高層結(jié)構(gòu)設(shè)計實例探析

樊春錦

摘 要：在某高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為了避免出現(xiàn)復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系，將設(shè)計中常采用的大底盤框支轉(zhuǎn)換多塔樓復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)改變?yōu)闊o轉(zhuǎn)換層、非大底盤的獨立剪力墻+多層裙房純框架結(jié)構(gòu)。本工程中存在高寬比超限的問題，對此采用了加強措施。本文詳細(xì)闡述了設(shè)計的全過程。

關(guān)鍵詞：高層結(jié)構(gòu)；房屋高寬比；地基與基礎(chǔ)

1 工程概況

本工程位于某市兩條交通要道的交叉口處，工程占地面積為1.65萬m2，建筑總面積為6.25萬m2。該地上總共布置有三棟高檔商住樓：地上26層，地下2層，房屋主體高度為87.4m，計算寬度為14.3m。三棟商住樓中由兩棟塔樓是通過商業(yè)裙房連接的，商業(yè)裙房的總共有6層。三棟商業(yè)主塔樓之間通過大底盤車庫相連。結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50年，安全等級為二級。

本工程抗震設(shè)防烈度為7度，其地震加速度為0.1g，設(shè)計地震分組為第一組，抗震設(shè)防類別為丙類。基本風(fēng)壓0.50kN/m2，地面粗糙度為C類。本工程地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級。

2 地上結(jié)構(gòu)方案的選型

2.1 對轉(zhuǎn)換和大底盤的考慮

根據(jù)有關(guān)的論文可知，對于大底盤底商上宅的多塔綜合樓而言，下部商場應(yīng)采用大空間的形式，而裙房部分通常層數(shù)較少，一般采用純框架的結(jié)構(gòu)形式。主樓上部的結(jié)構(gòu)形式為剪力墻住宅，針對這種形式，應(yīng)在第6層設(shè)框支-剪力墻轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，這樣才能符合建筑的規(guī)范要求。本工程所處地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，轉(zhuǎn)換位置在第6層，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2010規(guī)定，本工程為高位轉(zhuǎn)換，屬于超限復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)，這個給設(shè)計和施工帶來了一定的難度，同時增加了工程造價，應(yīng)通過抗震專項審查，設(shè)計周期也相應(yīng)的延長。

為了避免出現(xiàn)上述的這些問題，在設(shè)計時，本工程通過相關(guān)單位的協(xié)商，決定對上部住宅的戶型進(jìn)行一些調(diào)整，盡量使用大開間剪力墻，戶內(nèi)用隔墻進(jìn)行分隔。根據(jù)底部商業(yè)需要，部分剪力墻上開大洞，為保證豎向剛度不突變，該洞在上部住宅也連續(xù)設(shè)置。在主樓區(qū)進(jìn)行布置時，其上盡量布置小商鋪、管理用房等。

在這些措施實施之后，主樓的剪力墻即可設(shè)置為落地的形式，在主樓地面與裙房框架地面以上通過設(shè)置防震縫進(jìn)行分隔。在一般的設(shè)計中，通常是采用大底盤帶轉(zhuǎn)換層底商上宅多塔樓形式，而在本設(shè)計中將這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為無轉(zhuǎn)換層、非大底盤的獨立剪力墻直接落地高層建筑加框架結(jié)構(gòu)多層裙樓，這些結(jié)構(gòu)形式的改變，避免超限復(fù)雜高層建筑的結(jié)構(gòu)問題，比如高位轉(zhuǎn)換，使得設(shè)計和施工都變得相對簡單了，同時降低了工程造價，縮短了施工工期。

2.2 結(jié)構(gòu)抗震等級合理確定

根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》：本工程商業(yè)面積未達(dá)到大型商場的標(biāo)準(zhǔn)，因此設(shè)防類別為丙類。本工程地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位，結(jié)構(gòu)抗震等級分別為：3棟主樓為二級（地下一層相關(guān)范圍為二級，地下二層為三級）；商業(yè)裙房純框架為二級，地下車庫抗震等級取為三級。

2.3 房屋高寬比超限處理

主樓標(biāo)準(zhǔn)層為長矩形，尺寸為43.7m×14.3m，長寬比為3：1，平面較為規(guī)則，高寬比：H/B=87.40/14.30=6.1，超過《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010中對于高層建筑適用的最大高寬比不宜大于6的要求，在進(jìn)行本工程高層結(jié)構(gòu)設(shè)計時，高寬比超限給設(shè)計人員帶來了很多的難度。當(dāng)高寬比超過規(guī)范規(guī)定的限值時，對于設(shè)計人員而言，可以采取一定的加強措施進(jìn)行高寬比超限問題的處理，在滿足結(jié)構(gòu)安全規(guī)定的要求下可進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐黄啤?/p>

