小高層結(jié)構(gòu)設(shè)計實踐

張 強

長春高新區(qū)長東北核心區(qū)規(guī)劃工作部，吉林長春 130102

1 工程概況

本工程包括1～9#樓十四幢十～十一層小高層住宅、15～19#樓五幢六層多層商品樓和一層地下室。本工程為6度設(shè)防烈度，設(shè)計基本加速度0.05g，鑒于建筑用途為住宅，設(shè)防類別定位丙類。結(jié)構(gòu)設(shè)計按照6度抗震設(shè)防烈度，地區(qū)基本風(fēng)壓為0.60kN/m2，地面粗糙度為C類；基本雪壓為0.35kN/m2。

2 模型合理調(diào)整

對于小高層結(jié)構(gòu)來說，從建筑高度上考慮，其結(jié)構(gòu)類型一般都選用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，對于框架剪力墻結(jié)構(gòu)模型必須采取合理的調(diào)整而使得設(shè)計更加符合實際情況。對于框架剪力墻模型的調(diào)整類似與框架結(jié)構(gòu)中的模型修改和結(jié)構(gòu)計算過程中需運用的技巧和方法，只是相對來說，框架剪力墻結(jié)構(gòu)模型調(diào)整中，除對于框架梁柱有要求外，還有剪力墻的合理數(shù)量布置、設(shè)置部位以及剪力墻厚度、剛度等根據(jù)結(jié)構(gòu)特別來采取設(shè)置。

1）工程實踐表明，對于框架剪力墻結(jié)構(gòu)來說，剪力墻的布置合理非常重要。布置剪力墻時首先要清晰剪力墻在結(jié)構(gòu)受力中的作用，其主要是承受結(jié)構(gòu)在水平作用下所引起的剪力。但剪力墻布置并不是越多越好，剪力墻布置過多將造成結(jié)構(gòu)承受較大剛度，從而承受更大的地震效應(yīng)，顯然對于結(jié)構(gòu)設(shè)計原意圖來說這是不合理的；

2）通過工程設(shè)計經(jīng)驗來看，對于進行框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻布置可以采取有效的簡化方法。例如先采取手算了初步判定框架梁柱以及剪力墻布置的位置與截面尺寸等，然后結(jié)合電算的計算結(jié)果，判斷結(jié)構(gòu)位移比、周期比等參數(shù)是否滿足規(guī)范設(shè)計要求；

3）框架-剪力墻結(jié)構(gòu)剪力墻調(diào)整?？蚣芰号c剪力墻連接為鉸接，當(dāng)已知建筑物總高度H，總重力荷載代表值GE、場地類別等，可查表得參數(shù)ψ，按下式求出參數(shù)β，已知β后查表得結(jié)構(gòu)剛度特征值λ，然后已知λ、H、Cf可由下式求得所需的剪力墻平均總剛度EIW（kN/m2）。同時，在設(shè)計中為了有效地使框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻構(gòu)件所承受的地震傾覆力矩大于總傾覆力矩的50%，可通過控制剛度特征值小于2.4來實現(xiàn)。同時剛度特征值的取值必須考慮到框架承受的剪力影響，為了使框架最大樓層剪力限制于0.2FEK，剛度特征值應(yīng)當(dāng)大于1.15。然后根據(jù)實際結(jié)構(gòu)的剪力墻剛度與通過公式手算的剛度進行對比，如果計算得到剪力墻剛度與實際結(jié)構(gòu)剛度稍大或者相近，則表明結(jié)構(gòu)的位移可滿足規(guī)范要求，則可繼續(xù)進行結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算。如果實際結(jié)構(gòu)的剪力墻剛度大很多，則應(yīng)當(dāng)重新調(diào)整結(jié)構(gòu)的剪力墻；

4）通過調(diào)整框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻布置是可使得結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范規(guī)定位移限值，但剪力墻剛度并不意味著越大越好。從工程實踐表明，剛度即使增大一半，但在水平地震作用下，位移才比之前減小僅13%～19%，因為最終框架所分配的剪力只是在較小范圍內(nèi)變化。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

本項目的1#～14樓為小高層住宅，高度均低于60m，因此適宜采用現(xiàn)澆框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系?？拐鸬燃壙蚣芩募?，剪力墻四級。15～19#樓為六層多層住宅，采用現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)，抗震等級框架四級。各樓均采用鋼筋砼現(xiàn)澆樓蓋。從抗震性能效果上看，結(jié)構(gòu)布置合理，整體抗震性能良好，又能很好的滿足建筑造型和使用功能的需要。本工程基礎(chǔ)設(shè)計考慮樁基礎(chǔ)，樁基擬采用先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，其具有造價低，施工過程中質(zhì)量易控制，施工工藝簡單，施工工期相對較短、樁身質(zhì)量容易保證等優(yōu)點。

本工程地下室部分采用甲類核六級人防平戰(zhàn)相結(jié)合。人防地下室頂板厚250mm，非人防地下室頂板厚180mm，外墻板厚300mm～350mm，底板厚400mm。鑒于地下室面積較大，地下室頂板采用鋼筋混凝土梁柱結(jié)構(gòu)，考慮各種因素，地下室不設(shè)逢。在主樓與地下室之間設(shè)沉降后澆帶，待主樓結(jié)頂后再施工。對地下室及結(jié)構(gòu)單元長度超過規(guī)范規(guī)定的最大伸縮縫間距要求的部分，設(shè)置溫度伸縮后澆帶，待兩側(cè)混凝土達(dá)到強度后一個月以上封閉。另外，本工程為超長結(jié)構(gòu)，同時為了有效地減少超長帶來的砼收縮和溫度應(yīng)力等對結(jié)構(gòu)的不利影響，擬采取以下措施：

1）在設(shè)計上適當(dāng)提高基礎(chǔ)及地下室頂板的最小配筋率，配筋率控制在0.30%左右，頂板采用雙層貫通配筋；2）材料選取上混凝土原材料應(yīng)采用低收縮、低水化熱水泥（例如粉煤灰水泥等），采用碎石骨料，基礎(chǔ)底板的混凝土加入適量防水劑；地下室混凝土在嚴(yán)格控制混凝土外加劑的品種、質(zhì)量和劑量的同時，可以考慮摻微膨脹劑與纖維；3）施工上通過控制混凝土的澆筑時間和澆筑溫度，以部分抵消混凝土收縮和溫度應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的不利影響。在混凝土澆筑施工中，應(yīng)采取二次振搗措施，并應(yīng)加強混凝土養(yǎng)護，特別是前期養(yǎng)護。

4 結(jié)構(gòu)分析

本工程使用中國建筑科學(xué)研究院PKPMCAD工程部編制的結(jié)構(gòu)分析程序《多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計軟件SATWE》（2008版）進行結(jié)構(gòu)分析。分析中考慮樓板開洞的影響，上部結(jié)構(gòu)與地下室作為一個整體，上部結(jié)構(gòu)的嵌固點位于地下室頂板；地震的作用和風(fēng)荷載按兩個主軸方向作用，同時考慮5%的偶然偏心地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響；本工程基礎(chǔ)設(shè)計采用PKPM的JCCAD版進行計算。

5 結(jié)論

本文通過結(jié)合某小高層設(shè)計實例，提出建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算模型應(yīng)當(dāng)結(jié)合實際情況而采取合理的調(diào)整，筆者提出框架剪力墻結(jié)構(gòu)的模型調(diào)整技巧，以及本小高層設(shè)計的相關(guān)要點。

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