水岸观溪住宅小区高层结构设计浅析

李　忠

(福州市建筑设计院　福建福州　350011)



水岸观溪住宅小区高层结构设计浅析

李忠

(福州市建筑设计院福建福州350011)

结合某高层剪力墙结构住宅具体工程，通过PKPM软件试算，综合结构安全及用料经济等要求，优化剪力墙布置方案。针对该工程中出现的剪力墙连梁超筋问题，提出了采用双连梁或高连梁等解决方案。同时，进行了地下室顶板与底板的计算，在满足裂缝控制的要求下进行配筋，并进行桩基及承台布置。结果表明，剪力墙尽量上下对齐布置，能够发挥墙体刚度，提高抗剪承载力。

剪力墙结构；双连梁；无梁楼盖

0　工程概况

该工程为保障性安居工程，位于福清市宏路街道溪下村，毗邻福清以元洪路为发展轴线的城区西扩的新区，基地南临55m宽龙江南路，西侧为18m宽规划路，北侧为40m宽规划路，东侧为规划河道，由福清市侨乡建设投资有限公司兴建。小区上部单体1#～12#楼均为剪力墙结构，剪力墙部分抗震等级为二级，框架部分抗震等级为二级。3#商业，青少年活动中心，社区文化活动站，抗震等级为三级。幼儿园为重点设防类，抗震等级为二级。总用地面积65 993m2，总建筑面积250 309m2，单层地下室建筑面积48 714m2，地下室底板由南向北3%坡度放坡，防空地下室类别为乙类。

1　平面布置

本文仅对住宅11#单体的设计进行论述，地上32层，地上建筑面积13 695.3m2，建筑高度93.9m(不含梯间屋面)，地下室层高4.7m。结构位移由Y方向风荷载控制。在方案设计阶段，平面有效宽度9.2m，以至于建筑高宽比大于10.0，超出合理值6.0较大，在试算过程中布置大量剪力墙，并在底层加大墙厚至350mm，经济指标超出合理范围，结构布置不合理。经过后期方案优化，尽量对齐南北侧房间墙体，使两侧边跨各形成两片联肢墙，有效增大Y向的抗侧刚度，并调整房间进深，降低高宽比至8.0，使其尽量接近合理值[1]，建筑标准层平面(图1)。

另外，在布置剪力墙的过程中可适当关注底层最大柱、墙组合内力，在上部设计的过程中考虑桩基承载力特征值，一定长度的墙下布置的桩基根数，可以达到优化桩基数量，尽量避免桩承载力不足、桩间距不满足规范要求等问题的出现。

2　设计参数

2.1结构信息

将结构模型输入到PKPM中SETWE模块进行计算，设防烈度7度(0.10g)第三组；场地类别II类；自振周期折减系数0.90，抗震等级为二级，地下室框架抗震等级三级，主楼及外延一跨范围的纯地下室框架抗震等级同主楼。结构重要性系数1.0，结构安等级为二级，结构使用年限为50年，抗震设防分类为标准设防类，地基基础设计等级为甲级，裂缝控制等级为三级。混凝土强度C45逐层递减至C25,纵筋强度360N/mm2，箍筋强度270N/mm2(表1)。

2.2地震和风荷载信息

基本风压0.80(50年一遇)，由于高度大于60m，承载力设计的风荷按50年一遇基本风压的1.1倍取值，地面粗糙度：C类，地震烈度7度，地震分组第三组，基本场地加速度0.10g，特征周期0.45s(二类)；场地土II类。计算时考虑偶然偏心以及双向地震力作用(表2)。

表1　混凝土强度等级

表2　荷载设计信息

3　计算中连梁超配筋问题的处理的方法

剪力墙连梁对剪切变形十分敏感，连梁超筋在剪力墙结构体系中是一种非常普遍的现象。连梁配筋超限的部位，通常在结构总高度的1/3左右的楼层，墙肢较长时中部的连梁。当连梁超限时，可减小连梁截面高度或采取其他减小连梁刚度的措施(如进行刚度折减或者设置双连梁)。

(1)该工程在两侧山墙处卫生间开小窗，有条件将连梁加高，此处连梁上反处理，梁面至上一层窗台处，梁底与窗顶齐高，总截面高度1 450mm，使山墙处两片剪力墙刚度进一步增大，分担更多水平力从而减小内墙连梁剪力设计值，消除一些楼层中间部位连梁超配筋。将有条件加高的连梁截面设计至最大高度，可以有效减小结构在水平力作用下的位移，创造条件降低其它连梁截面高度进而减小配筋，使室内过道处的净高增大，改善室内的舒适度。计算配筋(图2)。

(2)为使结构增加延性，连梁在地震作用下要先达到屈服，连梁刚度进行折减，该工程连梁刚度折减系数取值0.6。但在刚度较大的剪力墙端，刚度折减后的超配筋问题仍然无法消除，通常的处理方式是配置双连梁，平面位置与双连梁剖面(图3)。

双连梁方案在保证结构侧向位移不减小的同时，能够很好地降低连梁的内力，在改善建筑受力性能中起到优良的作用，还有一个突出的有点就是可以通过改变不同的上下梁间距满足不同的建筑功能需要，尤其在公用建筑中便于建筑设备、管线的布置。

4　SETWE分析结果

4.1周期和周期比的控制

计算输出结构周期文件前3个振型为结构的主振型，第一振型为X方向的平动；第二振型为Y方向的平动；第三振型为扭转振型。周期文件(表3)。

表3　周期输出文件(其它振型略)

由以上数据可知：前3个振型为结构的主振型，第一振型为X方向的平动；第二振型为X方向的平动；第三振型为扭转振型。另外，Tt/T1=0.628<0.9，说明结构的平面布置满足《高规》对减少扭转影响的要求[2]。

