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摘 要:建筑结构设计,一方面要做到经济合理、安全适用,另一方面又要充分表达建筑师的设计意念,本文通过工程实例,探讨某住宅综合楼结构设计。
关键词:住宅综合楼结构设计技术措施
中图分类号:TU7 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)01(a)-0045-01
1 工程概况
某职工住宅综合楼小区主入口设在北面靠中心部位,地块西临26m宽的达道路,北临15m宽共和路,达道路北端与中山路相连,交通方便。本工程地上30层(另设2层地下室),建筑总高度100.00m,消防建筑总高98.60m。属一类高层民用建筑,耐火等级为一级,采用框支剪力墙结构。用地红线总面积5320.2m2,基底面积1535m2,总建筑面积33252m2,(其中包含地下室面积6773m2,计算容积率建筑面积25503m2)。根据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的有关规定,基本风压值为0.6kN/m2,地面粗糙度属C类,体形系数取1.3。
2 工程特点
确立“以人为本”的设计主题,“简约、共享、生态” 的设计原则,在“共享”中引入了“城市客厅“的概念,并充分融入现代城市设计的思想和方法,以形成完美的建筑形象和空间景观。并满足各方面的要求,使之最终成为可行、可靠、先进、合理、成熟的建筑设计。
3结构设计
3.1 安全等级
工程的设计基准期为50年,建筑结构安全等级为二级;地基基础设计为乙级;建筑桩基安全等级为一级;建筑物属于丙类建筑,按7度(0.10g,一组)设防烈度计算并采用相应的抗震措施;根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002),本工程属于A级高度高层建筑;结构耐火等级为一级;根据地下室防空要求,按六级二等设防。
3.2 结构选型
两层地下室,地下负一层为车库和设备用房,地下负二层为人防区域及车库和设备用房。地上首层为公建配套的肉菜市场、设备用房和消防控制中心,二层为公建配套的肉菜市场,三层为公建配套的文化站和附属配套用房,四层为设备转换层(架空层),5～30层为住宅。采用现浇框支剪力墙结构体系,五层为转换层结构,六层及以上为剪力墙结构,框支框架抗震等级为特一级,底部加强部位剪力墙抗震等级为一级,非底部加强部位剪力墙抗震等级为二级。
3.3 结构分析及主要结果
(1)SATWE计算结果
该程序以壳元理论为基础,采用一种通用墙元来模拟剪力墙,墙元有平面内、外刚度,能较好的模拟剪力墙的真实受力状态,对于楼板,还可以假定为整体平面内无限刚、分块无限刚、分块无限刚带弹性连接板带和弹性楼板,能进行动力弹性时程分析。
a.采用15个振型进行分析,主要结果如下:
基底地震剪力QO(KN):Fx=7803.26,Fy=8595.14;结构总质量G(kN):74768.375;地震作用下基底地震弯矩M0(kN·M):Mx=334632.22,My=352812.78;剪重比Q0/G:(最小)1.66%,(最小)1.82%;地震作用下位移:顶点位移U/H:1/3760;1/2493。最大层间位移角[θe]:1/1516;1/1723。最大层间位移所在楼层:22;23。风荷载:风荷载作用下基底剪力(kN):6246.4;7748.8。基底弯矩MW(kN·M):366117.3;474143.7。风荷载作用下位移:顶点位移U/H:1/6500;1/2524。最大层间位移角[θe]:1/1136;1/1839。最大层间位移角所在楼层:19;18。
b.高位转换时转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比
采用的楼层刚度算法: 层间剪力比层间位移算法,转换层所在层号=7,转换层下部结构起止层号及高度=4;7;20.30,转换层上部结构起止层号及高度=8;13;8.00。
X方向下部刚度=0.1081E+08;X方向上部刚度=0.1231E+08;X方向刚度比=1.0096
Y方向下部刚度=0.1142E+08;Y方向上部刚度=0.1243E+08;Y方向刚度比=0.9653
(2)PMSAP计算结果
该程序是一线弹性组合结构有限元分析程序,对剪力墙、楼板、厚板转换层等构件提出了基于壳元子结构的高精度分析方法,并能进行时程响应分析。
a.采用15个振型进行分析,主要结果如下:
地震作用下位移:顶点位移U/H:1/1454;1/1661。最大层间位移角[θe]:1/1006;1/1120。最大层间位移所在楼层:22;24。总风力(kN):7824.285。风荷载作用下基底弯矩MW(kN·M):548055.7。风荷载作用下位移:顶点位移U/H:1/1458;1/2294。最大层间位移角[θe]:1/1098;1/1719。最大层间位移角所在楼层:18;19。
