安徽某小区8号楼结构设计

陈昭阳

(福建省林业勘察设计院 福建福州 350001)

1 工程概况

安徽某小区位于该省六安市中心附近的新城区，小区总建筑面积约40万m2，整个小区由22座高层和4座多层建筑组成，层数2～32层不等，按规划要求，设地下室1层(外围局部区域不设地下室)，部分设有6级人防，如图1所示。8号楼地下室(不设人防)及1至2层为商场，3至28层为公寓，檐口高度90m， 该建筑属A级高度的高层建筑，I-I剖面图如图2所示。主楼与地下室顶板及地上裙房间设置沉降后浇带。

图1 总平面图局部

2 设计参数

2.1 工程地质概况

根据业主提供的岩土工程勘察报告(详勘)，主要土层自上而下的分布依次为：①素填土→②淤泥质粘土→③粘土1→④粘土2→⑤粉质粘土→⑥粉土→⑦砾砂→⑧强风化砂岩(整个场地土层描述，各单体处土层有缺项)。建筑场地类别为Ⅱ类，为中硬场地土类型，场地特征周期为0.35S，为对建筑抗震一般地段。

建议地下室基础以埋深作为膨胀土防治措施，基础埋深不小于1.5m。地下室抗浮设防水位取值，建议取设计室外地坪标高下1.5m进行设防。场地地下水及场地土对混凝土结构和钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性，场地环境类型属Ⅱ类。

图2 1-1剖面图

2.2 抗震设防标准

按《建筑抗震设计规范(2016年版)》(下文简称《抗规》)，该工程所在地区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g。设计地震分组为第一组，多遇水平地震影响系数最大值0.08。工程抗震设防类别为丙类[1]。

2.3 风荷载的取值

该工程基本风压按50年重现期取值，基本风压值0.35kN/m2，并按《高层建筑混凝土结构技术规程》(下文简称《高规》)[2]4.2.2条规定，承载力计算取基本分压的1.1倍，为0.385kN/m2，风荷载体型系数1.4，地面粗糙度为B类。

3 结构布置

根据建筑平面布局，结构平面布置采用集中和分散布置剪力墙，即在中央区域结合楼梯间电梯间布置剪力墙，形成刚度较大的核心筒，在外围区域适当布置一定数量的剪力墙和框架，形成框架-剪力墙结构体系，满足商场的使用要求。设计时，优化剪力墙的布置，使刚度中心和重心接近，同时适当加高主体结构外围框架梁或连梁的截面高度，减少扭转效应显著。该工程有效楼板宽度大于该层楼板典型宽度的50%，开洞面积小于该层楼面的30%，按《抗规》第3.4.2条[2]，属平面规则，从计算结果的总信息看，也属竖向规则。典型平面布置如图3～图4所示。

图3 三层结构平面布置

图4 标准层结构平面布置

竖向设计，根据剪力墙和框架柱的轴压比及竖向刚度的变化情况，设计时优化墙和柱的截面尺寸，剪力墙的长度不变，仅改变厚度。竖向构件的截面尺寸从下到上分4次变截面(与混凝土强度等级变化错开)，主楼剪力墙和框架柱混凝土强度等级从下到上作4次变化，即C50、C45、C40、C35，相应的梁板混凝土强度等级分别为C35、C30、C30、C30，裙房及相应的地下室墙柱梁板混凝土强度等级均为C35。

4 结构整体分析及主要控制指标

该工程主体结构采用中国建筑科学研究院的PKPM-SATWE软件作结构整体计算。按《高规》第5.1.14，“当塔楼周边的裙楼超过两跨时，分塔楼模型宜至少附带两跨的裙楼结构”，该工程结合总平面布置和上部结构裙房建筑布置，地下室取外围或三跨，上部结构裙房全部参与计算模型。并取嵌固端以上楼层模型和嵌固端以上楼层连同地下室模型分别计算，施工图设计取二者的包络值配筋。

结构计算时，按《高规》第5.3.7条，“地下一层与首层侧向刚度比不宜小于2”的规定，该工程设计时，利用计算区域地下室的部分外墙和内墙作为剪力墙输入计算，满足刚度要求。

SATWE主要计算指标如表1所示。

表1 SATWE主要计算指标

第1扭转周期与第1平动周期比值为0.803。 X方向地震作用下的楼层最大位移角为1/1167，Y方向地震作用下的楼层最大位移角为1/1265。X+偶然偏心地震作用规定水平力下的楼层最大水平位移与平均位移的比值为1.13，X-偶然偏心地震作用规定水平力下的楼层最大水平位移与平均位移的比值为1.09。Y+偶然偏心地震作用规定水平力下的楼层最大水平位移与平均位移的比值为1.13，Y-偶然偏心地震作用规定水平力下的楼层最大水平位移与平均位移的比值为1.11。 X方向风荷载作用下的楼层最大位移角为1/2299，Y方向风荷载作用下的楼层最大位移角为1/2564。以上指标均满足《高规》的相关要求。

