某小區(qū)超高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

朱運(yùn)川(中鐵工程設(shè)計(jì)院有限公司，北京100038)

某小區(qū)超高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

朱運(yùn)川
(中鐵工程設(shè)計(jì)院有限公司，北京100038)

以某小區(qū)超高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，詳細(xì)介紹了地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)整體計(jì)算分析、超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施、超限對(duì)策及加強(qiáng)措施等內(nèi)容，期望能為類似工程設(shè)計(jì)提供參考或借鑒。

超高層；結(jié)構(gòu)分析；地基基礎(chǔ)；溫度應(yīng)力；超限

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.11.001

1　引言

目前，超高層住宅已成為一線城市住宅的規(guī)劃發(fā)展趨勢(shì)，隨著客戶對(duì)戶型、采光、通風(fēng)等要求越來(lái)越高，同時(shí)小區(qū)要考慮停車、娛樂(lè)、商業(yè)、學(xué)校、醫(yī)療等配套設(shè)施，這給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)相當(dāng)大的難度和挑戰(zhàn)。本文就工程實(shí)際遇到的問(wèn)題和解決方案進(jìn)行了歸納和總結(jié)，為類似工程提供可借鑒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

2　工程概況

本工程是一個(gè)集停車、商業(yè)、娛樂(lè)、餐飲、學(xué)校、住宅為一體的5塔樓大底盤(pán)超高層建筑，塔樓共48層，裙樓2層，局部4層，總建筑高度149m。地下4層地下室，地下室埋深18m。建筑面積約317 800m2。其中，地上建筑面積222800m2，由5棟塔樓組成（包含住宅建筑面積185 200m2（含安居商品房44059m2），商業(yè)建筑面積31660m2，公共配套設(shè)施建筑面積 5 940m2），地下建筑面積約95 000m2（包含地下商業(yè)20000m2，地下車庫(kù)及設(shè)備用房約75000m2），建筑鳥(niǎo)瞰效果圖見(jiàn)圖1。

圖1　某超高層住宅鳥(niǎo)瞰效果圖

3　地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

本工程將地下室平面分為塔樓和裙房（含地下車庫(kù)）兩個(gè)區(qū)域?；A(chǔ)形式根據(jù)這兩個(gè)區(qū)域的土層分布、地基承載力、上部荷載及裙房（含地下車庫(kù)）區(qū)域的抗浮等因素，綜合考慮不同區(qū)域的沉降差。裙房和塔樓荷載差異較大且采用大底盤(pán)無(wú)縫設(shè)計(jì)，為調(diào)整兩個(gè)區(qū)域的沉降差不僅要調(diào)整時(shí)間差，即設(shè)置沉降后澆帶，待后澆帶兩側(cè)混凝土結(jié)構(gòu)達(dá)到一定樓層，結(jié)構(gòu)的初期變形得到釋放后封閉，而且還要調(diào)整壓力差，即兩個(gè)區(qū)域采用不同的樁基形式和持力層來(lái)補(bǔ)償壓力產(chǎn)生的沉降差；并且在裙房和塔樓交界線處，設(shè)置剛性基礎(chǔ)梁來(lái)過(guò)渡，見(jiàn)圖2。

圖2　塔樓與裙樓基礎(chǔ)交界處剖面示意圖

經(jīng)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)對(duì)比優(yōu)化，本工程塔樓采用人工挖孔樁基礎(chǔ)，樁徑采用1400mm,1600mm兩種，柱下盡可能采用大直徑單樁，受力明確直接，樁端持力層為微風(fēng)化巖。塔樓范圍外為純地下室和2~4層商鋪，由于地下水位較高，結(jié)構(gòu)自重及地面回填土不能平衡水浮力，需要進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)，抗浮設(shè)計(jì)方案通過(guò)對(duì)盲溝與抗拔樁的對(duì)比分析，盲溝比較適用于地型高差較大，對(duì)周邊環(huán)境影響不大的工程。本工程周邊臨近地鐵及部分民房，且地勢(shì)平坦，最后采用抗拔樁方案，裙房（含地下車庫(kù)）抗拔樁采用直徑500mm高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁，即要滿足抗壓要求，又要滿足抗浮要求，根據(jù)上部荷載情況，合理調(diào)整樁的布局。

