河北某項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析與實(shí)踐

康潔

上海杰筑建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)股份有限公司 上海 200000

剪力墻具有良好的抗震性能，能有效實(shí)現(xiàn)高層剪力墻結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性以及安全性。隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們對居住環(huán)境的品質(zhì)要求也在快速提升，就要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師，針對不同的家庭結(jié)構(gòu)，人員組成，為居家提供靈活的空間布置體系，靈活分割空間，滿足不用人群在不同情境下的需求，打造健康宅的空間理念。

1 工程概況

本項(xiàng)目位于河北廊坊，主要由高層住宅樓、商業(yè)配套設(shè)施、幼兒園及純地下車庫組成，其中住宅樓地上18層，地下1層，商業(yè)配套設(shè)施地上1層，地下1層，幼兒園地上1~3層，無地下室，住宅樓周邊設(shè)置有地下1層純地下車庫。 根據(jù)勘察報告，本項(xiàng)目2層土為輕微液化土。

2 建筑結(jié)構(gòu)體系分析

住宅常用的結(jié)構(gòu)體系有異形柱結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)以及框架少墻結(jié)構(gòu)。該項(xiàng)目為18層住宅，采用剪力墻結(jié)構(gòu)，方案階段，要求建筑體型盡量簡單，剪力墻的布置盡量平面簡單、規(guī)則，豎向均勻?qū)ΨQ，結(jié)構(gòu)的豎向和水平布置應(yīng)有合理的剛度和承載能力；使兩個主軸方向具有相似的動力特性，應(yīng)具有多道防線[1]。 該項(xiàng)目的配圖幼兒園部分采用的是框架結(jié)構(gòu)。

3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

3.1 地基處理及基礎(chǔ)分析

3.1.1 幼兒園

根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：本項(xiàng)目10#幼兒園應(yīng)為重點(diǎn)設(shè)防類（乙類）建筑。地勘報告提出， 2層土為輕微液化土。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》4.3.6條4.3.7條4.3.8條，乙類建筑應(yīng)采取抗液化措施：部分消除液化沉陷，或?qū)A(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理。應(yīng)甲方要求在控制經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的前提下分析了兩種基礎(chǔ)形式，加密法---振沖碎石樁地基處理+獨(dú)立基礎(chǔ)。振沖碎石樁，是散體材料樁，能起到擠密，置換等作用。碎石樁和樁間土組成復(fù)合地基，提高地基承載能力，減小變形量，并且可以有效消除液化。地基處理范圍應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性和場地條件確定，宜在基礎(chǔ)外緣擴(kuò)大（1～3）排樁。對可液化地基，在基礎(chǔ)外緣擴(kuò)大寬度不應(yīng)小于基底下可液化土層厚度的1/2，且不應(yīng)小于5m[2]。該項(xiàng)目根據(jù)液化土層，采用樁徑800mm，樁長7m,樁間距1.6m，正方形布樁，處理后未經(jīng)深度修正的地基承載力特征值不小于140Kpa，樁頂和基礎(chǔ)之間鋪設(shè)300mm厚度的墊層，墊層材料為碎石，基礎(chǔ)頂標(biāo)高為-1.700m。基礎(chǔ)布置圖如下：

圖1 地基處理基礎(chǔ)布置圖

基礎(chǔ)形式（二）：樁基---鉆孔灌注樁+承臺，樁徑600mm，樁長20m。承臺埋深較淺，不計(jì)液化土范圍內(nèi)樁周土的側(cè)阻，基礎(chǔ)頂標(biāo)高為-1.000m，基礎(chǔ)布置圖如下：

圖2 鉆孔灌注樁基礎(chǔ)布置圖

基礎(chǔ)的綜合造價還應(yīng)考慮挖方、填方以及地基處理時設(shè)置的褥墊層的影響，對比結(jié)果如下表，最終采用鉆孔灌注樁。

表1 材料統(tǒng)計(jì)表

由此得出處理重點(diǎn)設(shè)防類建筑的液化土，影響工程造價的主要因素不但有鋼筋、混凝土和樁，還有褥墊層，地基處理范圍，挖方，填方等。

表2 成本對比表

3.1.2 其他剪力墻住宅

為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類建筑，根據(jù)《抗規(guī)》4.3.6，采取措施部分消除液化沉陷措施，采用CFG樁進(jìn)行地基處理，分別試算了400mm直徑19m樁長；400mm直徑21m樁長；400mm直徑23m樁長；500mm直徑23m樁長，均采用正方形布樁，使得處理后的地基土承載力滿足天然地基的要求，塔樓采用天然筏板基礎(chǔ)。

由表格知：500樁徑最不經(jīng)濟(jì)，以下僅對400樁徑不同樁長進(jìn)行對比。

表3 樁基承載力統(tǒng)計(jì)表

表4 復(fù)合地基承載力統(tǒng)計(jì)表

表5 成本對比表（CFG樁單價按130元/米）

由此得出CFG樁地基處理與樁間距，樁徑，樁長等有密切關(guān)系。

3.2 剪力墻結(jié)構(gòu)布置

想要打造有特色的高舒適度的健康宅，需充分考慮建筑、機(jī)電、室內(nèi)等專業(yè)的需求，達(dá)到室內(nèi)空間靈活布置的結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)多種的組合形式。

