一超B 级高度无地下室天然基础住宅设计关键点分析

2022-01-28刘齐霞

广东建材 2022年1期

关键词：裙房停车库塔楼

刘齐霞

（广州地铁设计研究院股份有限公司）

0 引言

随着中国城市化发展，城市中心区寸土寸金的土地上建造高容积率的建筑变得势在必行[1]，超B 级高度住宅也得到推广利用[2]。本文结合一超B 级高度住宅设计工程实例，对该类型结构设计中存在的关键性问题进行分析。

1 工程概况

本工程由2 栋二梯四户塔楼组成，共用一个有四层裙房的大底盘，裙楼层建筑功能主要为车库及设备用房，如图1 所示，位于7 度区，采用剪力墙结构。四层裙房一侧露出地面，另一侧相邻已有结构，以变形缝的形式分开。塔楼大底盘以上主体结构高度为148.2m，嵌固端以上164.75m＞150m，属超B 级高度高层建筑。

图1 工程立面示意图

2 风荷载取值

本工程周边环境如图2 所示，其中四角星表示工程位置。已有结构平面宽度＞300m，东侧山体平面宽度＞1000m，裙房被已有结构及山体遮蔽。

图2 工程位置现场图

对于本工程，风荷载有三种取值方法，取值方法一：风压高度从裙房顶板算起，裙房不考虑风荷载；取值方法二：风压高度从裙房底板算起，裙房不考虑风荷载；取值方法三：风压高度从裙房底板算起，完全不考虑山体和周边上盖建筑物的遮挡，裙房考虑风荷载。如图3 所示。

图3 风荷载取值方法示意图

三种风荷载取值方法计算结果如表1 所示。从表1可得，裙房是否考虑风荷载（取值方法二、三），对基底剪力和弯矩的影响程度小，本工程风荷载的关键是确定风压高度的起算面。裙房周边被已有结构及山体遮蔽，完全忽略周边遮挡的取值方法一过于保守，对项目建筑品质和经济性影响大。对于类似项目，可以采取风洞试验，以试验结果作为设计依据输入。本工程由于时间原因，采用偏安全的风荷载取值方法三进行风荷载计算。

表1 不同风荷载取值方法对应基底剪力和倾覆弯矩

3 裙房楼盖设计

本工程裙房典型柱网尺寸为8.1m×8.1m，裙房四层均为停车库。裙房屋面覆土1.2m，其中裙房首层、二层为机械车库，裙房三层和四层为普通车库。

根据下述参数，对裙房屋面的经济性进行比较：

⑴材料标号：混凝土C35，钢筋HRB400；

⑵材料单价：混凝土600 元/m3，钢筋5400 元/t，模板60 元/m2；

⑶荷载：单层停车库恒2.5kN/m2，活4.0kN/m2；双层停车库为恒4.0kN/m2、活8.0kN/m2；楼板自重自动计算；

⑷跨度按8.1m×8.1m 跨柱网布置，取居中的网格进行成本核算；

⑸顶板覆土按1.2m 考虑，附加恒载25kN/m2，活荷载5.0kN/m2；

⑹裙房屋面板板厚度不小于160mm，塔楼内不小于150mm，楼板通长筋配筋率不小于0.25%；普通车库板厚度不小于110mm，机械车库板厚度不小于120mm，按照最小配筋率要求分离式配筋，跨中板面另加不小于0.1%配筋率的抗伸缩钢筋网；

⑺经济性控制要求：板筋配筋率控制在0.6%以下，梁筋典型配筋率控制在0.8%～2.0%范围。

裙房顶板作为大底盘顶板，框架柱之间须通过框架梁拉结，对加腋大板、十字梁、双次梁方案进行经济性对比。对于单层停车库和双层停车库，由于裙房无可靠侧限，不考虑无梁楼盖；若设置次梁，单次梁布置通常使框架梁配筋偏大、梁高偏高，井字梁布置模板太多且无法充分发挥承载力，双次梁和十字次梁较优。建立5×5 跨柱计算模型，具体尺寸如图4 所示。