4　結(jié)構(gòu)整體計(jì)算分析

本工程抗震設(shè)防烈度7度，II類場(chǎng)地類別，設(shè)計(jì)分組第一組，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.10g，多遇地震水平地震影響系數(shù)最大值0.08，罕遇地震水平地震影響系數(shù)最大值0.50，反應(yīng)譜特征周期Tg=0.35s，阻尼比0.05，基本風(fēng)壓0.75（考慮對(duì)風(fēng)荷載敏感的高層建筑，承載力設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按1.1倍基本風(fēng)壓考慮），C類地面粗糙度,屬丙類建筑，框支框架抗震等級(jí)為特一級(jí)，塔樓剪力墻為一級(jí)（-4~3層），二級(jí)（4層以上）[1，2]。結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)選定為C級(jí)。

根據(jù)住宅戶型及部分底商的要求，本工程采用框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系[3]，由于建筑平面不規(guī)則，周邊很多梁往里縮，周邊無(wú)法設(shè)置轉(zhuǎn)角墻，結(jié)構(gòu)的抗側(cè)和抗扭剛度比較弱，為滿足規(guī)范要求，對(duì)墻體的布置、厚度、截面收縮變化、周邊梁高對(duì)整體剛度的影響等進(jìn)行了大量計(jì)算分析對(duì)比，達(dá)到較好的效果。本工程剪力墻厚度由450mm收到200mm（周邊250mm），混凝土強(qiáng)度等級(jí)由C50變化至C30，盡量減小剪力墻的厚度，增加使用面積。樓蓋采用普通混凝土主次梁結(jié)構(gòu)，混凝土等級(jí)由C40變化至C25。

本工程根據(jù)STTWE程序計(jì)算分析，并采用M IDAS/GEN軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證，

表1為1#樓的計(jì)算結(jié)果。

表1　1#樓計(jì)算結(jié)果

從以上結(jié)果可知，兩種計(jì)算軟件的結(jié)果有些不同和差異，但計(jì)算結(jié)果還是保持一致的，計(jì)算模型符合實(shí)際工作狀態(tài)。

5　超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施

本工程地下室上187m，寬172m，長(zhǎng)度和寬度均超過(guò)規(guī)范允許伸縮縫最大長(zhǎng)度限值[4]，為了防止建筑物開(kāi)裂，保證正常使用，除采用規(guī)范要求的構(gòu)造措施、材料措施及施工措施外，本工程還采用以下處理措施。

5.1設(shè)置后澆帶

根據(jù)地下室車庫(kù)和塔樓的具體布置，在塔樓和車庫(kù)之間沿地下室兩個(gè)方向每隔30~40m設(shè)置1道貫通頂板、樓板、底板和側(cè)壁的收縮后澆帶，后澆帶寬1 000mm，收縮后澆帶和沉降后澆帶統(tǒng)一考慮布置，在兩側(cè)混凝土施工完成2個(gè)月后才能封閉（沉降后澆帶部分按樓層結(jié)構(gòu)主體進(jìn)度進(jìn)行封閉）。

5.2設(shè)置預(yù)應(yīng)力混凝土

因?yàn)榈叵率沂讓訕前迨菧囟茸蠲舾胁课?，為了解決因溫差引起的混凝土收縮開(kāi)裂，在首層樓板中沿縱橫兩個(gè)方向布置預(yù)應(yīng)力鋼筋，預(yù)應(yīng)力筋采用后張有黏結(jié)法，主要是抗裂用以減小溫度應(yīng)力，保證混凝土在使用階段不開(kāi)裂。預(yù)應(yīng)力筋采用直線布置，位置在樓板中間，預(yù)應(yīng)力筋采用s12.5mm鋼絞線，板中預(yù)應(yīng)力筋的張拉工作在混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后方可進(jìn)進(jìn)行。