經(jīng)過大量試算，最終設(shè)計(jì)采用分層法，在剪力墻結(jié)構(gòu)住宅體系內(nèi)，按照一定層次采取由外入里，由整體到局部的剪力墻布置方法，形成合理結(jié)構(gòu)體系的同時，為戶型的靈活空間創(chuàng)造提供好的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，分五個層次，剪力墻優(yōu)先級為：1.外墻，外墻是建筑固定輪廓，也是建筑結(jié)構(gòu)墻體最優(yōu)先布置的位置。沿結(jié)構(gòu)外輪廓布置剪力墻，結(jié)構(gòu)效率最高，對建筑內(nèi)部影響最小，也正好與結(jié)構(gòu)的至理名言金角銀邊相呼應(yīng)。2.樓梯電梯間墻體，電梯井、樓梯間是建筑布局中薄弱部位，平面位置相對固定，布置剪力墻可以充分利用剪力墻寬度較小的特性。同時設(shè)計(jì)時需考慮結(jié)構(gòu)“虛剛”。對建筑平面影響較小。3.分戶墻體，分戶墻是住宅中戶間的分割墻體，后期拆改可能性較低，且有掛壁設(shè)備的需要。通常設(shè)置承重剪力墻。對建筑內(nèi)平面布置影響中等。4.衛(wèi)生間廚房墻體，衛(wèi)生間、廚房由于上下水貫通的需要，位置相對固定。在此處布置剪力墻對建筑內(nèi)平面布置影響適中。5.主次臥墻體，如仍不能滿足計(jì)算需求，則考慮在主次臥墻體設(shè)置剪力墻，對于精裝修交付房，可征求精裝設(shè)計(jì)意見，同時盡量讓該處剪力墻長度縮短。前三部分墻體構(gòu)件抗側(cè)力體系，剪力抗震設(shè)計(jì)初步骨架，后面部分剪力墻完善結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系，構(gòu)建樓層面受力體系，合理布置戶內(nèi)剪力墻，最終打造高舒適度的健康宅結(jié)構(gòu)平面布置體系。

3.3 剪力墻抗震設(shè)計(jì)

舒適性當(dāng)然要以結(jié)構(gòu)的安全性為前提，結(jié)構(gòu)的安全性要靠剪力墻的抗震性能來保證，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》明確規(guī)定抗震性能目標(biāo)：小震不壞，中震可修，大震不倒[3]。剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時模型計(jì)算的主要指標(biāo)有位移角、位移比、周期比、剪重比、剛重比等。

3.3.1 位移角

位移角是高層建筑必須要滿足的一項(xiàng)指標(biāo)，采用不考慮偶然偏心的樓層位移。影響層間位移角△u/h的因素有很多，如房屋的平面布置，立面體型等，△u是以樓層抗側(cè)力構(gòu)件最大的水平位移差來計(jì)算的，故合理布置結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件，加強(qiáng)角部及周邊剪力墻布置，能有效控制位移角。

3.3.2 位移比

位移比又叫扭轉(zhuǎn)位移比，也是一個非常重要的指標(biāo)，計(jì)算時需要考慮偶然偏心，在規(guī)定水平力作用下，采用樓層豎向構(gòu)件最大的水平位移（或?qū)娱g位移）與樓層平均位移的比值。該比值過大時，可以采用加強(qiáng)角部剪力及周邊剪力墻布置，加大邊梁高度等措施，能有效控制位移比。

3.3.3 周期比

周期比Tt/T1顧名思義是結(jié)構(gòu)的扭平比，第一扭轉(zhuǎn)周期與第一平動周期的比值。對結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)周期比的限制就是對結(jié)構(gòu)整體抗扭剛度的限制。周期比計(jì)算時，不必附加偶然偏心。對于周期比不滿足規(guī)范要求時，可通過加強(qiáng)結(jié)構(gòu)外圍剪力墻布置、加大邊梁高度來提高結(jié)構(gòu)抗扭剛度，或者減弱結(jié)構(gòu)中部剪力墻的剛度。

3.3.4 剪重比

剪重比是規(guī)范中的強(qiáng)制條文，即任何結(jié)構(gòu)體系都應(yīng)滿足，結(jié)構(gòu)底部總水平地震剪力及各樓層水平地震剪力均需滿足規(guī)范規(guī)定的最小值，當(dāng)不滿足時，需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，或者改變結(jié)構(gòu)布置使之滿足要求。也要控制調(diào)整幅度，增大系數(shù)過大或者不滿足的樓層過多，說明結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度過小，要對結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行調(diào)整，對結(jié)構(gòu)截面進(jìn)行調(diào)整，提高整體剛度。特別注意，當(dāng)?shù)撞靠偧袅Σ粷M足要求時，結(jié)構(gòu)各樓層均需調(diào)整，不能只調(diào)整底部一層。只有滿足了最小剪重比，才能進(jìn)行后續(xù)的構(gòu)件內(nèi)力調(diào)整以及位移調(diào)整，傾覆力矩調(diào)整等。

3.3.5 剛重比

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》指出的是對結(jié)構(gòu)中立二階效應(yīng)的上限要求（即對重力二階效應(yīng)可忽略不計(jì)時的剛重比要求）。采用剛重比對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行簡單判斷，當(dāng)結(jié)構(gòu)的剛重比不滿足要求時，應(yīng)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行較為細(xì)致的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析，驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的抗傾覆穩(wěn)定性[4]。房屋高寬比較大的高層建筑應(yīng)特別注意驗(yàn)算。

4 結(jié)語

本文基于地基液化土的處理問題，剪力墻合理布置及抗震的問題，展開分析，最終經(jīng)過大量的模型計(jì)算對比，證明了只有合理布置剪力墻，才能最大限度的滿足人們對舒適度的要求。綜上所述，本項(xiàng)目取得了較好的實(shí)踐結(jié)果，同時也還有很大的進(jìn)步空間，可以為類似項(xiàng)目提供一定參考。