1、工程概況

　　本工程為超高層住宅小區(qū),規(guī)劃限高150m,總建筑面積45萬(wàn)m2左右,其中地下室12萬(wàn)m2,單層地下車庫(kù),地上17個(gè)單體塔樓,都是100 ~142m超高層,其中5#樓約為130m,7#、8#和16#、17#樓約為140m, 4#樓戶型同5#樓,高約100m。按照規(guī)范[1,2]結(jié)構(gòu)體系的適用范圍,采用剪力墻結(jié)構(gòu)體系。剪力墻厚度:地下室、底層架空層370mm或400mm,標(biāo)準(zhǔn)層均為240mm。100m左右超高層豎向構(gòu)件混凝土等級(jí)為C40~C30; 140m左右超高層豎向構(gòu)件混凝土等級(jí)C55~C30.梁板混凝土等級(jí)為C35~C30。

　　該工程設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)適用年限為50年。抗震設(shè)防烈度為6度,設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05g,地震分組為第一組,設(shè)計(jì)特征周期為0.45s,抗震設(shè)防類別為丙類,結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)。場(chǎng)地類別為Ⅲ類。采用樁筏基礎(chǔ),主樓區(qū)域采用直徑700、800、900、1000mm鉆孔灌注樁,一層地下車庫(kù)采用管樁滿足抗拔要求。

　　2、結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)

　　高層建筑中,宜使結(jié)構(gòu)平面內(nèi)形狀簡(jiǎn)單、規(guī)則、剛度和承載力均勻,根據(jù)高寬比選取合理的戶型,結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)減少扭轉(zhuǎn)的影響;高層建筑的豎向體型宜規(guī)則、均勻,避免有過大的外挑和內(nèi)收。結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜下大上小,逐漸均勻變化,不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)體系。對(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位,應(yīng)采取有效措施予以加強(qiáng)。4#、5#、7#、8#、16#、17#樓平面見圖1~圖3,其中11#、12#樓和7#、8#相同,本工程不規(guī)則超限[3]內(nèi)容見表1,因此應(yīng)嚴(yán)格控制其它不規(guī)則指標(biāo),以避免成為復(fù)雜超限高層結(jié)構(gòu)[3]。

　　盡管高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)計(jì)算分析手段不斷提高,分析原則不斷完善,但由于地震作用的復(fù)雜和不確定性,地基土影響的復(fù)雜性和結(jié)構(gòu)體系本身的復(fù)雜性,可能導(dǎo)致理論分析計(jì)算和實(shí)際情況相差數(shù)倍之多,尤其是當(dāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段之后,會(huì)出現(xiàn)構(gòu)件局部開裂甚至破壞,這時(shí)結(jié)構(gòu)已很難用常規(guī)的計(jì)算原理去進(jìn)行分析。實(shí)踐表明,設(shè)計(jì)中把握好高層建筑的概念設(shè)計(jì)是很重要的。

　　3、結(jié)構(gòu)計(jì)算設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　結(jié)構(gòu)側(cè)移是高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素。隨著建筑高度的增加,水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形迅速增大,與建筑高度H的4次方成正比(△=qH4/8EI)。另外,高層建筑隨著高度增加、輕質(zhì)高強(qiáng)材料的應(yīng)用、新建筑形式和結(jié)構(gòu)體系的出現(xiàn)、側(cè)向位移的迅速增大,在設(shè)計(jì)中不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠強(qiáng)度,還要具有足夠的抗推剛度,使結(jié)構(gòu)在水平荷載下產(chǎn)生的側(cè)移被控制在某一限度之內(nèi)。

　　高層和超高層建筑減輕自重比多層建筑更有意義。從地基承載力或樁基承載力考慮,如果在同樣地基或樁基的情況下,減輕房屋自重意味著不增加基礎(chǔ)造價(jià)和處理措施,可以多建層數(shù),這在軟弱土層有突出的經(jīng)濟(jì)效益。地震效應(yīng)與建筑的重量成正比,減輕房屋自重是提高結(jié)構(gòu)抗震能力的有效辦法。高層建筑重量大了,不僅作用于結(jié)構(gòu)上的地震剪力大,還由于重心高地震作用傾覆力矩大,對(duì)豎向構(gòu)件產(chǎn)生很大的附加軸力,從而造成附加彎矩更大。

　　在滿足地下室車庫(kù)層和底層架空或者底層商鋪的前提下,遵循對(duì)稱、均勻、周邊、拐角的原則,在結(jié)構(gòu)周邊、拐角和核心筒等部位對(duì)落地剪力墻進(jìn)行較合理布置,主體結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為三級(jí)(低于140m)和二級(jí)(高于140m)。對(duì)結(jié)構(gòu)薄弱部位如樓電梯周圍,內(nèi)庭院周圍均設(shè)置了120mm厚樓板,采用雙層雙向拉通鋼筋予以加強(qiáng);對(duì)少量肢長(zhǎng)受到限制的短肢剪力墻(墻肢長(zhǎng)度∶墻厚<8∶1)按照高規(guī)要求予以加強(qiáng),如滿足最小配箍率和最小配筋率等。

　　本工程項(xiàng)目中僅16#和17#樓高度超限,應(yīng)報(bào)本地超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查。風(fēng)荷載取值,考慮到以后城市建設(shè)的不斷發(fā)展,位移計(jì)算時(shí)取0.45kN/m2,強(qiáng)度計(jì)算時(shí)取0.5 kN/m2。

