某高层住宅的结构分析与设计

柳 艳 红

(山西省建筑设计研究院,山西 太原 030013)

1 工程概况

临汾恒大悦龙台2号楼位于临汾市尧都区，滨河东路以东，中大街以西，鼓楼西四巷以北，鼓楼西大街以南。总建筑面积33 680.13 m2,结构高度为98.6 m,东西长度为70.930 m，南北长度为20.250 m。本工程为地下1层，地上33层。地下1层建筑功能为设备及非机动车库。地上1层，2层建筑功能为局部配套，其余楼层到33层为高层住宅，两个单元，每层八户。标准层建筑功能是客厅、餐厅、卧室、厨房、卫生间(避难间)、衣帽间、强弱电井、水暖井、走道、前室、消防连廊、楼梯、电梯。大屋面上部有电梯机房，太阳能设备。

本工程结构形式为钢筋混凝土剪力墙结构形式。结构安全等级为二级，建筑物耐火等级为一级。主体结构设计使用年限为50年。抗震设防类别为丙类。抗震设防烈度为8度(0.2g)，设计地震分组为第二组。建筑场地类别为Ⅲ类，地基基础设计等级为甲级。地基处理采用封闭式后压浆钢筋混凝土灌注桩基础。

本工程地上首层层高3.9 m，标准层层高为2.95 m。地下室墙厚300 mm，局部200 mm，350 mm。1层墙厚300 mm，局部250 mm，200 mm，其他楼层墙厚为250 mm，200 mm，局部300 mm;楼板采用现浇混凝土梁板形式。标准层板厚一般为100 mm，较大跨度取120 mm，连廊板厚为150 mm;混凝土强度等级，墙采用C45，C40，C35，C30，梁板混凝土强度等级为C30。

2 结构设计

2.1 地震作用

1)抗震设计时，结构所承受的“地震力”实际上是由于地震地面运动引起的动态作用。地震加速度，速度和动位移的作用。

2)从《建筑抗震设计规范》中P172页附录A中查到本工程的地震参数，见表1。

表1 地震参数

3)本工程结构考虑X方向与Y方向的水平地震作用。地震作用最大的方向0.919°,交角小于15°，不考虑斜向地震作用。不考虑竖向地震作用。采用振型分解反应谱法计算水平地震作用标准值，水平地震作用效应。在结构力学、理论力学、材料力学、弹性力学理论基础下，地震作用通过编程好的计算机软件计算分析结构，其反应力见图1。

4)结构构件截面抗震验算。《建筑抗震设计规范》P42页，结构构件内力组合设计值是由重力荷载代表值效应，水平地震作用标准值效应，竖向地震作用标准值效应，风荷载标准值效应乘以相应的分项系数确定。例如第5层连梁内力设计，见图2,图3。

5)抗震变形验算。弹性层间位移角限值见表2。

表2 地震作用在连梁刚度不折减模型下的位移

2.2 计算模型与主要参数

本工程设计，首先概念上结构平面布置，竖向布置满足规范要求。户内平面上要求满足建筑功能。剪力墙，柱不突出填充墙墙体，剪力墙竖向变截面在楼层处变截面。平面上，大堂顶部完整空间内，电梯厅上部不宜露梁。户内不露梁角线优先顺序为：客厅→餐厅→主卧→次卧→内走道的顺序布置结构构件。采用盈建科软件分析计算。按照规范要求进行了弹性时程分析。钢筋混凝土剪力墙结构形式，抗震等级为一级。结构X方向基本周期2.288 5，结构Y方向基本周期2.038 6，周期折减为0.98，风荷载，修正后基本风压为0.4 kN/m2,地面粗糙度为C类。恒活载计算方式采用施工模拟三加载方式。整体指标控制采用强刚，其他计算采用非强刚计算。采用WYD-RITZ特征值分析方法，使得振型参与质量系数之和达到90%。周期折减是对结构完成一次基本振型需要的时间的调整。填充墙的刚度会影响自由振动的时间。填充墙刚度越大，周期折减越小，地震作用力会增大。在模型中取一个合适周期折减系数，反映结构实际作用力，进行设计计算。

地下室信息中，土层水平抗力系数的比例系数(m值)，m值可按照JGJ 94—2008建筑桩基技术规范表5.7.5中取值。考虑回填土对地下室的侧向约束，控制结构变形。在模型中此值按照灌注桩类型取值30。当认为回填土对地下是完全嵌固，此值可以取-m。

2.3 结构抗震设计基本要求

建筑结构采用三个水准进行抗震设防“小震不坏，中震可修，大震不倒”。二阶段抗震设计是对三水准抗震设计思想的具体实施。第一阶段对构件截面承载力验算；第二阶段对弹塑性变形验算。对于高层建筑结构，满足第一，第二水准的抗震设防要求。吸收消耗地震能量，达到较好的抗震性能。

2.4 弹性时程分析

本工程设防烈度为8度区，Ⅲ类场地，建筑高度大于80 m,由《高规》P34页规范要求，采用时程分析进行多遇地震下的补充计算。选取了7条地震波，其中5条天然波，根据建筑场地类别和设计地震分组选出来的实际地震记录。2条人工模拟的加速度时程曲线。满足实际地震记录波数量不小于总数的2/3规范要求。弹性时程分析时，每条时程曲线计算所得结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法计算结果的65%，多条计算所得底部剪力的平均值不应小于振型分解反应谱计算结果的80%。通过盈建科结构软件计算，从时程法与CQC法层间剪力结果对比，90°时全楼放大系数为1.000。0°全楼放大系数为1.000。通过两种计算分析方法比较得出，构件内力与配筋按照原方法即可，不需调整。

2.5 基础设计

本工程采用泥浆护壁灌注桩基础，剪力墙墙下布桩。承台梁加防水板形式。桩径为700 mm，桩长37 m。布桩的时候，桩中心与墙中心重合，桩最小间距满足2.1 m。根据地勘勘察报告土体地质情况，土体侧摩阻，端阻，通过桩身承载力公式计算出，桩端持力层为第层粉土层。且采用桩侧，桩端封闭式后压浆注浆技术。可达到单桩承载力特征值为3 750 kN，试桩单桩极限承载力特征值为7 800 kN。桩基础承载能力极限状态设计如下，根据《建筑桩基技术规范》第5.2.1条对桩基竖向承载力的规范要求，1)荷载效应标准组合下，基桩的平均竖向力Nk≤R，Nkmax(桩顶的最大竖向力)≤1.2R。2)地震效应与荷载效应组合下，NEk≤1.25R，NEkmax(桩顶的最大竖向力)≤1.5R。通过盈建科基础软件分析计算结果，提供的桩身承载力达到荷载抗力作用下要求的桩的承载力。桩基础满足正常使用极限状态设计，即计算软件的建筑桩基沉降变形值结果小于规范规定变形允许值。

3 结语

高层住宅建筑，通常采用剪力墙结构形式。墙体布置的时候，平面布置规则，均匀合理，几何关系上质心与形心很好的重合。通常外墙、电梯井道，与楼梯间墙体均布置为剪力墙墙体。室内隔墙布置为剪力墙墙体，平面上通过梁板构件合理布置达到主体的方案设计，后期进一步细化设计，使得主体模型计算结果参数在承载力极限状态与正常使用状态下均满足规范要求值。高层住宅采用剪力墙结构形式能很好满足建筑功能使用与舒适度的要求。