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1、某高层住宅结构方案设计文健( 广州市城市规期勘测设计研究院广州5 1 0 0 6 0 )唐旭雄曾嘉( 广州市建工设计院广州5 1 0 0 3 0 )提要本文结合某高层住宅结构方案设计，系统介绍了高层住宅基础及地下室设计、上部结构选型、转换层及框支柱选型与设计等主要技术闯题关键词高层住宅：基础；结构选塑；转换层1 工程概况某离层住宅小区二期工程是广州市一大型居住小区，总建筑面积约3 5 7 万m 2 ，由1 8栋高层住宅组成。单体平面主要型式见图1 。单体建筑层数1 6 层至3 2 层。备栋总高度均控制在1 0 0 米以内。本_ I 层地下室一层，面积约3 6 万m 2 ，两个方向最大长度都达3
2、 0 0 m ，主要用于地下室车库；首层为架空层；二层以上为住宅。2 基础及地下室设计2 1 基础选型初探地质报告揭示，场地地质特征自上而下分别为：人工填土层、耕植土层、淤泥质中砂层、粘性土层、残积层及上白垩统基岩。本工程岩面埋深变化较大，强风化岩谣埋深6 。2 2 2 5 m ，微风化岩面埋涤6 6 3 4 2 m 。根据以上情况，在下一步进行施工图设计前，应该进行场地详细勘探并提供相关地质资料，方可合理确定基础形式。现阶段本工程可考虑采用的桩型有人工挖孔桩、静压顸应力管桩及钻( 冲) 孔灌注桩。若底板底至岩面的距离( 即桩的有效桩长) 大部分在l O m 以内，在保证施工安全为前提下，可考
3、虑采用人工挖孔桩基础，在施：l ：前可根据详勘资料选取一、二根桩进行试挖，以了解施工的难易程度及积累处理问题的措施和经验，必要时可下钢套管穿越较厚淤泥层的问题。若大部分桩有效长度大于l O m ，可考虑采用4 5 0 0 径的静压预应力管桩，单桩承载力特征值约2 0 0 0 k N 。管桩施工时需安排好施j 【顺序，并须留意布桩密集处管桩是否上浮，需测量桩顶标高及做好复压措施。若单体范围内岩面埋深变化太大，可采取钻( 冲) 孔桩基础，钻( 冲) 孔桩施：l ：难度较小，但工期较长，且费用较离，应慎用。另外，初步勘察报告表明，桩端中、微风化岩层存在软弱夹层，若采用静压预应力管文健，男，1 9 7
4、 2 1 0 出生，工学硕士，工程师2 5 7 第十八届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年图l 典型标准层建筑平面图桩，无需考虑此问题，若采用人工挖孔桩或钻( 冲) 孔桩，为准确合理确定终孔标商，对于塔楼部分桩应采用超前钻探明桩底持力岩层的情况。2 2 地下室单元划分本工程地下室在两方向的长度均达到3 0 0 多米，超过规范建议的伸缩缝最大设缝距离，设计考虑“抗”、“放”、“排”结合，结合人防分区及建筑功能分区，约1 5 0 m 左右设一道伸缩缝，伸缩缝两旁封设侧壁，仅留车道口相通，在此处采用防排结合的措施，在做好外防水的同时，增设排水沟，将可能的渗漏水排走。2 3 地下室抗浮设计
5、。本工程地下室为一层，塔楼以外部分O 0 0 0 以上无建筑物，仅靠自重无法平衡浮力，需采用抗浮措施。可选择的方案有：增加首层覆土深度以平衡水浮力，必要时可将室外部分首层梁上反以减低地下室高度并利用覆土层安捧设备管道走向；采用锚杆抗浮或抗拔桩抗浮，其数量及位置应结合基础及底板设计一起考虑。3 上部结构设计3 1 结构选型根据建筑使用功能的需要，为了能保证上部住宅厅、房内无柱突出墙面，且酋层可布置成大空问，同时满足地上室的车库等功能布置。本工程采用了框支剪力墙结构体系。中2 5 8 第十八届全匿高层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年部核心筒剪力墙落地，其余外围框支剪力墙全部或部分( 视建筑使
6、用功能的需要而定) 通过梁式转换层转换为框支柱。3 2 转换层设计底部带转换层的结构抗震设计，应注意避免底部结构破坏，结构的延性耗能机制宜在上部结构中体现。另外，转换层的设置容易使转换层上、下层侧向刚度相差过大，引起内力突变，促使部分构件提前破坏。对此，首先要保证有足够上下贯通的落地剪力墙，并采取强化下部、弱化上部的措施，可与建筑专业协调，在不影响使用功能的位置增设落地剪力墙，或通过增大落地剪力墙刚度及减少上部墙体等措施加以调整。具体结构布置时需运用概念设计、力学原理、以往工程的经验、工程试验的结果等综合考虑布置加强点及增加结构的超静定次数。本工程底部大空闷均为l 层，转换层上、下结构变形以剪
7、切变形为主，规范规定用等效剪切刚度比作用控制指标，本工程经调整后剪切刚度比均符合规范要袋，未产生严重的刚度突变。对于不落地剪力墙内力通过次粱转换的设计，应对次粱传递到主梁再传递到落地竖向构件要有清晰的了解，并作相应的分析计算。不落地剪力墙的竖向地震作用则在次梁上形成弯矩，按规范增大后成为主梁的集中搔距，再传递到主粱两端的落地竖向构件，成为落地构件的附加弯矩。对于转换次梁的空段( 上部无墙体梁段) 及转换主粱，如果在中、强震下发生破坏，将难以满足“不倒”的要求。因此，对其的抗剪承载力，按大震时的地震作用进行承载力验算，抗弯承载力，则按中震不屈服进行承载力验算。其体操作可根据a 。I 罕：Q 。；
