫的構(gòu)造措施和施工措施
　　為了今后業(yè)主使用方便，結(jié)合建筑配置要求：地下結(jié)構(gòu)（車庫）以及4#樓及辦公樓均不設(shè)永久伸縮縫，但采取以下構(gòu)造措施和施工措施來減少溫度和混凝土收縮對結(jié)構(gòu)的影響；
>a.對頂層、底層、山墻和縱墻端開間等溫度變化影響較大的部位提高配筋率；
b. 頂層加強保溫隔熱措施；
c. 每隔30m～40m間距留出施工后澆帶，帶寬為800mm～1000mm，鋼筋采用搭接接頭，后澆帶混凝土宜在兩個月后澆灌；
d. 采用收縮小的水泥、減少水泥用量、在混凝土中加入適量的外加劑；
e. 提高每層樓板的構(gòu)造配筋率；
f. 對辦公樓采用部分預(yù)應(yīng)力筋；
3 ）建設(shè)部1998年發(fā)布了今后建筑業(yè)十項新技術(shù)：本工程能夠采用的有：
a. 深基坑支護技術(shù)；b.高效鋼筋即冷軋帶肋鋼筋；c.粗鋼筋機械連接技術(shù)；d.新型模板和腳手架應(yīng)用；e.新型建筑防水及塑料管應(yīng)用；f.企業(yè)的計算機應(yīng)用及管理技術(shù)應(yīng)用；

7． 特殊要求的結(jié)構(gòu)處理

1）本工程有五、六級人防設(shè)計，設(shè)計依據(jù)《人民防空地下室設(shè)計規(guī)范》（GB50038-94）進行設(shè)計，其結(jié)構(gòu)均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其中1#樓與2#樓；3#樓與4#、5#樓之間的地下車庫，地下二層為六級人防,底板考慮受力及防水要求采用筏板基礎(chǔ)，筏板厚為600mm,柱沖切不夠時，利用建筑地面厚度向上做柱帽。人防頂板厚為250mm;中間柱為600mmx600mm；外墻厚為350mm,人防臨空墻厚為300mm；6#～8#樓地下二層為五級人防，底板考慮受力及防水要求采用筏板基礎(chǔ)，  基礎(chǔ)厚750mm，外墻厚為350mm,內(nèi)承重墻厚為200mm,人防臨空墻厚300mm,地下二層頂板考慮人防板厚取為250mm，采用梁板結(jié)構(gòu)。
　　對于地下人防選用建設(shè)部建筑設(shè)計院城市地下建筑設(shè)計所北京理正軟件設(shè)計研究所編制的《人防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件》（RFSJ V1.0）進行計算。
2）按《地下工程防水技術(shù)規(guī)范 》 （ GB50108-2001）要求本工程地下防水等級為二級，設(shè)防要求必須為兩道，其中有一道為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自防水；第二道為建筑柔性防水;
3）為解決地下結(jié)構(gòu)防水要求及大體積混凝土收縮問題，在地下結(jié)構(gòu)混凝土中參入一定量的外加劑，以提高混凝土的密實度和在混凝土中建立自應(yīng)力（壓力），以抵抗水泥水化熱及其他因素引起的收縮拉力;另外在基礎(chǔ)長度每隔30～40m留一道貫通頂板、底板及墻板的施工后澆帶，帶寬不小于800mm，后澆帶處底板及外墻處采用附加防水層，后澆帶混凝土在其兩側(cè)混凝土澆灌完畢兩個月后再用高一強度等級的混凝土澆灌;
4）高層建筑與地下車庫之間不設(shè)永久縫，采取以下技術(shù)措施以減少高層與地下車庫間沉降差：
a.適當(dāng)擴大高層基礎(chǔ)底面積，以減少基底單位面積上的壓力；盡可能減少車庫基底面積，以加大基底單位面積上的壓力；
b.在高層與車庫間設(shè)置后澆帶，后澆帶宜設(shè)在車庫一側(cè)，后澆帶的澆灌時間宜在高層主體結(jié)構(gòu)完工以后;
c 結(jié)構(gòu)設(shè)計驗算高層與地下車庫間沉降差，并考慮兩者的沉降差對結(jié)構(gòu)的不利影響，如加強連接處梁板的配筋等；
5）關(guān)于鋼筋混凝土大跨度板裂縫的預(yù)防措施
　　根據(jù)以往大跨度板易出現(xiàn)角部裂縫的問題，本設(shè)計采取以下措施來預(yù)防出現(xiàn)裂縫：
a 在大板四角上部的1/4L(L為雙向板短邊尺寸)范圍內(nèi)，配置附加鋼筋網(wǎng) 6@150
b.對于特大跨板，跨中板頂宜配支座一半的拉通筋;
c.由于大板的陰角部位應(yīng)力集中，因此兩個方向的負(fù)筋不宜小于同一方向的2倍。
e.在埋設(shè)PVC管的板中，沿管線上方宜配一層6@300 L=300mm的鋼筋。
6）關(guān)于短肢剪力墻與輕質(zhì)填充之間裂縫的預(yù)防措施:
　　由于鋼筋混凝土短肢墻與輕質(zhì)填充墻的變形模量不同，有時會在二者交界處產(chǎn)生微裂縫，可采取以下措施預(yù)防：
a .加強填充墻與短肢剪力墻間的連接；
b.在二者交界處附粘一層玻璃絲布或鋼絲網(wǎng)，使應(yīng)力平緩過渡;

