探討某抗震墻結構形式住宅設計

劉 麗

（太原城市職業(yè)技術學院，山西 太原 030027）

一、工程概況

此建筑為一公寓住宅樓，總長53.10m，總寬17.40m，總高度41.70m。其中地上十四層（含一層閣樓層），坡屋頂局部電梯機房、水箱間各一層，地下一層。地下室一層層高3.0m，主樓一至十三層層高3.0m、閣樓層層高3.05m，坡屋頂電梯機房層高4.8m，水箱間層高3.3m。其中地上部分為住宅，地下部分為庫房。總建筑面積為12125.39m2。本公寓住宅樓有50年的設計使用年限，地下室和地上部分防火等級分別為一級和二級。

二、自然條件及地質情況

本公寓住宅樓為Ⅲ類場地，中等液化等級，建設地點為太原。按照國家規(guī)范要求，設計地震分組屬于第一組，特征周期值查表得為0.45s，抗震設防烈度I為8度，相應的取設計基本地震加速度與重力加速度之比K=0.2。自然條件取值：基本風壓值為0.40kN/m2（R=50），基本雪壓值為0.35kN/m2（R=50），按照國家氣象資料取值凍土深度為0.80m。自上而下場地基土各主要土層的工程地質特性見下表：

表1 土層的工程地質特性

工程場地從大的地貌上看屬于汾河沖洪積平原，組成巖性為人工填土、濕陷性粉土、粉土及粉質黏土。地下水穩(wěn)定水位介于現(xiàn)地表以下3.5m至5.15m之間，屬孔隙潛水，年水位變幅約1.0m。在Ⅰ類環(huán)境下，地下潛水對本結構地下部分有中級腐蝕性，對本結構中的鋼筋沒有腐蝕性。地基土對混凝土及混凝土中鋼筋具弱腐蝕性。場地為穩(wěn)定場地，地基為均勻地基。

三、地基處理及基礎形式

根據(jù)相應的工程勘察報告，若采用天然地基，則不能滿足承載力要求。又由于場地為中等液化地基，為消除液化并提高承載力，須對地基進行處理。經(jīng)各方面因素綜合考量，最終確定采用CFG(水泥粉煤灰碎石樁)樁插打砂石樁復合地基，樁的施打順序為先砂石樁后CFG樁。經(jīng)計算分析，其中插打的砂石樁采用樁徑D=0.4m，正方形布置，間距S=1.2m，有效樁長L=12m，為消除液化，采用振動沉管成樁法。而其中主要承受豎向荷載的CFG樁采用正方形布樁，樁徑D=0.4m，間距S=1.2m，有效樁長L=18m，樁體混凝土強度C15，采用長螺旋鉆孔壓力灌法，且要求單樁承載力特征值≥470kN，取值不小于350kpa的復合地基承載力特征值。地基基礎設計等級為乙級。

根據(jù)場地地質情況、主體結構荷載及形式等，此建筑采用筏板基礎，筏板厚700mm，且基礎混凝土墊層為100mm的C15素混凝土。

四、結構主體設計

1.結構選型

考慮到此建筑為公寓住宅樓，建筑布局相對來說不需要很靈活，在功能上不需要大空間、大層高、大柱網(wǎng)，同時兼顧建筑良好的抗側力性能等方面的因素，最后確定采用鋼筋混凝土抗震墻結構形式。這種結構體系整體剛度大，抵抗側向變形能力強，抗震性能好，滿足經(jīng)濟、安全、合理等各方面的要求。具體設計時采用了完全對稱的布局形式，以使兩個方向的抗側剛度接近，且在多處形成了不完全封閉的筒體，剪力墻延豎向貫通建筑全高，在開設洞口處設置連梁，墻端設置邊緣構件。依據(jù)相應規(guī)范，其剪力墻的抗震等級為二級。

