济南铁路局经十路高层住宅项目结构设计要点分析

徐书晨

(中铁工程设计咨询集团有限公司济南设计院，济南 250022)

1 设计概况

济南铁路局经十路职工高层住宅项目为铁路局安居重点工程，总建筑面积91 800 m2，包括4栋高层住宅、地下车库及幼儿园等。其中1号楼地上26层，地下2层，地上总高76.4 m，2～4号楼地上20层，地下1层，地上总高59.6 m，层高2.8 m。

高层住宅采用现浇钢筋混凝土剪力墙结构形式，抗震设防烈度为6度，基本加速度0.05g，设计分组为第3组，抗震等级为4级。剪力墙、梁、板混凝土强度等级底部加强区为C40，其他为C35，基础采用钢筋混凝土桩筏结构，基础混凝土强度等级为C40。见图1。

2 剪力墙设计

2.1 剪力墙布置(图2)

剪力墙结构是现代高层建筑中常用的结构形式之一，以建筑物墙体作为竖向承重和抗侧力构件，是一种能较好抵抗侧向力的结构体系。其平面布置宜遵循分散、对称、双向布置的原则，应均匀布置在建筑物周边、楼梯间、电梯间、平面形状变化较大部位，间距不宜过大。纵横向剪力墙宜组成“L”形、“T”形等形式贯通建筑物全高，避免一字形墙体。

本工程地下二层外墙厚度为300 mm，内墙厚度为250 mm;地下一层外墙厚度为250 mm，内墙厚度为200 mm;地上墙体厚度为200 mm。电梯间四周布置剪力墙，一般墙肢长度大于8倍墙体厚度并设置翼缘。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2010)(以下简称《高规》)第 4.2.2条，1号楼主体高度74.9 m，属于对风荷载比较敏感的高层建筑，基本风压按1.1倍采用，取值为0.5 kN/m2，剪力墙布置时，分户之间增设贯通剪力墙，以增强水平抗侧力能力。

图1 高层住宅小区效果图

图2 1号楼标准层剪力墙布置(单位:mm)

2.2 剪力墙计算

剪力墙结构是由一系列的竖向纵、横墙和平面楼板组合在一起的空间盒子式结构体系。它所承受的荷载除楼板传来的竖向荷载外，还有水平作用的地震荷载及风荷载。

本工程采用PKPM-SATWE结构空间有限元设计软件进行设计，剪力墙输入主要有2种方式，一是按墙肢输入，墙肢之间设钢筋混凝土梁;另一种是直接输入整片墙，然后在墙体开洞。经设计比较，采用第一种输入方式更直观真实，墙肢间跨高比不小于5的钢筋混凝土梁按框架梁设计，跨高比小于5的按连梁设计，即在模块“特殊构件”里定义为两端铰接，仅贯通剪力墙按照剪力墙开洞输入。

2.3 剪力墙连梁设计

与剪力墙相连的梁称为连梁。连梁具有跨度小、截面大等特点，作为一种耗能构件，连梁对承担竖向荷载下的弯矩所占比例较小，在水平荷载作用下容易出现剪切裂缝。因此，在竖向荷载作用下，连梁刚度不宜折减，连梁支座弯矩的降低可通过支座弯矩调幅来解决;在水平荷载作用下，连梁刚度可以折减，当风荷载作用时，折减系数不宜小于0.8。

在本工程设计中，地震烈度为6度，为受风荷载控制的高层建筑，对连梁采取刚度折减后，个别连梁仍出现正截面受弯承载力或斜截面受剪承载力不足的现象，采取了以下措施:增加剪力墙的厚度，即增加连梁截面的宽度，以提高连梁的截面承载力;增加剪力墙数量，以减少每片墙承担的水平力;加大洞口，以增加连梁的跨度;减小连梁的截面高度，以降低连梁的刚度等措施，使连梁内力符合截面设计的要求。

3 主要计算结果控制

根据规范要求，以1号楼为例，计算结果控制主要有以下方面。

(1)规则性判断:1号楼总长78.5 m，宽度最小处为 8.3 m，L/B=78.5/8.3=9.4＞6.0，为细腰形平面，根据《高规》第3.4.3条判定为平面不规则，据《抗规》第5.1.1条，应计入双向地震作用下的扭转影响。

(2)整体稳定控制:根据整体稳定及抗倾覆计算结果，按照《高规》第5.4.4条判断整体稳定是否满足要求。1号楼X向刚重比4.72，Y向刚重比3.71，大于1.4，满足整体稳定要求。