5.3設(shè)置伸縮誘導(dǎo)縫

超長(zhǎng)地下室側(cè)壁是也是受溫度影響的敏感部位，容易在混凝土薄弱環(huán)節(jié)出現(xiàn)裂縫，根據(jù)以往工程實(shí)例，地下室側(cè)壁開(kāi)裂現(xiàn)象比較普遍，裂縫一般沒(méi)有規(guī)則，開(kāi)裂部位沒(méi)有規(guī)律，裂縫不容易控制。為了能讓地下室側(cè)壁混凝土溫度應(yīng)力得到有效釋放，在地下室側(cè)壁中間位置設(shè)置了2道誘導(dǎo)縫，該誘導(dǎo)縫槽寬1000mm，凸出外邊1000mm，同時(shí),該部位考慮后澆帶的位置，該誘導(dǎo)縫的設(shè)置，能讓混凝土有效的變形，減小混凝土溫度應(yīng)力，即使開(kāi)裂，也是有規(guī)律，和集中在誘導(dǎo)縫處，便于修補(bǔ)和處理，見(jiàn)圖3。

圖3　剪力墻誘導(dǎo)縫示意圖

6　超限對(duì)策及加強(qiáng)措施

本工程結(jié)構(gòu)上存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、凹凸不規(guī)則、高度超限等情況，屬B級(jí)高度超限高層建筑。針對(duì)以上超限，采取了以下加強(qiáng)措施。

1)采用兩個(gè)空間結(jié)構(gòu)分析程序SATWE和MADIS/GEN進(jìn)行計(jì)算比較，在地震作用下保證結(jié)構(gòu)整體承載力安全，滿足規(guī)范要求。

2)進(jìn)行彈性時(shí)程分析法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計(jì)算選取SATWE軟件自帶的三組實(shí)際強(qiáng)震的記錄的天然波，保證時(shí)程曲線由較高的保證率。

3)為滿足“小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震性能，進(jìn)行中震主要構(gòu)件不屈服補(bǔ)充分析，以及罕遇地震作用下的靜力彈塑性PUSHOVER分析獲取性能點(diǎn)，保證結(jié)構(gòu)安全。

4）計(jì)算并調(diào)整剪重比，避免長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)作用力偏小。

5）對(duì)標(biāo)準(zhǔn)層進(jìn)行中震下彈性樓板應(yīng)力分析，保證可靠的傳遞水平力和協(xié)調(diào)變形能力。

6）根據(jù)中震的計(jì)算結(jié)果，在各塔樓底部加強(qiáng)部位剪力墻角部及部分剪力墻肢暗柱內(nèi)配置型鋼，以提高延性和抗震性能。

7）采用高強(qiáng)度材料：控制軸壓比，剪力墻及框支柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C55;受力部位鋼筋采用高強(qiáng)度HRB400級(jí)鋼筋。

7　結(jié)語(yǔ)

各個(gè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)應(yīng)在結(jié)構(gòu)方案和細(xì)化設(shè)計(jì)上做充分考慮，做到技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理。地下室超長(zhǎng)設(shè)計(jì)需同時(shí)采取多種措施相結(jié)合，來(lái)解決沉降差和溫度應(yīng)力等問(wèn)題。應(yīng)注重結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)和采取抗震構(gòu)造措施來(lái)解決高層建筑超限問(wèn)題，在設(shè)計(jì)文件中進(jìn)行較為全面的分析和研究，對(duì)結(jié)構(gòu)薄弱部位采取針對(duì)性加強(qiáng)措施，提高結(jié)構(gòu)整體抗震性能。

【1】GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

【2】JGJ 3—2010高層建筑混凝土技術(shù)規(guī)程[S].

【3】徐培富.復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.

【4】GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

A District High-rise Residential Structure Design

ZHUYun-chuan
(ChinaRailwayEngineeringDesin InsthuiteCo.Ltd.,Beijing 100038,China)

W ithhigh-rise residentialstructuredesignofadistrictasanexample,introduced the foundation design,the overall structure calculation analysis,super-long concrete structure design measures,countermeasures and strengthen measures,overrunorofferreferenceforsim ilarengineeringdesign.

tall;structureanalysis;foundation;temperaturestress;overrun

TU241.8

B

1007-9467（2016）11-0019-03

朱運(yùn)川（1969～）,男，河南民權(quán)人，高級(jí)工程師，一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)師，從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究。

2016-05-21