2.主要荷載取值

表2 設計采用主要活荷載標準值 kN/m2

另外，施工檢修集中荷載取1kN/m、欄桿頂部水平荷載取0.5kN/m。

3.主要結構材料選取

表3 主要結構構件的混凝土強度等級

同時，受力預埋件的鋼筋均采用國標Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級鋼筋，預制構件的吊環(huán)按照混凝土規(guī)范的要求均采用HPB300（Ⅰ級）鋼筋。本建筑±零米以下內隔墻采用黏土實心磚，要求強度等級為MU10，水泥砂漿要求其強度等級M7.5；±零米以上內隔墻和外隔墻均采用A3.5加氣混凝土砌塊，混合砂漿砌筑，要求砂漿強度等級M5.0，且砌塊容重≤6.0kN/m3?？刂破鲶w施工質量等級為B級，滿足基本建筑要求。

4.主要受力構件尺寸取值

表4 主樓結構主要構件尺寸 mm×mm

另外，對于純剪力墻結構，同樣需要給予重視的是對于剪力墻邊緣構件的設置。按照規(guī)范的要求，對于此建筑，其底部加強部位位于地下一層至地上二層，其約束邊緣構件的設置部位位于地下一層至地上三層，而四層及以上則設置構造邊緣構件即可，具體做法和要求應符合高層建筑規(guī)范7.2.14~7.2.16條的規(guī)定。在此不再詳述過程和結果。

5.計算結果分析

（1）位移比

基于樓板剛性假定，在考慮偶然偏心條件下，最大位移與層平均位移的比值：X向為1.05，Y向為1.19；最大層間位移與平均層間位移的比值：X向為1.03，Y向為1.18。位移比不超過1.2，不需要考慮雙向地震作用。風荷載作用時的內力組合下，層間最大位移值與樓層的平均位移值的比（Ratio）是：X軸—1.04，Y軸—1.03；最大層間位移值與平均層間位移值的比（Ratio）是：X軸—1.03，Y軸—1.05，滿足規(guī)范要求。

（2）層間位移

計算時不扣除整體彎曲變形，同時不考慮偶然偏心的影響，X方向地震力作用下的最大值層間位移角=1/1354＜1/1000；Y方向地震力作用下的最大值層間位移角=1/1161＜1/1000，均能滿足高層建筑規(guī)范3.7.3條的限值要求。

（3）剪重比

底層水平剪力與結構總重力荷載代表值比值：X方向為6.48%；Y方向為6.50%，均大于抗震規(guī)范5.2.5條要求的樓層最小剪重比3.20%。因此計算結果滿足相應要求。

（4）剛重比

進行結構整體穩(wěn)定驗算：其X方向的剛度重量比值EJd/GH2為17.16；Y方向的剛度重量比值EJd/GH2為16.71，都不小于1.4，能夠滿足國標規(guī)范《高規(guī)》第5.4.4條的整穩(wěn)計算公式，也都不小于2.7，因此可不再考慮P-Δ效應對結構所產(chǎn)生的不利因素。

（5）周期比

表5 考慮扭轉耦聯(lián)時的計算結果

本建筑基于扭轉為主的Tt和基于平動為主的T1之比是0.7801/0.9073=0.8598＜0.9；地震作用最大的方向為負0.084度；其有效質量系數(shù)：X向97.73%；Y向97.60%，滿足要求。

五、結語

以上計算分析結果表明，本建筑采用抗震墻結構形式比較合理，滿足了建筑經(jīng)濟、安全、適用、美觀的總體要求，結構計算結果比較理想。

（1）加強底部加強區(qū)剪力墻配筋，減小豎向構件軸壓比，滿足規(guī)范要求；

（2）根據(jù)靜力彈塑性分析結果對薄弱部位進行加強，滿足“大震不倒”；

（3）抗震墻布置位置合理，符合力學原理和要求，并設置多道防線，使結構具有較好的延性，滿足“三水準”的抗震設防要求。

（4）采用二元復合地基，節(jié)約成本，處理方式靈活可靠，取得良好的經(jīng)濟效益。

總之，整體結構抗震墻布局合理，結構構件截面尺寸適當，各項指標均符合國家規(guī)范要求，具有良好的抗震性能，滿足設計要求。

[1]方正.某高層建筑結構設計探討[J].四川建材,2011（3）.

[2]王遂峰.某混合結構高層建筑結構設計 [J].福建建筑,2011（10）.