徐書(shū)晨

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司濟(jì)南設(shè)計(jì)院，濟(jì)南 250022)

1 設(shè)計(jì)概況

濟(jì)南鐵路局經(jīng)十路職工高層住宅項(xiàng)目為鐵路局安居重點(diǎn)工程，總建筑面積91 800 m2，包括4棟高層住宅、地下車(chē)庫(kù)及幼兒園等。其中1號(hào)樓地上26層，地下2層，地上總高76.4 m，2～4號(hào)樓地上20層，地下1層，地上總高59.6 m，層高2.8 m。

高層住宅采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)形式，抗震設(shè)防烈度為6度，基本加速度0.05g，設(shè)計(jì)分組為第3組，抗震等級(jí)為4級(jí)。剪力墻、梁、板混凝土強(qiáng)度等級(jí)底部加強(qiáng)區(qū)為C40，其他為C35，基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土樁筏結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40。見(jiàn)圖1。

2 剪力墻設(shè)計(jì)

2.1 剪力墻布置(圖2)

剪力墻結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代高層建筑中常用的結(jié)構(gòu)形式之一，以建筑物墻體作為豎向承重和抗側(cè)力構(gòu)件，是一種能較好抵抗側(cè)向力的結(jié)構(gòu)體系。其平面布置宜遵循分散、對(duì)稱、雙向布置的原則，應(yīng)均勻布置在建筑物周邊、樓梯間、電梯間、平面形狀變化較大部位，間距不宜過(guò)大。縱橫向剪力墻宜組成“L”形、“T”形等形式貫通建筑物全高，避免一字形墻體。

本工程地下二層外墻厚度為300 mm，內(nèi)墻厚度為250 mm;地下一層外墻厚度為250 mm，內(nèi)墻厚度為200 mm;地上墻體厚度為200 mm。電梯間四周布置剪力墻，一般墻肢長(zhǎng)度大于8倍墻體厚度并設(shè)置翼緣。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3—2010)(以下簡(jiǎn)稱《高規(guī)》)第 4.2.2條，1號(hào)樓主體高度74.9 m，屬于對(duì)風(fēng)荷載比較敏感的高層建筑，基本風(fēng)壓按1.1倍采用，取值為0.5 kN/m2，剪力墻布置時(shí)，分戶之間增設(shè)貫通剪力墻，以增強(qiáng)水平抗側(cè)力能力。

圖1 高層住宅小區(qū)效果圖

圖2 1號(hào)樓標(biāo)準(zhǔn)層剪力墻布置(單位:mm)

2.2 剪力墻計(jì)算

剪力墻結(jié)構(gòu)是由一系列的豎向縱、橫墻和平面樓板組合在一起的空間盒子式結(jié)構(gòu)體系。它所承受的荷載除樓板傳來(lái)的豎向荷載外，還有水平作用的地震荷載及風(fēng)荷載。

本工程采用PKPM-SATWE結(jié)構(gòu)空間有限元設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，剪力墻輸入主要有2種方式，一是按墻肢輸入，墻肢之間設(shè)鋼筋混凝土梁;另一種是直接輸入整片墻，然后在墻體開(kāi)洞。經(jīng)設(shè)計(jì)比較，采用第一種輸入方式更直觀真實(shí)，墻肢間跨高比不小于5的鋼筋混凝土梁按框架梁設(shè)計(jì)，跨高比小于5的按連梁設(shè)計(jì)，即在模塊“特殊構(gòu)件”里定義為兩端鉸接，僅貫通剪力墻按照剪力墻開(kāi)洞輸入。

2.3 剪力墻連梁設(shè)計(jì)

與剪力墻相連的梁稱為連梁。連梁具有跨度小、截面大等特點(diǎn)，作為一種耗能構(gòu)件，連梁對(duì)承擔(dān)豎向荷載下的彎矩所占比例較小，在水平荷載作用下容易出現(xiàn)剪切裂縫。因此，在豎向荷載作用下，連梁剛度不宜折減，連梁支座彎矩的降低可通過(guò)支座彎矩調(diào)幅來(lái)解決;在水平荷載作用下，連梁剛度可以折減，當(dāng)風(fēng)荷載作用時(shí)，折減系數(shù)不宜小于0.8。