4.2位移和位移比的控制

楼层层间最大位移与层高之比△u/h规定限值(最大层间位移角)与规范限值相比较的楼层位移应该取不宜大于1/1 000，这里需要注意的是，与规范限值相比较的楼层位移应该取不考虑质量偶然偏心影响的计算数值[3]。在高规中，只有此项指标是采用不考虑质量偶然偏心影响，其余各项指标都必须采用考虑质量偶然偏心影响的计算数值。由于福清基本风压达到0.80N/mm2，建筑高度93.9m，而地震作用为7度0.10g，所以地震作用不是位移的控制作用。该工程控制性结构水平位移为风荷载作用下Y向楼层位移，SETWE实际输出的Y 方向风荷载作用下的楼层最大位移计算结果如表4(其它楼层略)。

表4　Y向风荷载作用下位移输出文件

Y方向最大值层间位移角:1/1 010.

由以上数据可知，工程的结构最大位移角均小于1/1 000，符合规范的要求，计算结果和界限要求很接近，结构布置比较经济合理，既满足规范的设计要求，又节省材料，降低造价。

4.3经济指标

地下室层剪力墙厚度300mm，一层至十八层外墙厚度250mm，内墙厚度200mm，十九层以上厚度减至200mm。经STAT-S模块的工程量统计，主楼地面以上楼层计算配筋的单位面积钢筋用量为38.54kg，此数据不包括地下室层及砌体构件及悬挑构件钢筋用量，根据经验判断该结构经济指标处于合理的范围[4]。

5　地下室顶板、底板及桩基承台设计

5.1地下室顶板计算

主楼内顶板采用大板，板厚均为160mm，楼板配10@200双层双向钢筋网,板内设置6@600梅花型布置的拉结筋；纯地下室选择无梁楼盖方案，有较大的平整面，地下室顶棚平整美观，利于敷设管线，在满足使用要求的净高前提下可以减小地下室层高0.5m～1.0m，从而减小人防墙体和外墙等竖向构件体量，减小了基坑开挖和支护以及降水的工程量以及地下室抗浮采用的措施费用。当然无梁楼盖的厚度增加会导致楼盖的自身重量并增大配筋，但这些跟无梁楼盖方案所带来的巨大延伸效益来说基本可以忽略不计。室内外高差依旧设置在剪力墙外边缘，主楼外一跨范围内抗震等级同主楼，配筋采用主楼电算与纯地下室电算包络设计；地下室层剪力墙转角处设600x600端柱，与主楼外一跨地下室单层柱拉设框架梁，边缘构件经过计算采用构造配筋(图5)。

5.2桩基承台计算

基础采用钻孔灌注桩，持力层选择中风化凝灰岩，主楼内选用800mm直径和1 000mm直径两种，极限承载力由桩身强度控制，特征值分别为4 500kN和6 900kN，将带有桩径信息的桩位图dwg文件导入JCCAD，定义承台参数后选择围桩承台分别围成单块承台，进行桩筏、筏板有限元计算。桩反力输出结果(图6)。

由图6可见，桩最大反力出现在(13)和(14)工况，这两个工况是有Y向正、负风荷载与恒+活的组合，

根据《桩规》桩基承载力可取特征值放大1.25倍，经检验所有桩基承载力满足要求。有限元计算每个单元的弯矩并给出配筋，验算抗冲切承载力满足要求，并按承台梁给出配筋，如图7所示(其它承台略)。

5.3地下室底板计算

地下常年水位标高按地面标高±0.00考虑，扣除底板及面层自重后取35kN/m2作为底板水浮力，承台间设置联系梁划分板块，板厚取300mm，并用倒楼盖模型计算，承台宽度并未在底板计算中考虑，使底板配筋偏保守。在满足裂缝控制的要求下，底板配筋采用双层双向通长钢筋加支座附加筋。

6　结论

本文依托水岸观溪住宅小区11#楼单体进行结构布置和配筋计算，并整理设计过程中解决问题的一些经验。其中剪力墙尽量上下对齐布置，这样能够发挥墙体的刚度提高抗剪承载力；高层设计中连梁的超筋问题比较突出，本工程采用提升山墙小开窗处连梁截面从而调整墙体的水平力分配，对于超筋的深梁，使用了双连梁设计方案，有效解决连梁超筋问题；剪力墙下承台梁由围桩承台布置自动生成，便于调整墙下不同桩型的布置；主楼内在底板的计算中将水浮力作为板荷载采用倒楼盖模型计算配筋。

[1]沈蒲生.高层建筑结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.

[2]JGJ3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.

[3]王涛.高层住宅剪力墙结构设计与研究[D].山东:山东大学,2008.

[4]吴东.高层剪力墙结构的设计与探讨[J].建筑设计学报,2009,15.

Elementary analysis of Shuianguanxi residential high-rise structure design

LI Zhong

(Fuzhou Architectural Design Institute, Fuzhou 350011)

Combining an high-rise shear wall residential buildings project and the requirement of structural safety and saving material,the arranging measurement of shear wall had been optimized by using PKPM software for calculation.In allusion to the issue of over reinforcement in shear wall tie beam, the plan of using double tie beam or high tie beam construction measurement was proposed.At the same time, the calculation of the roof and floor of the basement was carried out, and the steel bar was carried out in order to meet the requirements of crack control,And carried on the pile foundation and the pile cap arrangement.The results showed that Shear wall up and down as far as possible alignment,will develop the wall rigidity,Increase shear capacity.

Shear wall structure; Coupling beam; Flat Slab

李忠(1987.1-)，男，硕士研究生，工程师。E-mail:75250601@qq.com

2016-08-05

TU3

A

1004-6135(2016)09-0061-04