金水灣二期12#樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

■朱殿翠 ■南京環(huán)宇建筑設(shè)計(jì)院，江蘇 南京 210000

1 工程概況

南京金水灣二期12#樓位于南京市六合區(qū)金水灣二期拆遷安置房小區(qū)內(nèi)，該小區(qū)在南京市六合區(qū)雄州街道富民街西側(cè)，南至原交通局水上搜救中心，東至金水灣一期安置房小區(qū)，西至八百河，北至規(guī)劃中的冶浦公園。本工程建筑面積約為9255m2，地下-2 層為設(shè)備用房，層高為4m，與周邊全地下車庫(kù)相連;-1 層為半地下自行車庫(kù)，層高為2.8m;地上15 層為純住宅，層高均為2.8m;局部16 層為電梯機(jī)房。

2 設(shè)計(jì)參數(shù)及荷載取值

2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

該工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期和使用年限為50年，安全等級(jí)為二級(jí)，抗震設(shè)防烈度為7 度(0.10g)，地震分組為第一組，場(chǎng)地類別為Ⅲ類，設(shè)防類別為丙類。

2.2 風(fēng)荷載

基本風(fēng)壓按荷載規(guī)范南京地區(qū)50年一遇的基本風(fēng)壓0.4KN/m2.

3 結(jié)構(gòu)布置

本工程建筑平面布置較規(guī)整，左右兩邊對(duì)稱，但建筑要求房間內(nèi)不能有梁、柱角凸出。此建筑主體高度約43m，所以綜合考慮，采用剪力墻結(jié)構(gòu)。剪力墻結(jié)構(gòu)體系是由剪力墻同時(shí)承受豎向荷載和側(cè)向力的結(jié)構(gòu)，布置方法是利用建筑外墻和內(nèi)隔墻位置布置剪力墻。布置時(shí)須縱橫向交叉布置使之連成整體，墻肢有工字型、T 形、［形、L 形、Z 形截面形式。整澆樓(屋)蓋對(duì)其支撐約束使之在豎向荷載下不會(huì)發(fā)生整體失穩(wěn)破壞。本工程采用的是T 形、［形、L 形剪力墻。-2 層剪力墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)考慮到與相連的地庫(kù)強(qiáng)度等級(jí)相同，采用C40 級(jí)，墻厚為250mm;-1 層剪力墻采用C35 級(jí)混凝土，墻厚為200mm;1～16 層采用C30 級(jí)混凝土，墻厚為200mm，具體剪力墻布置如圖1 所示。

圖1 剪力墻平面布置圖

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算采用軟件及結(jié)構(gòu)分析

本工程結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件PKPM2010.V2.2 版本。

4.1 周期比

PKPM 周期、地震力與振型輸出結(jié)果詳見圖2，以扭轉(zhuǎn)為主的自震周期Tt 與以平動(dòng)為主的第一自震周期T1 比值為0.804，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.4.5 條規(guī)定，A 級(jí)高度高層建筑該比值不應(yīng)大于0.9，本工程滿足這條要求，說明布置的剪力墻的抗扭剛度較強(qiáng)。若不滿足要求的話，就需要調(diào)整剪力墻的布置，來增大結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。

表1 各振型下周期

4.2 位移比

PKPM 模型SATWE 位移輸出文件中，該工程層間位移比最大為1.25，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.4.5 條規(guī)定，在考慮偶然偏心影響的規(guī)定水平地震作用下，樓層豎向構(gòu)件最大的水平位移和層間位移，A 級(jí)高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2 倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的1.5 倍。扭轉(zhuǎn)位移比為1.5 時(shí)，該樓層的扭轉(zhuǎn)變形較大，相當(dāng)于一端位移為1，另一端為3;扭轉(zhuǎn)位移比為1.2 時(shí)，相當(dāng)于一端位移為1，另一端為1.44，該工程層間位移比結(jié)果見圖3。X 向最大層間位移與平均層間位移之比最大為1.03，說明X 向布置的剪力墻的抗扭剛度很好。Y 向最大層間位移與平均層間位移之比最大為1.25，說明Y向布置的剪力墻的抗扭剛度亦較好。