本工程中主樓高寬比為6.1，這已經(jīng)超過了規(guī)范的規(guī)定，設(shè)計人員在與相關(guān)單位進(jìn)行協(xié)調(diào)并參考類似工程的經(jīng)驗之后，決定采取以下加強措施：①嚴(yán)格控制側(cè)向位移和地震作用下最大彈性層間位移角，本工程的地震作用下最大彈性層間位移角為1/1329，小于規(guī)范規(guī)定的1/1000；②按照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010D的5.4.1條進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定驗算。根據(jù)SATWE計算結(jié)果：X向剛重比為4.56，Y向剛重比為5.27。結(jié)構(gòu)剛重比EJd/GH2>1.4，結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性滿足要求；且EJd/GH2>2.7，可以不考慮重力二階效應(yīng)。③加大基礎(chǔ)埋深，本工程基礎(chǔ)有效埋深為9.9米，約為房屋高度的1/9.42，大于房屋高度的1/18，滿足規(guī)范要求。④按照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010的12.1.7條進(jìn)行水平力作用下的基礎(chǔ)底面應(yīng)力計算。根據(jù)JCCAD計算結(jié)果：水平地震力作用下及風(fēng)荷載作用下X向、Y向樁基均未出現(xiàn)抗拔樁，樁筏基礎(chǔ)全部受壓，滿足規(guī)范要求。⑤嚴(yán)格控制豎向構(gòu)件軸壓比，剪力墻最大軸壓比不超過0.4。⑥加大剪力墻的配筋率，底部加強部位的水平和豎向分布鋼筋配筋率不小于0.35%，一般部位的水平和豎向分布鋼筋配筋率不小于0.30%。

3 地基與基礎(chǔ)方案

根據(jù)地址勘察的結(jié)果可知，本工程所處地區(qū)土層除表層填土外，主要為全新世中期灰色淤泥質(zhì)土層、粘土層；晚更新世晚期黃色粘土，部分夾礫、砂、碎石；各種風(fēng)化程度凝灰?guī)r。土層組成：層1素填土，層2-1淤泥質(zhì)粘土，層2-2淤泥質(zhì)粘土，層4粘土，層5粘土，層6粘土，層7含礫砂粉質(zhì)粘土，層10-1全風(fēng)化凝灰?guī)r，層10-2強分化凝灰?guī)r，層10-3中風(fēng)化凝灰?guī)r。場地勘探深度以淺性質(zhì)較好的土層主要有：5層粘土、7層含礫砂粉質(zhì)粘土、10-1層全風(fēng)化凝灰?guī)r、10-2層強風(fēng)化凝灰?guī)r、10-3層中風(fēng)化凝灰?guī)r。樁基持力層的選取除了取決于場地的工程地質(zhì)條件外（包括土層的埋藏條件、土層的工程特性及厚度），還取決于建筑物的結(jié)構(gòu)形式、豎向荷載大小以及擬建建筑筑物對沉降的要求等。綜上所述，本工程決定采用10-3層作為樁端持力層。

根據(jù)上述工程地質(zhì)條件、結(jié)合建筑物規(guī)模、上部荷載及高寬比超限等特點，結(jié)合地區(qū)建筑經(jīng)驗，本工程主樓基礎(chǔ)決定采用整體性、穩(wěn)定性較好的樁筏基礎(chǔ)（厚筏板和泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁基礎(chǔ)），商業(yè)裙房及地下車庫采用防水底板加泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。因本工程地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級，所以在施工前應(yīng)采用靜載試驗確定單樁豎向抗壓承載力特征值，試驗的樁數(shù)應(yīng)超過總數(shù)的1%，本工程試驗7根樁即可。樁的靜載試驗應(yīng)選擇較差的場地位置，同時均勻分布進(jìn)行試驗。為了縮短設(shè)計和施工周期，先根據(jù)地質(zhì)報告估算得到的單樁抗壓承載力特征值進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計。若試驗得到的單樁抗壓承載力特征值不小于估算值時，可進(jìn)行正式的樁基礎(chǔ)施工；否則須按實際承載力進(jìn)行修改后方可用于施工。主樓周圍設(shè)沉降后澆帶，主樓結(jié)頂后封閉。

4 結(jié) 語

本文以某高層結(jié)構(gòu)設(shè)計為實例，針對該工程存在的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設(shè)計、高寬比超限處理等進(jìn)行了詳細(xì)探討，提出了可行的設(shè)計措施。從分析結(jié)果表明，本工程所采取的設(shè)計處理技術(shù)可以有效地確保結(jié)構(gòu)安全性的前提性，又可滿足建筑使用要求。

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