民生大廈結(jié)構(gòu)選型及設(shè)計(jì)

王一功

廣州市設(shè)計(jì)院

1 基本參數(shù)

民生大廈是位于廣州市天河區(qū)的一棟高層建筑.地上24層,地下4層,主屋面高度99.7m,地下室底板面-19.500m.設(shè)計(jì)軟件為PKPM 系列程序中的SATWE軟件.

在計(jì)算風(fēng)荷作用下結(jié)構(gòu)水平位移時(shí),基本風(fēng)壓取Wo=0.50kN/m2(n=50年),在計(jì)算風(fēng)荷作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度時(shí),基本風(fēng)壓取Wo=0.60kN/m2(n=100年),地面粗糙度D類,建筑體形系數(shù)μ s=1.40.

根據(jù)《廣東省地震烈度區(qū)劃圖》、《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》,本工程屬丙類建筑,場(chǎng)地地震設(shè)防烈度為7度.由于本建筑高度超過80m,根據(jù)《工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)估報(bào)告》,常遇地震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜地震作用最大影響系數(shù)取0.097,場(chǎng)地特征周期取0.35s.

本建筑采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu),根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》屬于A類高層.地下一層及以上框架及剪力墻抗震等級(jí)為二級(jí),以下樓層框架及剪力墻抗震等級(jí)為三級(jí).

2 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體系布置

本結(jié)構(gòu)采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)形式.結(jié)合建筑功能,構(gòu)將剪力墻呈筒狀布置于建筑兩端(詳圖一).相對(duì)于框架-核心筒結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)方案將主要抗側(cè)力構(gòu)件置于外圍,取得了較佳的抗扭性能.

圖1 標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)布置圖

由表一可見結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)周期位于第三周期,而與第一平動(dòng)周期比值達(dá)到0.656.由表二可見在地震作用下,除Y+5%偏心作用下的最大位移與平均位移為1.23外,其它地震工況作用下的最大位移與層間位移比值均小于1.20.由上可知,本結(jié)構(gòu)的抗扭轉(zhuǎn)性能較佳,將剪力墻呈筒狀布置于建筑兩端的結(jié)構(gòu)方案是成功的.

表1 周期計(jì)算結(jié)果

表2 地震作用下位移計(jì)算結(jié)果

3 構(gòu)件設(shè)計(jì)

為了控制構(gòu)件截面,下部樓層框架柱采用了鋼骨混凝土柱.鋼骨混凝土柱的縱筋布置方式一般分為分布式與集中式兩種.分布式布筋是將縱筋沿柱周均勻布置,一般用于鋼骨混凝土柱與混凝土梁連接的情況;集中式配筋是將縱筋集中布置于柱角部,一般用于鋼骨混凝土柱與鋼梁連接的情況,以期讓柱縱筋可以避開鋼梁.

由于地下室為混凝土梁,所以鋼骨柱縱筋采用了分布式布置.在箍筋布置上,除外箍外,均采用了菱形箍,以便避讓鋼骨.

圖2 鋼骨柱布筋圖

圖3 鋼筋與柱鋼骨連接大樣

采用鋼骨混凝土柱的一個(gè)難題是梁鋼筋的穿筋與錨固.由于本項(xiàng)目采用鋼骨混凝土柱主要是為了控制柱軸壓比,混凝土內(nèi)部鋼骨達(dá)到所需截面面積即可.因此柱內(nèi)鋼骨翼緣寬度控制為200mm,以減少對(duì)梁鋼筋的阻擋.上部鋼筋如遇到翼緣則與焊板焊接;如遇腹板則開孔通過.梁下部縱筋如遇到翼緣則與焊板焊接;可以避開鋼骨翼緣的梁下部縱筋,由于滿足錨固長(zhǎng)度,則在靠近鋼骨腹板處彎折錨固.