表2 位移比

4.3 剪重比

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》5.2.5 條，抗震驗(yàn)算時(shí)，結(jié)構(gòu)任一樓層的水平地震剪應(yīng)力應(yīng)符合下式要求:λ 為剪力系數(shù)，不應(yīng)小于表5.25 規(guī)定的樓層最小地震剪力系數(shù)值。該工程7 度區(qū)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯或基本周期小于0.35 的結(jié)構(gòu)，最小地震剪力系數(shù)值為0.016，模型中嵌固端設(shè)在設(shè)備層(-2 層)頂，即嵌固端設(shè)在模型中的第2 層，第2 層X 方向整層減重比為2.17%，第2 層Y 向整層減重比為2.65%，均滿足規(guī)范的要求。

4.4 軸壓比

PKPM 模型中，第1 層、第2 層剪力墻軸壓比均在0.6 以下，滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》7.2.13 條:重力荷載代表值作用下，三級(jí)剪力墻肢的軸壓比不宜超過0.6 的規(guī)定。第3 層因混凝土強(qiáng)度等級(jí)調(diào)整為C30，墻厚為200mm，部分L 形墻體在長(zhǎng)肢方向軸壓比為0.55左右，短肢方向?yàn)?.64 左右，看似短肢方向軸壓比超規(guī)范規(guī)定的限值，但根據(jù)PKPM 手冊(cè)介紹，在PKPM 程序具體實(shí)現(xiàn)中，自動(dòng)把連續(xù)的直線墻肢作為一個(gè)墻肢來計(jì)算軸壓比，沒有考慮L 形、T 形、十字形剪力墻等復(fù)雜連接情況，如果僅判別單個(gè)墻肢的軸壓比，沒有考慮與其相連的墻肢，邊框柱等構(gòu)件的協(xié)調(diào)作用，在某些情況下是不合理的。SATWE軟件針對(duì)此提出了“組合軸壓”驗(yàn)算功能，然后給出所選墻肢的合并軸壓比驗(yàn)算值滿足規(guī)范要求即可。所以模型中有部分短向墻肢軸壓比為0.64 左右的，和與之相連的墻肢組合軸壓比小于0.6，亦滿足要求的。如果一些工程中組合軸壓比亦大于規(guī)范規(guī)定的限值，就需要調(diào)整剪力墻的一些參數(shù)了，如加長(zhǎng)不滿足軸壓比要求的墻肢長(zhǎng)度、加大墻肢厚度，或提高整層剪力墻的混凝土強(qiáng)度等級(jí)，或再增加剪力墻的布置均可達(dá)到減小軸壓比的效果。

5 結(jié)語

高層建筑是一個(gè)復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，它不僅形狀復(fù)雜多變，里面體型也各式各樣，剪力墻等為豎向抗側(cè)力構(gòu)件，有樓板將它們連為整體，這是一個(gè)高次超靜定的三維空間結(jié)構(gòu)，要進(jìn)行內(nèi)力和位移計(jì)算，就必須將其簡(jiǎn)化為計(jì)算模型，同時(shí)模型建立時(shí)應(yīng)有合理的地震作用傳遞途徑，應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力。本工程在剪力墻布置上及梁平面布置上都遵循該原則來布置的，在做到安全的同時(shí)，亦應(yīng)考慮到經(jīng)濟(jì)性，這些均需要結(jié)構(gòu)師們充分運(yùn)用概念設(shè)計(jì)去把握。

［1］周紅萍.剪力墻結(jié)構(gòu)高層住宅的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］.安徽建筑，2004.

［2］JGJ3 -2010.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

［3］GB50011 -2010.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

［4］天津大學(xué)等主編.混凝土結(jié)構(gòu)(二版).北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1998.