　　4、優(yōu)化設(shè)計(jì)措施

　　4.1剪力墻的延性設(shè)計(jì)[4]:弱化剪力墻和連梁剛度,控制墻肢長(zhǎng)度:墻厚=10∶1左右,把長(zhǎng)剪力墻開洞(結(jié)構(gòu)洞或門窗洞)成聯(lián)肢墻,洞頂設(shè)置跨高比≥5的弱連梁,結(jié)構(gòu)洞及窗臺(tái)用砌塊填砌。弱化后的剪力墻和連梁具有較輕的自重、更大的延性和抗震耗能能力,鋼筋用量也較小。根據(jù)多年設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),建筑物高度80m以下時(shí)剪力墻面積占標(biāo)準(zhǔn)層面積的3.5% ~7%時(shí)較合理,讓最大層間位移角接近規(guī)范限制,太大或者太小時(shí),或者是剪力墻布置不合理,或者工程造價(jià)太高。隨著建筑物高度增加,該比值相應(yīng)增大。剪力墻布置合理時(shí),各剪力墻軸壓比相差不大,且都小于規(guī)范要求,剪力墻一般是構(gòu)造配筋,一般采用12或14直徑鋼筋即可滿足要求,可明顯減少剪力墻用鋼量。

　　4.2為進(jìn)一步減少工程造價(jià),采取減輕填充墻荷載,用新三級(jí)鋼筋,板采用分離式配筋,選用直徑較小的通長(zhǎng)筋及減少次要構(gòu)件鋼筋用量等優(yōu)化設(shè)計(jì)措施。

　　5、結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果分析

　　通過相同戶型不同高度計(jì)算分析,在滿足相應(yīng)規(guī)范的前提下,得出了豎向構(gòu)件面積占標(biāo)準(zhǔn)層面積的比值,見表1,其中7#、8#樓該比值偏大,剪力墻一般需要300mm和350mm才可以滿足規(guī)范的基本計(jì)算要求。經(jīng)過比較,7#、8#樓戶型最不經(jīng)濟(jì)合理,4#、5#樓戶型次之,16#、17#戶型最經(jīng)濟(jì)合理,分析原因,主要是7#、8#樓戶型高寬比太大,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了規(guī)范的數(shù)值,經(jīng)過與業(yè)主協(xié)商,7#、8#樓決定另選戶型。

　　由于戶型的需要,塔樓的高寬比一般都較大,通過對(duì)本項(xiàng)目中4#、5#樓不同高寬比的計(jì)算分析,在豎向構(gòu)件面積占標(biāo)準(zhǔn)層面積合適的比值范圍內(nèi),高寬比在8左右時(shí),豎向構(gòu)件在200mm或者240mm寬度就基本可以滿足計(jì)算要求。

　　經(jīng)與業(yè)主協(xié)商調(diào)整后確定戶型和塔樓高度,結(jié)構(gòu)平面圖見圖4~圖6,周圍梁高為240mm×470mm,內(nèi)部梁高200(240)mm×400mm, 4#、5#樓未注明板厚均為120mm,7#、8#、9#樓未注明板厚為100mm。應(yīng)業(yè)主要求,主臥內(nèi)衛(wèi)生間120mm厚墻下做暗梁處理,標(biāo)準(zhǔn)層剪力墻均為240mm厚。經(jīng)優(yōu)化各塔樓用鋼量在60~65kg/m2和混凝土量。

　　6、結(jié)語(yǔ)

　　通過對(duì)上述工程實(shí)例的分析,獲得以下體會(huì):

　　(1)　建筑戶型的選擇非常重要,戶型盡量簡(jiǎn)單規(guī)則,戶型的選擇直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)體系的復(fù)雜程度,和工程造價(jià)存在著直接的關(guān)系。

　　(2)　概念設(shè)計(jì)對(duì)于高層和超高層結(jié)構(gòu)方案的合理、經(jīng)濟(jì)即有效選取非常重要,不能僅僅考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性,而且還能考慮到建筑的適用功能、進(jìn)而滿足建筑的安全性、適用性和耐久性的要求。

　　(3)　超高層住宅一般采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系和純剪力墻結(jié)構(gòu)體系,剪力墻應(yīng)遵循對(duì)稱、均勻、周邊、拐角等原則進(jìn)行合理布置。剪力墻和連梁應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),剪力墻盡量不要采用短肢剪力墻,剪力墻的墻肢長(zhǎng)度與墻厚之比大于8,當(dāng)墻肢長(zhǎng)度過大時(shí),應(yīng)中間開洞,設(shè)置為弱連梁(跨高比不小于5的連梁)。延性剪力墻結(jié)構(gòu)體系具有更輕的自重、更好的延性和更強(qiáng)的抗震耗能能力;剪力墻布置要合理,高度80m左右的高層,豎向構(gòu)件面積占標(biāo)準(zhǔn)層面積的最佳比例為5.0%左右,高度100m左右超高層住宅的最佳比例為6% ~8%,隨著高度不斷增加的最佳延性設(shè)計(jì)較短肢墻有更好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　(4)　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,對(duì)不規(guī)則部位,特別是結(jié)構(gòu)的薄弱部位,應(yīng)通過計(jì)算、分析進(jìn)行準(zhǔn)確判定,并加以可靠的加強(qiáng)措施。

　　(5)　優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)重視與業(yè)主、建筑及其它專業(yè)(設(shè)備、裝修等專業(yè))配合,如剪力墻的布置位置、框架梁柱的結(jié)構(gòu)布置,是否采用輕質(zhì)墻體材料等。

　　參考文獻(xiàn)

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