梁縱筋與柱鋼骨焊接板標(biāo)準(zhǔn)圖集多采用一短H型鋼.由于短H型鋼腹板的存在,阻擋了柱節(jié)點(diǎn)箍筋的通過,無論采用穿孔通過還是焊接于短H型鋼腹板兩側(cè),工地均較難處理.所以該項(xiàng)目中焊接板采用了T形式——平板下僅加一短豎向加勁板,則柱節(jié)點(diǎn)箍筋可自由通過,極大的方便了施工.

同時(shí)在梁鋼筋配置時(shí),由于十字形鋼骨平行縱筋的翼緣板厚度會(huì)占去一定的縱筋通過空間,所以第一排梁縱筋布置時(shí)需比普通混凝土梁-柱情況下少配置1～2根(與翼緣板實(shí)際厚度有關(guān)).混凝土梁第一排縱筋遇到垂直向鋼骨翼緣時(shí)焊接于焊板之上,第二排縱筋如要焊接則只能仰焊于焊板之上,操作難度太大.因此第二排梁縱筋需比第一排梁縱筋再少配置3～4根(與柱鋼骨翼緣實(shí)際寬度有關(guān)).故此采用混凝土梁-鋼骨混凝土柱的情況下,梁寬應(yīng)適當(dāng)加寬,以方便鋼筋通過.

本結(jié)構(gòu)下部豎向構(gòu)件最高混凝土等級(jí)采用C60混凝土.根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn),C50以上剪力墻較容易產(chǎn)生收縮裂縫.因此適當(dāng)提高了高標(biāo)號(hào)剪力墻的水平向配筋率.

圖5 局部基礎(chǔ)布置圖

由于地下室較深,地下室底板已到微風(fēng)化巖層.因此最初設(shè)計(jì)時(shí)擬采用平板筏基.但經(jīng)過試算,發(fā)現(xiàn)如采用較小板厚,則柱下沖切無法滿足要求.如果采用柱局部加厚的方法,則把加厚區(qū)適當(dāng)加寬,成為巖石獨(dú)立基礎(chǔ),就已可滿足地基承載力要求.在這種情況下,大部分地下室底板配筋僅受水浮力控制,布置抗拔錨桿后,底板厚度及配筋可大幅度減小,取得較好的經(jīng)濟(jì)效益.

抗拔錨桿及底板設(shè)計(jì)時(shí)采用了有限元方法.框架柱作為底板的支座,約束了豎向位移.獨(dú)立基礎(chǔ)及地下室底板采用了不同厚度的殼單元模擬,抗拔錨桿采用桁架單元模擬.如果抗拔錨桿等間距布置,則錨桿受力差別很大.底板板塊中部錨桿受力明顯大于柱間區(qū)域.因而抗拔錨桿布置時(shí)采用了分區(qū)布置的方法,板塊跨中區(qū)域布置較密,而柱間區(qū)域則布置較疏.

4 結(jié) 論

綜上所述,剪力墻呈筒狀布置于建筑兩側(cè),是一種合理有效的結(jié)構(gòu)布置形式.

當(dāng)采用鋼骨混凝土柱時(shí),宜采用菱形箍以避讓鋼骨.在允許的情況下,柱鋼骨翼緣宜采用較小寬度,以讓盡量多的梁縱筋直通.柱鋼骨翼緣焊板采用T形形式,比短H型鋼形式有利于柱節(jié)點(diǎn)箍筋的處理.梁縱筋布置時(shí)需考慮柱鋼骨的阻擋,根據(jù)實(shí)際情況減少每排縱筋的數(shù)量.

對(duì)于高標(biāo)號(hào)混凝土剪力墻宜適當(dāng)增加水平分布筋配筋率,以減少收縮裂縫.

對(duì)于地下室底板已接近巖層的結(jié)構(gòu),采用巖石獨(dú)立基礎(chǔ)+不均勻布置的抗拔錨桿的基礎(chǔ)形式,可以取得較好的經(jīng)濟(jì)效益.

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