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(guī)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(xiàn)高層剪力墻結構的整體穩(wěn)定性以及安全性。隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人們對居住環(huán)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(yè)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(yè)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(jù)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(guī)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(jù)《建筑工程抗震設防分類標準》規(guī)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(jù)《建筑抗震設計規(guī)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(jīng)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(jù)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(jù)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(jīng)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(tǒng)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(jù)《抗規(guī)》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(jīng)濟，以下僅對400樁徑不同樁長進行對比。

表3 樁基承載力統(tǒng)計表

表4 復合地基承載力統(tǒng)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(yè)的需求，達到室內空間靈活布置的結果，可以實現(xiàn)多種的組合形式。

經(jīng)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(chuàng)造提供好的結構基礎，分五個層次，剪力墻優(yōu)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(yōu)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(wèi)生間廚房墻體，衛(wèi)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(guī)范》明確規(guī)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(guī)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(guī)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(guī)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(guī)范規(guī)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(shù)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?shù)撞靠偧袅Σ粷M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(xù)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(guī)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(wěn)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(wěn)定分析，驗算結構的抗傾覆穩(wěn)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(jīng)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。