在本工程設(shè)計(jì)中，地震烈度為6度，為受風(fēng)荷載控制的高層建筑，對(duì)連梁采取剛度折減后，個(gè)別連梁仍出現(xiàn)正截面受彎承載力或斜截面受剪承載力不足的現(xiàn)象，采取了以下措施:增加剪力墻的厚度，即增加連梁截面的寬度，以提高連梁的截面承載力;增加剪力墻數(shù)量，以減少每片墻承擔(dān)的水平力;加大洞口，以增加連梁的跨度;減小連梁的截面高度，以降低連梁的剛度等措施，使連梁內(nèi)力符合截面設(shè)計(jì)的要求。

3 主要計(jì)算結(jié)果控制

根據(jù)規(guī)范要求，以1號(hào)樓為例，計(jì)算結(jié)果控制主要有以下方面。

(1)規(guī)則性判斷:1號(hào)樓總長(zhǎng)78.5 m，寬度最小處為 8.3 m，L/B=78.5/8.3=9.4＞6.0，為細(xì)腰形平面，根據(jù)《高規(guī)》第3.4.3條判定為平面不規(guī)則，據(jù)《抗規(guī)》第5.1.1條，應(yīng)計(jì)入雙向地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響。

(2)整體穩(wěn)定控制:根據(jù)整體穩(wěn)定及抗傾覆計(jì)算結(jié)果，按照《高規(guī)》第5.4.4條判斷整體穩(wěn)定是否滿足要求。1號(hào)樓X向剛重比4.72，Y向剛重比3.71，大于1.4，滿足整體穩(wěn)定要求。

(3)剛度比控制:根據(jù)《高規(guī)》第3.5.2條，樓層側(cè)向剛度不宜小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的70%或其上相鄰三層側(cè)向剛度平均值的80%，可通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件PKPM中的 SATWE模塊－“建筑結(jié)構(gòu)總信息”－“計(jì)算信息”中的 RatX1、RatY1(X，Y方向本層側(cè)移剛度與上一層相應(yīng)側(cè)移剛度70%的比值或上三層平均側(cè)移剛度80%的比值中之較小者)是否大于1判定。本工程經(jīng)計(jì)算，每一層的側(cè)向剛度均滿足規(guī)范要求。

(4)嵌固端側(cè)向剛度比控制:本工程地下室頂板作為嵌固端，根據(jù)《高規(guī)》第5.3.7條，當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)嵌固部位時(shí)，地下室結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)向剛度不應(yīng)小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度的2倍?？赏ㄟ^(guò)SATWE模塊－“建筑結(jié)構(gòu)總信息”－“計(jì)算信息”中地下室頂板所在標(biāo)準(zhǔn)層的 RatX2，RatY2(X，Y方向本層側(cè)移剛度與上一層相應(yīng)側(cè)移剛度比值)是否大于2判定。

(5)周期比控制:根據(jù)《高規(guī)》第3.4.5條，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動(dòng)為主的第一自振周期之比不應(yīng)大于0.9。1號(hào)樓扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期1.622 8 s，平動(dòng)為主的第一自振周期2.416 9 s，比值0.67，滿足要求。

(6)位移比控制:根據(jù)《高規(guī)》第3.4.5條，在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移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。根據(jù)《高規(guī)》第3.7.3條，剪力墻結(jié)構(gòu)樓層層間最大位移與層高之比(即層間位移角)不應(yīng)大于1/1 000。1號(hào)樓 Y+5%偶然偏心地震作用下，Y方向最大位移比為1.14，最大層間位移比為1.12，最大層間位移角為1/2 715，滿足要求。其他地震作用類同，可通過(guò)SATWE模塊－“位移輸出文件”進(jìn)行判別。

4 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

本工程場(chǎng)地為適宜建造房屋的均勻地基，采用鉆孔灌注樁樁筏基礎(chǔ)，樁徑600 mm，樁長(zhǎng)27 m，置于全風(fēng)化輝長(zhǎng)巖內(nèi)，入巖深度不小于1 200 mm，單樁承載力特征值1 600 k N，筏板厚度1 200 mm，外挑長(zhǎng)度1 000 mm，采用PKPM-JCCAD“樁筏、筏板有限元計(jì)算”。