按《高规》第8.1.3条，该工程在规定的水平力作用下，结构底部框架部分承受的地震倾覆力矩与结构总地震倾覆力矩的比值为：X向36.76%，Y向36.24%，按框架-剪力墙结构体系进行设计。按《高规》第3.9.3条，确定框架的抗震等级为2级，剪力墙的抗震等级为2级。底部加强部位的范围取地下室至第4层楼面，约束边缘构件取地下室至第5层楼面，满足《高规》第7.1.4条和第7.2.14条规定。

5 构造做法

该工程局部楼层个别框架柱，剪跨比小于1.5(近似按柱净高与截面比值小于3)，参照《高规》第6.4.2条设置配筋芯柱，且箍筋全高加密，提高柱的延性性能，如图5所示。

该工程核心筒部位个别连梁采用双连梁做法，如图6所示。

图5 芯柱配筋大样 图6 双连梁配筋大样

6 基础设计

根据工程地质资料(该工程不存在②淤泥质粘土层及③粘土层)建议，主楼基础采用预应力混凝土管桩，型号PHC500-AB-125，桩端持力层为⑦砾砂层(该土层厚度5.0m以上，重型动力触探击数N63.5=40击，土层分布稳定，工程性质好，埋深较深)，桩端全截面进入持力层的深度≧1.0m，桩长为19m～20m。单桩竖向抗压承载力特征值为2500kN，单柱最大轴力标准值12 866kN，外围L型剪力墙最大轴力标准值23 922kN。裙房地下室基础采用钢筋混凝土独立基础，持力层为④粘土2层，为中等压缩性土，地基承载力特征值fak=300kPa，主楼与裙房间设一道沉降后浇带，基础设计等级为甲级。

桩基础设计，采用PKPM-JCCAD软件，通过读取上部荷载，合理调整桩群形心，使上部荷载重心(长期效应组合)与桩群形心接近。该工程布桩在满足桩距的条件下，为传力直接，尽量不作联合承台，桩距按规范取3.0d和3.5d。柱下或剪力墙下分别设有5～11桩多种承台，组合墙下部分作联合承台，设有12桩和18桩。桩基承台计算，除软件计算外，根据各承台桩位布置特点，对角桩冲切作手工补充计算。手算中，运用求解极值的方法，对角桩的冲切复核，如图7承台角桩的冲切验算如下:

图7 承台冲切验算

冲切破坏锥体及圆桩等效为方桩后，相关尺寸详图7中虚线注出，承台混凝土强度等级C35，承台有效高度h0=1600，按 《建筑桩基设计规范》(下文简称《桩基规范》)[3]5.9.8条:

先以α1x=400求Qpcmin

λ1x=α1x/h0=400/1600=0.25

λ1y=α1y/h0=y/1600

β1x=0.56/(λ1x+0.2)=0.56/(0.25+0.2)=1.25

β1y=0.56/(λ1y+0.2)=0.56/ (y/1600+0.2)=896/(y+320)

抗冲切值：

Qpc=[1.25×(700+0.5y)+896/(y+320)×(700+0.5×400)]×1600×1.57×0.93/1000

求极值，令Qpc′=0得y2+640y-1187840=0，解得y=816，代入Qpc式

Qpcmin=[1.25×(700+0.5×816)+896/(816+320)×900]×1600×1.57×0.93/1000=4894kN

同理，再以α1y=250求Qpcmin，经计算，x=650，Qpcmin=5545kN

按《桩基规范》计算λ1x=400/1600=0.25

λ1y=250/1600=0.15625

β1x=0.56/(0.25+0.2)=1.25

β1y=0.56/(0.15625+0.2)=1.572

Qpc=[1.25×(700+0.5×250)+1.572×(700+0.5×400)]×1600×1.57×0.93/1000=5714kN

比较上述结果二者抗冲切值较大差值为：

(5714-4894)/5714=14.35%

以上计算，仅依据规范给定的公式，用数学方法作推导，真正计算模型有待进一步的研究，作为探讨，不妥之处请同行指正。

桩基水平承载力验算，该工程地下室周边、承台周边均不存在软弱土层且不存在液化土层。按《桩基规范》第5.7.2和第5.7.3条，根据工程勘察报告，取地基土水平抗力系数的比例系数m=10MN/m4，水平位移允许值10mm，桩的换算深度αh≧4.0，桩与承台连接按铰接；经计算单桩水平承载力特征值为78.5kN，群桩基础(以8桩承台，X向两行，Y向4列为例)的基桩水平承载力特征值为Rhx=164kN，Rhy=226kN，验算结果，桩基水平承载力均能满足规范要求。

地下室抗浮设计，地下室顶板设置0.6m～1.0m的覆土层，经计算能满足整体和局部抗浮要求，底板配筋采用双向双层通长钢筋，支座不足部分另设附加钢筋。

7 结语

该工程乃至整个小区的各单体结构设计，对结构方案作了多次的比选和优化设计，特别对剪力墙的设置进行了多次优化，满足业主要求，从各项计算指标看，均能较好地满足规范要求。施工图设计对框架短柱及连梁等一些构件或节点采取加强构造措施的方法，对桩基承台冲切剪切验算及桩基水平承载力验算也作了必要的手算补充，确保结构安全可靠。

参考文献

[1] GB50011-2010 建筑抗震设计规范(2016年版)[S].2016.

[2] JGJ3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程[S].2010.

[3] JGJ94-2008 建筑桩基设计规范[S].2008.