b.高位转换时转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比
X方向下部刚度=0.4963E+07;X方向上部刚度=0.1796E+07;X方向刚度比=0.3208
Y方向下部刚度=0.5967E+07;Y方向上部刚度=0.1854E+07;Y方向刚度比=0.2755
因本工程结构为转换复杂高程结构,选用了II类场地土上的TAF-2、LAN1-2、EAR-2三条波对结构进行弹性动力时程分析计算,与CQC结算的结果进行比较,转换层地震剪力没有大的突变,CQC分析的结果基本是几个地震波分析结构的包络线。采用CQC的计算结果可以满足设计需要。
上述计算说明结构布置合理可行,满足规范要求。
3.4 有关构造技术措施
(1)柱轴压比控制:框支框架抗震等级为特一级,底部加强部位剪力墙抗震等级为一级,非底部加强部位剪力墙抗震等级为二级。(2)转换梁设计:五层转换层采用梁转换,转换梁采用1000×2000,并采用SATWE自带的框支剪力墙有限元进行补充分析计算。并加厚本程板厚,增加楼层平面外的刚度和稳定。(3)超长楼板抗裂措施:地下室平面,首层平面长度为85.60m,而使用功能方面不允许设置伸缩缝。因此在平面上设置后浇带,将结构分为两个部分。后浇带待该层结构施工完毕两个月后才施工闭合,并在底板、首层楼板加大配筋率及加入适当的混凝土添加剂以增强其抗裂性。
3.5 基础设计
根據场地地质报告,拟采用冲孔灌注桩,以<4-3>中风化岩<4-4>微风化岩持力层,进入此层1.0倍桩径。桩径为φ1000、φ1200、φ1300、φ1400、φ1500、φ1600,单桩承载力特征值2500～12000kN。
3.6 地下室设计
地下室为两层。地下室底板采用平板式结构,-2层顶板采用梁板式结构,人防区域板厚250mm,其余区域为200mm。-1层顶板也采用梁板式结构,板厚180mm。地下室侧墙人防区域为400mm厚,核心筒区域外墙为500mm。
3.7 基坑支护设计
根据场地情况及工程地质报告,基坑支护拟采用钻孔灌注桩锚杆方案。
4 结语
本文通过对职工住宅综合楼的结构设计分析,全面了解各种结构形式的受力特点、关键部位及构件,分析归纳其结构特点,有针对性地采取技术措施,从整体上把握工程,做到既满足工程需要,又符合规范要求。
关键词:住宅综合楼结构设计技术措施
中图分类号:TU7 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)01(a)-0045-01
1 工程概况
某职工住宅综合楼小区主入口设在北面靠中心部位,地块西临26m宽的达道路,北临15m宽共和路,达道路北端与中山路相连,交通方便。本工程地上30层(另设2层地下室),建筑总高度100.00m,消防建筑总高98.60m。属一类高层民用建筑,耐火等级为一级,采用框支剪力墙结构。用地红线总面积5320.2m2,基底面积1535m2,总建筑面积33252m2,(其中包含地下室面积6773m2,计算容积率建筑面积25503m2)。根据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的有关规定,基本风压值为0.6kN/m2,地面粗糙度属C类,体形系数取1.3。
2 工程特点
确立“以人为本”的设计主题,“简约、共享、生态” 的设计原则,在“共享”中引入了“城市客厅“的概念,并充分融入现代城市设计的思想和方法,以形成完美的建筑形象和空间景观。并满足各方面的要求,使之最终成为可行、可靠、先进、合理、成熟的建筑设计。
3结构设计
3.1 安全等级
工程的设计基准期为50年,建筑结构安全等级为二级;地基基础设计为乙级;建筑桩基安全等级为一级;建筑物属于丙类建筑,按7度(0.10g,一组)设防烈度计算并采用相应的抗震措施;根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002),本工程属于A级高度高层建筑;结构耐火等级为一级;根据地下室防空要求,按六级二等设防。
3.2 结构选型
两层地下室,地下负一层为车库和设备用房,地下负二层为人防区域及车库和设备用房。地上首层为公建配套的肉菜市场、设备用房和消防控制中心,二层为公建配套的肉菜市场,三层为公建配套的文化站和附属配套用房,四层为设备转换层(架空层),5～30层为住宅。采用现浇框支剪力墙结构体系,五层为转换层结构,六层及以上为剪力墙结构,框支框架抗震等级为特一级,底部加强部位剪力墙抗震等级为一级,非底部加强部位剪力墙抗震等级为二级。