5 結(jié)構(gòu)措施

5.1 平面凹槽處增加連梁及厚板加強(qiáng)

本工程1號(hào)樓南側(cè)分戶之間平面有凹槽，凹入深度4.8 m，根據(jù)規(guī)范要求，當(dāng)中央部分樓板有較大削弱時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)樓板以及連接部位墻體的構(gòu)造措施，設(shè)計(jì)時(shí)，在外伸段每隔3層在凹槽處設(shè)置連接板，如圖3所示，既能滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，又能滿足建筑采光及立面效果要求。

圖3 建筑平面形狀示意

5.2 電梯井、樓梯間周邊樓板加厚

考慮電梯井、樓梯間開(kāi)洞對(duì)結(jié)構(gòu)的削弱影響，設(shè)計(jì)時(shí)將周邊樓板加厚至120 mm，并采用雙層雙向配筋等措施加強(qiáng)。

5.3 梁與墻相交處的處理

梁與墻在平面外相交時(shí)，主要有以下幾種處理方式:一是在梁支座處設(shè)扶壁柱或沿梁軸線方向布置剪力墻;二是將支座處改為鉸接;三是在支座處墻內(nèi)設(shè)型鋼或暗柱，提高支座處墻體剛度。本工程設(shè)計(jì)時(shí)采用的是第一種方法，利用建筑門(mén)垛作為墻體的扶壁柱，不出現(xiàn)“一”字形墻體。

5.4 后砌填充墻應(yīng)加強(qiáng)構(gòu)造措施

后砌填充墻作為非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)忽視其構(gòu)造措施。填充墻應(yīng)沿墻高每隔0.5 m配置2φ6 mm拉結(jié)鋼筋與剪力墻拉結(jié)，每邊伸入墻內(nèi)不應(yīng)少于500 mm。樓梯間、電梯間填充墻拉結(jié)筋通長(zhǎng)設(shè)置;當(dāng)墻長(zhǎng)大于5 m時(shí)，墻頂與梁宜有拉結(jié);墻長(zhǎng)超過(guò)層高2倍時(shí)，宜設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱;墻高超過(guò)4 m時(shí)，墻體半高宜設(shè)置與端柱連接且全長(zhǎng)貫通的鋼筋混凝土水平系梁。填充墻窗臺(tái)高程處，設(shè)置水平現(xiàn)澆鋼筋混凝土帶。填充墻轉(zhuǎn)角處及懸挑端，應(yīng)設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱。

5.5 主樓與裙房施工要求

根據(jù)施工工序，裙房在主樓施工完成后進(jìn)行，利用此時(shí)間差，在主樓上部施工時(shí)，梁板澆至相鄰裙房第一跨的1/3跨度處，并甩出裙房的梁板鋼筋，并對(duì)主樓進(jìn)行沉降觀測(cè)，待主樓封頂沉降穩(wěn)定后再澆筑裙房部分，減少因不均勻沉降引起的構(gòu)件開(kāi)裂現(xiàn)象。

5.6 解決剪力墻超長(zhǎng)問(wèn)題

本工程1號(hào)樓水平向總長(zhǎng)78.35 m，根據(jù)規(guī)范要求，現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)室內(nèi)伸縮縫最大間距45 m，地下室墻體室內(nèi)伸縮縫最大間距30 m，設(shè)計(jì)時(shí)采用上部結(jié)構(gòu)單元之間設(shè)置伸縮縫，地下結(jié)構(gòu)設(shè)置2道后澆帶的措施來(lái)解決剪力墻超長(zhǎng)的問(wèn)題。

6 結(jié)語(yǔ)

目前，該項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)已全部竣工。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，高層剪力墻結(jié)構(gòu)已成為住宅建筑主要結(jié)構(gòu)型式之一，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)首先從概念設(shè)計(jì)出發(fā)，把握全局，具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮多種因素，既要滿足建筑設(shè)計(jì)要求，達(dá)到預(yù)期的建筑效果，又要通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)布置，精準(zhǔn)的計(jì)算數(shù)據(jù)，嚴(yán)格的設(shè)計(jì)把控達(dá)到設(shè)計(jì)的日臻完善。

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