8、多及Q 。冲：Q 。多得出大震及中震下地震作用约为小震时的6 倍及3 倍，验算时将地震作用下内力乘相应放大倍数与其它内力组合( 标准值) 进行计算，并在构造上注意加强。同样，对于落地剪力墙及框支牲，可根据其所在位置及重要性，提出中震或大震下的抗震性能目标，并以此计算确定其截面及配筋。按以上方法计算，并对有关部位采取相应加强措施后，其计算简图明确、传力途径合理，使结构抗震安全性得到保证。转换层板厚为2 0 0 r a m ，混凝土强度等级为C 4 G ，采用双层双向配筋，每方向的配麓率大予0 。2 5 。落地剪力墙、框支柱、转换层上两层的剪力墙及楼板均位于加强区，配筋在计算的基础上予以进一步的加
9、强，保证结构的安全性。3 3 框支柱选型本工程支承转换梁的框支结构形式有两种结构方案可供比选：钢筋混凝方柱及钢管混凝土柱。3 3 。1 钢筋混凝土方柱方案( 混凝等级C 5 0 ) ( 图2 )以3 0 层单体为例，框支柱抗震等级为一级，轴压比控制在O 6 以内，柱轴力最大约2 2 0 0 0 k N ，截面约1 2 5 0 1 2 5 0 m m 。3 3 2 钢管混凝土柱方案( 图3 )由于钢管混凝柱不受轴压比的限制，相应于钢筋混凝土方柱，其截面可缩小至由8 0 0 咖，采用1 6 钢，壁厚1 2 舳，管内混凝土等级C 5 0 ，而且钢管本身既是钢筋又是耐压模板，可省去支模、拆模的工和料，
10、缩短了建设工期。钢管柱结构在J + 州已有多项：I ：程应用，实践表明，在同等承载能力的情况下，钢管柱截面面积仅为钢筋混凝土桂的3 0 ，增第十八届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年加了大量的有效建筑使用面积，且造价与普通钢筋混凝士柱基本持平，甚至还低一点，且大大提高了柱的延性，可优先考虑使用。III| llI 盯f 夏嚯，l_h1 _Ll IllIl I il叫IlI| -_I匿l rr、jIU“U“li【。誉；j衙liI。1l 一一量i 盈i| 。卜F；JL1! !rjmi i)副一浯。f图2 钢筋混凝土方柱转换层结构布置图图3 钢管混凝土柱转换层结构布置图3 4 结构计算及分
11、析结果本工程采用中国建筑科学研究院编制的高层建筑空间分析程序S A T 哪 E 进行体结构分析。分析结果汇总如下：表1风作用下结构分析的主要计算结果汇总表( 3 0 层单体)受力方向X 向Y 向最大层( 锄)1 9 5O 9 0间位移h1 1 5 4 2l 3 3 2 5基底剪力Q N )3 5 7 33 8 6 7倾覆弯矩( k N - m )2 0 4 2 3 52 2 0 9 8 5表2 地震作用下结构分析的主要计算结果汇总表( 3 0 层单体)受力方向X 向Y 向周期T l ( s ) 、T 2 ( s ) 、T 3 ( s )3 1 4 、2 9 2 、2 2 8T 4 ( s )
12、、T 5 ( s ) 、T 6 ( s )0 7 9 、0 7 1 、0 4 7T T ( s ) 、T 8 ( s ) 、T 9 ( s )0 4 1 、0 3 5 、0 2 52 6 0 平动为主第一周期3 1 4扭转为主第一周期2 2 8扭转为主第一餍期，平动为主第一周期O 7 3纂底剪力( 1 【N )5 2 1 35 7 7 7候覆弯矩( k N - 皿)2 8 7 0 4 72 8 3 8 5 5“姐)2 8 l2 3 2 最大层闻位移h1 1 0 6 7I 1 4 1 7楼层水平位移不考虑偶然偏心1 0 8 81 2 0 0，最大平均考虑偶然偏心1 1 3 81 2 8 7楼层层
13、间位移不考虑偶然偏心1 1 0 31 2 0 5最大，平均考虑偶然偏心1 1 5 41 3 0 3计算结果表明，结构在风荷载和地震作用下，构件的截面尺寸及配筋率等指标均在合理范围内，4 设计体会各项参数基本满足规范要求，且各主要表明本结构方案是可行的。高层建筑的结构方案确定了结构设计的大方向，缀大程度上决定了高层建筑是否安全、适用与经济。结构方案确定的过程中，其结构形式、用材、布置等方面均有一定的选择空间，这时，应在立足概念设计基础上，结合建筑使用功能与经济指标，认真分析比较，拟定结构方案。使其不但能满足结构设计要求，也能使整个建筑各方面的综合性能达到最优。参考文献【1 高层建筑混凝土结构技术规程( J 6 J 3 - 2 0 0 2 ) ，北京：中国建筑工业出版社 2 建筑抗震设计规范( G 髓0 0 l 卜2 0 0 1 ) ，= l 匕京：中国建筑工业出版社甾l