(3)刚度比控制:根据《高规》第3.5.2条，楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%，可通过结构设计软件PKPM中的 SATWE模块－“建筑结构总信息”－“计算信息”中的 RatX1、RatY1(X，Y方向本层侧移刚度与上一层相应侧移刚度70%的比值或上三层平均侧移刚度80%的比值中之较小者)是否大于1判定。本工程经计算，每一层的侧向刚度均满足规范要求。

(4)嵌固端侧向刚度比控制:本工程地下室顶板作为嵌固端，根据《高规》第5.3.7条，当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍。可通过SATWE模块－“建筑结构总信息”－“计算信息”中地下室顶板所在标准层的 RatX2，RatY2(X，Y方向本层侧移刚度与上一层相应侧移刚度比值)是否大于2判定。

(5)周期比控制:根据《高规》第3.4.5条，结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比不应大于0.9。1号楼扭转为主的第一自振周期1.622 8 s，平动为主的第一自振周期2.416 9 s，比值0.67，满足要求。

(6)位移比控制:根据《高规》第3.4.5条，在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍。根据《高规》第3.7.3条，剪力墙结构楼层层间最大位移与层高之比(即层间位移角)不应大于1/1 000。1号楼 Y+5%偶然偏心地震作用下，Y方向最大位移比为1.14，最大层间位移比为1.12，最大层间位移角为1/2 715，满足要求。其他地震作用类同，可通过SATWE模块－“位移输出文件”进行判别。

4 基础设计

本工程场地为适宜建造房屋的均匀地基，采用钻孔灌注桩桩筏基础，桩径600 mm，桩长27 m，置于全风化辉长岩内，入岩深度不小于1 200 mm，单桩承载力特征值1 600 k N，筏板厚度1 200 mm，外挑长度1 000 mm，采用PKPM-JCCAD“桩筏、筏板有限元计算”。

5 结构措施

5.1 平面凹槽处增加连梁及厚板加强

本工程1号楼南侧分户之间平面有凹槽，凹入深度4.8 m，根据规范要求，当中央部分楼板有较大削弱时，应加强楼板以及连接部位墙体的构造措施，设计时，在外伸段每隔3层在凹槽处设置连接板，如图3所示，既能满足结构设计要求，又能满足建筑采光及立面效果要求。

图3 建筑平面形状示意

5.2 电梯井、楼梯间周边楼板加厚

考虑电梯井、楼梯间开洞对结构的削弱影响，设计时将周边楼板加厚至120 mm，并采用双层双向配筋等措施加强。

5.3 梁与墙相交处的处理

梁与墙在平面外相交时，主要有以下几种处理方式:一是在梁支座处设扶壁柱或沿梁轴线方向布置剪力墙;二是将支座处改为铰接;三是在支座处墙内设型钢或暗柱，提高支座处墙体刚度。本工程设计时采用的是第一种方法，利用建筑门垛作为墙体的扶壁柱，不出现“一”字形墙体。

5.4 后砌填充墙应加强构造措施

后砌填充墙作为非结构构件，不应忽视其构造措施。填充墙应沿墙高每隔0.5 m配置2φ6 mm拉结钢筋与剪力墙拉结，每边伸入墙内不应少于500 mm。楼梯间、电梯间填充墙拉结筋通长设置;当墙长大于5 m时，墙顶与梁宜有拉结;墙长超过层高2倍时，宜设置钢筋混凝土构造柱;墙高超过4 m时，墙体半高宜设置与端柱连接且全长贯通的钢筋混凝土水平系梁。填充墙窗台高程处，设置水平现浇钢筋混凝土带。填充墙转角处及悬挑端，应设置钢筋混凝土构造柱。

5.5 主楼与裙房施工要求

根据施工工序，裙房在主楼施工完成后进行，利用此时间差，在主楼上部施工时，梁板浇至相邻裙房第一跨的1/3跨度处，并甩出裙房的梁板钢筋，并对主楼进行沉降观测，待主楼封顶沉降稳定后再浇筑裙房部分，减少因不均匀沉降引起的构件开裂现象。

5.6 解决剪力墙超长问题

本工程1号楼水平向总长78.35 m，根据规范要求，现浇钢筋混凝土剪力墙结构室内伸缩缝最大间距45 m，地下室墙体室内伸缩缝最大间距30 m，设计时采用上部结构单元之间设置伸缩缝，地下结构设置2道后浇带的措施来解决剪力墙超长的问题。

6 结语

目前，该项目主体结构已全部竣工。随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，高层剪力墙结构已成为住宅建筑主要结构型式之一，结构设计应首先从概念设计出发，把握全局，具体设计时应综合考虑多种因素，既要满足建筑设计要求，达到预期的建筑效果，又要通过合理的结构布置，精准的计算数据，严格的设计把控达到设计的日臻完善。

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