3.3 结构分析及主要结果
(1)SATWE计算结果
该程序以壳元理论为基础,采用一种通用墙元来模拟剪力墙,墙元有平面内、外刚度,能较好的模拟剪力墙的真实受力状态,对于楼板,还可以假定为整体平面内无限刚、分块无限刚、分块无限刚带弹性连接板带和弹性楼板,能进行动力弹性时程分析。
a.采用15个振型进行分析,主要结果如下:
基底地震剪力QO(KN):Fx=7803.26,Fy=8595.14;结构总质量G(kN):74768.375;地震作用下基底地震弯矩M0(kN·M):Mx=334632.22,My=352812.78;剪重比Q0/G:(最小)1.66%,(最小)1.82%;地震作用下位移:顶点位移U/H:1/3760;1/2493。最大层间位移角[θe]:1/1516;1/1723。最大层间位移所在楼层:22;23。风荷载:风荷载作用下基底剪力(kN):6246.4;7748.8。基底弯矩MW(kN·M):366117.3;474143.7。风荷载作用下位移:顶点位移U/H:1/6500;1/2524。最大层间位移角[θe]:1/1136;1/1839。最大层间位移角所在楼层:19;18。
b.高位转换时转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比
采用的楼层刚度算法: 层间剪力比层间位移算法,转换层所在层号=7,转换层下部结构起止层号及高度=4;7;20.30,转换层上部结构起止层号及高度=8;13;8.00。
X方向下部刚度=0.1081E+08;X方向上部刚度=0.1231E+08;X方向刚度比=1.0096
Y方向下部刚度=0.1142E+08;Y方向上部刚度=0.1243E+08;Y方向刚度比=0.9653
(2)PMSAP计算结果
该程序是一线弹性组合结构有限元分析程序,对剪力墙、楼板、厚板转换层等构件提出了基于壳元子结构的高精度分析方法,并能进行时程响应分析。
a.采用15个振型进行分析,主要结果如下:
地震作用下位移:顶点位移U/H:1/1454;1/1661。最大层间位移角[θe]:1/1006;1/1120。最大层间位移所在楼层:22;24。总风力(kN):7824.285。风荷载作用下基底弯矩MW(kN·M):548055.7。风荷载作用下位移:顶点位移U/H:1/1458;1/2294。最大层间位移角[θe]:1/1098;1/1719。最大层间位移角所在楼层:18;19。
b.高位转换时转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比
X方向下部刚度=0.4963E+07;X方向上部刚度=0.1796E+07;X方向刚度比=0.3208
Y方向下部刚度=0.5967E+07;Y方向上部刚度=0.1854E+07;Y方向刚度比=0.2755
因本工程结构为转换复杂高程结构,选用了II类场地土上的TAF-2、LAN1-2、EAR-2三条波对结构进行弹性动力时程分析计算,与CQC结算的结果进行比较,转换层地震剪力没有大的突变,CQC分析的结果基本是几个地震波分析结构的包络线。采用CQC的计算结果可以满足设计需要。
上述计算说明结构布置合理可行,满足规范要求。
3.4 有关构造技术措施
(1)柱轴压比控制:框支框架抗震等级为特一级,底部加强部位剪力墙抗震等级为一级,非底部加强部位剪力墙抗震等级为二级。(2)转换梁设计:五层转换层采用梁转换,转换梁采用1000×2000,并采用SATWE自带的框支剪力墙有限元进行补充分析计算。并加厚本程板厚,增加楼层平面外的刚度和稳定。(3)超长楼板抗裂措施:地下室平面,首层平面长度为85.60m,而使用功能方面不允许设置伸缩缝。因此在平面上设置后浇带,将结构分为两个部分。后浇带待该层结构施工完毕两个月后才施工闭合,并在底板、首层楼板加大配筋率及加入适当的混凝土添加剂以增强其抗裂性。
3.5 基础设计
根據场地地质报告,拟采用冲孔灌注桩,以<4-3>中风化岩<4-4>微风化岩持力层,进入此层1.0倍桩径。桩径为φ1000、φ1200、φ1300、φ1400、φ1500、φ1600,单桩承载力特征值2500～12000kN。
3.6 地下室设计
地下室为两层。地下室底板采用平板式结构,-2层顶板采用梁板式结构,人防区域板厚250mm,其余区域为200mm。-1层顶板也采用梁板式结构,板厚180mm。地下室侧墙人防区域为400mm厚,核心筒区域外墙为500mm。
3.7 基坑支护设计
根据场地情况及工程地质报告,基坑支护拟采用钻孔灌注桩锚杆方案。
4 结语
本文通过对职工住宅综合楼的结构设计分析,全面了解各种结构形式的受力特点、关键部位及构件,分析归纳其结构特点,有针对性地采取技术措施,从整体上把握工程,做到既满足工程需要,又符合规范要求。