8． 對施工一些要求

1）沉降觀測要求
　　本次設(shè)計的2#～8#樓均需做建筑沉降觀測，具體要求如下：
a. 建筑沉降觀測必須設(shè)置永久性的水準(zhǔn)點，其數(shù)量每棟不少于2個，應(yīng)設(shè)置在不受地基變形和環(huán)境變化影響的位置，必須保證觀測期間標(biāo)高不發(fā)生變動。
b.觀測中誤差應(yīng)小于0.5mm。
c.沉降觀測可用精密水準(zhǔn)或靜力水準(zhǔn)的方法進行，觀測的儀器、方法、次數(shù)、限差等，應(yīng)符合現(xiàn)行《建筑變形觀測規(guī)程》的要求。
d.沉降觀測應(yīng)從完成基礎(chǔ)底板施工時開始，一般至基本穩(wěn)定（1mm/100d）終止。
2）深基礎(chǔ)開挖監(jiān)測要求
　　深基礎(chǔ)開挖監(jiān)測包擴下列內(nèi)容，可根據(jù)實際需要選定：
a. 監(jiān)測基坑內(nèi)及其鄰近地段的地下水情況，是否有管道滲漏、冒水等現(xiàn)象；
b. 監(jiān)測基坑坑底隆起，基坑邊坡的垂直與水平位移；
c. 監(jiān)測基坑鄰近建筑物、道路、管線等設(shè)施的沉降、裂縫、水平位移；
d. 監(jiān)測土壓力及支護系統(tǒng)的應(yīng)力與變形；
e. 深基礎(chǔ)開挖監(jiān)測應(yīng)從開挖前的初始情況開始，直至地下結(jié)構(gòu)施工完成坑壁回填土后終止；
f. 基準(zhǔn)點的設(shè)置、監(jiān)測儀器、方法、限差等，應(yīng)否合有關(guān)測量規(guī)程的要求，基坑邊坡水平位移測量中誤差，對無支撐基坑不應(yīng)大于5mm；對于有支撐基坑不應(yīng)大于2mm。
3）地下水位的監(jiān)測要求
下列情況應(yīng)進行地下水位監(jiān)測：
a. 水位升降可能影響巖土工程性質(zhì)或巖土穩(wěn)定時；
b. 水位升降對建筑物可能產(chǎn)生浮托或?qū)Φ叵陆Y(jié)構(gòu)的防水防潮有較大影響時；
c. 施工排水對鄰近工程有較大影響時；
d. 水位監(jiān)測的布置應(yīng)根據(jù)地質(zhì)，水文地質(zhì)條件和工程需要進行，觀測孔數(shù)量，每個場地不少于3個，間距不大于30m，監(jiān)測孔深度不小于最大可能降深以下1.0m;
e.水位監(jiān)測時間應(yīng)滿足下列要求：
（1）系統(tǒng)動態(tài)觀測的時間不應(yīng)少于1個水文年，每周觀測1次，雨季應(yīng)加密；
（2）為工程需要進行的水位監(jiān)測，其開始時間、終止條件、觀測周期等，應(yīng)根據(jù)工程需要確定；
（3）觀測數(shù)據(jù)應(yīng)逐次整理，繪成圖表，并及時分析原因，提出處理意見。

8.結(jié)語

   本工程建筑形式多樣，考慮業(yè)主今后使用方便，地下結(jié)構(gòu)不設(shè)永久縫，僅在施工階段留后澆帶，并通過計算沉降來調(diào)整各建筑間沉降差;地上結(jié)構(gòu)根據(jù)不同的建筑要求，分別采用了：砌體結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土短肢剪力墻、剪力墻、框架剪力墻結(jié)構(gòu).這就要求結(jié)構(gòu)工程師通過概念設(shè)計合理的選則各建筑物的結(jié)構(gòu)體系，同時充分利用概念設(shè)計處理一些特殊問題，力爭做到即安全又經(jīng)濟的設(shè)計理念。通過本工程的設(shè)計，作者將概念設(shè)計始終貫穿到設(shè)計的各個階段。本工程經(jīng)北京市建筑設(shè)計研究總院審圖中心專家們的嚴(yán)格審查，肯定了我們在結(jié)構(gòu)選型、抗震設(shè)計參數(shù)、抗震等級、分析計算及有關(guān)特殊問題的構(gòu)造處理措施，目前本工程施工已基本完成，得到業(yè)主好評。

參考文獻

1. 建筑抗震設(shè)計規(guī)范  （GB50011-2001）

2. 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3-2002）

3. 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 （GB50010-2002）

4. 高層結(jié)構(gòu)設(shè)計  趙西安編著 中國建筑科學(xué)研究院出版1995年3月