图4 楼盖结构布置示意图

不同楼盖结构方案造价对比结果如表2，结果表明：

表2 不同楼盖结构方案造价对比

⑴对于裙房顶板，加腋大板材料用量较高，双次梁方案与十字次梁方案相比，除造价较低之外，机电管线可以充分利用次方向节省的100mm 梁高，因此选用双次梁方案。

⑵对于单层和双层停车库，双次梁方案在造价和净高方面均存在优势，因此采用双次梁方案。

4 结构超限设计

本工程属于剪力墙结构，结构高度164.75m＞150m，超B 级高度，高度超限，同时存在扭转不规则、偏心布置、凹凸不规则和尺寸突变（多塔），按照建质[2015]67 号《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》的规定，本工程属于超B 级高度一般不规则超限高层结构。针对本工程超限情况，采取了以下计算手段及加强措施：

⑴采用两个不同的弹性分析程序YJK 软件与MIDAS 软件进行分析对比，互相校核结果，相差不超过10%，表明结构整体计算指标准确可靠；

⑵采用弹性时程分析法进行多遇地震下补充计算，输入两组人工波和五组天然波，结构地震效应取多组时程曲线的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值；

⑶对结构进行抗震性能设计，根据抗震中不同构件的重要性及其作用，将构件分为关键构件、普通构件和耗能构件，采用YJK 软件按C 级性能目标进行中震、大震作用下的性能分析，并根据计算结果采取相应的加强措施；

⑷罕遇地震作用下，采用PKPM-SAUSAG 进行动力弹塑性分析，结构层间位移角最大值为1/195，满足规范1/150 限值，结构整体刚度的退化没有导致结构倒塌，满足“大震不倒”设防要求。大部分连梁和部分框架梁屈服，部分达到重度或严重损坏，对降低竖向构件的损伤起到重要作用；部分剪力墙混凝土出现轻微至轻度损伤，满足性能水准要求。因此，结构整体抗震性能良好，与预期性能目标吻合。

5 基础设计

本工程无地下室，持力层为中微风化岩，塔楼下采用筏板天然基础，纯裙房部位采用柱下独立基础+防水板。室外地坪算至基础底面基础埋置深度为2.1m，小于规范要求的基础最小埋置深度164.75/18=9.2m，需补充进行结构整体抗倾覆和抗滑移验算。对于抗倾覆验算，控制指标为高宽比大于4 的高层建筑，基础底面不宜出现零应力区[3]，并且抗倾覆稳定性安全系数Kr 不小于1.5[4]，对于桩筏基础应保证桩不应出现拉力。对于抗滑移验算，控制指标则为抗滑移稳定性安全系数Ks不小于1.3[4]。

水平荷载分别为50 年风荷载和中震作用。其中抗倾覆验算时采用荷载组合：50 年风荷载组合为1.00(恒载)±1.50（X 风）/1.40（Y 风），中震组合为1.0（恒载)±1.00（X 地震）/1.00（Y 地震）；对于抗滑移验算，荷载分别取50 年风荷载和中震作用下结构基底剪力，计算示意如图5。

图5 抗倾覆、抗滑移示意图

结构整体抗倾覆验算如表3。通过YJK 基础模块，分别计算50 年风荷载和中震四种工况（+X、-X、+Y、-Y）下零应力区复核，结构表明筏板下均为压力，无零应力区。

表3 结构整体抗倾覆验算结果

对于结构抗滑移验算，偏安全简化计算，假定基底剪力全部由塔楼下筏板底的摩擦力承担，不考虑筏板周边岩石嵌固作用提供的水平力。塔楼下2m 厚的筏板持力层为中/微风化岩，上部结构恒载重量106798t，表面粗糙的硬质岩摩擦系数μ 取值范围为0.65～0.75[5]，偏安全起见，假定滑动摩擦系数为0.1，则可以提供的抗滑移摩擦力为106798kN。抗滑移摩擦力/50 年风荷载基底剪力14849kN=7.2＞1.3，抗滑移摩擦力/中震基底剪力30772kN=3.5＞1.3，满足整体抗滑移要求。

综上所得，50 年风荷载和中震相应荷载组合作用下，筏板底均未出现零应力区，抗倾覆稳定性安全系数均远大于1.5，抗滑移稳定性安全系数均大于1.3，结构整体抗倾覆和抗滑移满足要求。