設(shè)沉降縫的不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計實例分析

趙端

（太原理工大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，山西 太原 030024；太原理工大學(xué)建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

一、工程概況

某建筑在平面上為不規(guī)則形狀（下圖），且各部分高度也不完全一致，故將整個建筑用沉降縫劃分為A、B、C三個區(qū)域，如圖1所示。A、B區(qū)地下一層，層高4.8 m，地上1 5層，建筑高度5 7.9 0 0 m；C區(qū)地下一層，層高4.8 m，地上5層，建筑高度2 1.0 0 0 m。此建筑設(shè)計使用年限5 0年，結(jié)構(gòu)安全等級為二級，抗震設(shè)防類別為丙類。A、B區(qū)為商業(yè)辦公樓，C區(qū)為超市。

二、自然條件及地質(zhì)情況

場地地基土各主要土層的工程地質(zhì)特征見下表1（按自上而下排序）：

表1土層的工程地質(zhì)特征

此工程為Ⅲ類建筑場地類別，8度抗震設(shè)防烈度，設(shè)計基本地震加速度值為0.2 g，設(shè)計地震分組屬第一組。5 0年一遇基本風(fēng)壓值0.4 0 k N/m2，5 0年一遇基本雪壓值0.3 5 k N/m2。地下水類型為孔隙潛水，地下水穩(wěn)定水位埋深為1 0.6 0~1 0.9 0 m，考慮干濕交替時場地地下水對混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋均不具腐蝕性；在長期浸水條件下，場地地下水對混凝土結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋均不具腐蝕性。場地可按非液化場地進(jìn)行設(shè)計，可不考慮地基土的震陷問題。

三、地基處理及基礎(chǔ)形式

據(jù)相應(yīng)巖土工程勘察報告顯示，天然地基不能滿足使用要求，經(jīng)綜合考慮，A、B區(qū)采用長螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓C F G樁進(jìn)行地基處理，從而提高地基的承載能力。通過計算，樁直徑為4 0 0 m m，正方形布樁，樁距1.4 m×1.4 m，有效樁長1 5.3 m，樁體混凝土強(qiáng)度等級C 2 0，且要求單樁承載力特征值≥500 k N，要求處理后的復(fù)合地基承載力特征值≥3 5 0 k p a。C區(qū)地基處理采用整片墊層法，墊層厚為2 m，要求處理后的地基承載力特征值≥1 5 0 k p a。

根據(jù)地基承載力大小、主體結(jié)構(gòu)布置以及場地地質(zhì)情況，A、B、C區(qū)均采用梁板式筏型基礎(chǔ)，A、B區(qū)筏型基礎(chǔ)板厚為1 0 0 0 m m，C區(qū)筏型基礎(chǔ)板厚為6 0 0 m m。地基基礎(chǔ)設(shè)計等級A、B區(qū)為乙級，C區(qū)為丙級。

四、結(jié)構(gòu)主體設(shè)計

1.結(jié)構(gòu)選型

A、B區(qū)結(jié)構(gòu)體系采用鋼筋混凝土框架——抗震墻結(jié)構(gòu)，其抗震墻的抗震等級為一級，框架的抗震等級為二級；C區(qū)結(jié)構(gòu)體系采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，其框架的抗震等級為二級。

2.主要荷載取值

表2設(shè)計采用主要活荷載標(biāo)準(zhǔn)值 k N/m2

此外，門廳 走廊 樓梯荷載，對于餐廳和辦公室取2.5 k N/m2、對于客房取 2.0 k N/m2、對于其他取 2.0 k N/m2。屋面、挑檐、雨篷的施工或檢修荷載取每平方米1.0 k N、陽臺欄桿頂部水平荷載取每平方米0.5 k N。大型設(shè)備按實際情況取值。

3.主要結(jié)構(gòu)材料選用

表3A、B區(qū)混凝土強(qiáng)度等級表

表4 C區(qū)混凝土強(qiáng)度等級表

此外，主要采用的鋼筋為H P B 3 0 0和H R B 3 3 5級鋼筋，鋼板及型鋼采用Q 2 3 5級。標(biāo)高±0.0 0 0以下墻體材料采用M U 1 0黏土實心磚，M 1 0水泥砂漿砌筑；標(biāo)高±0.0 0 0以上墻體材料采用M U 2.5加氣混凝土砌塊（容重小于6 k N/m3），M 5混合砂漿砌筑。

4.主要受力構(gòu)件尺寸取值

表5 A、B區(qū)結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件尺寸 mm×mm

表6 C區(qū)結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件尺寸 mm×mm

5.計算軟件及計算依據(jù)

該工程在計算時所用的程序為中國建筑科學(xué)研究院編制的高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與計算軟件P K-P M。計算依據(jù)為建筑條件圖以及《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007－2011、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2010、《高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010、《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011－2010等國家相關(guān)規(guī)范。

6.計算結(jié)果分析

（1）位移比

在考慮地震力偶然偏心的條件下，最大位移與層平均位移的比值：X向為1.1 7，Y向為1.1 8；最大層間位移與平均層間位移的比值：X向為1.1 6，Y向為1.1 7。位移比均小于1.2，故不需考慮雙向地震作用。

（2）層間位移

計算時不考慮偶然偏心的影響，也不扣除整體彎曲變形，則X方向地震力作用下的樓層最大位移為：1/1 0 1 0；Y方向地震力作用下的樓層最大位移1/8 8 0，均小于1/8 0 0，滿足規(guī)范要求。

（3）剪重比

底層水平剪力與結(jié)構(gòu)總重力荷載代表值比值：X向為4.9 0%；Y向為4.6 6%，均大于抗規(guī)5.2.5條要求的樓層最小剪重比3.2 0%，滿足要求。

（4）剛度比

結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定驗算：其X向的剛重比E J d/G H 2=1 1.1 7；Y向的剛重比E J d/G H 2=8.3 4，均大于1.4，滿足高規(guī)5.4.4條的整體穩(wěn)定驗算，同時也均大于2.7，可以不必考慮重力二階效應(yīng)的影響。

（5）軸壓比

以框柱3為例進(jìn)行說明，其底層軸壓比為0.7 1，滿足高層建筑規(guī)范6.4.2條小于0.7 5的規(guī)定，其余框架柱也同樣滿足要求。

（6）周期比

表4考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時的計算結(jié)果

結(jié)構(gòu)以扭轉(zhuǎn)為主與以平動為主的第一周期比為1.0 9 8 4/1.5 9 2 0=0.6 8 9 9＜0.9；其地震作用的最大方向為負(fù)6 9.9 4 7度；有效質(zhì)量系數(shù)：X方向為9 9.5 4%；Y方向為9 9.5 8%。

（7）框架柱地震傾覆彎矩百分比

在基本振型的地震作用下，框架部分承受的地震傾覆力矩占結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的百分比：X向為2 8.9 7%；Y向為2 3.0 1%，均小于5 0%，故本建筑中框架的抗震等級按照框剪設(shè)計是合理的。

計算結(jié)果表明，不規(guī)則建筑設(shè)置沉降縫進(jìn)行分區(qū)設(shè)計能夠滿足受力要求，各項指標(biāo)均能符合規(guī)范限值，因此該設(shè)計過程合理正確。