框剪结构设计探讨

1、 框 -剪结构高层商住楼结构设计分析探讨李 金 平(吉首市规划建筑勘察设计院 , 湖南 吉首 416000 摘 要 :本文结合工程实例 , 详细探讨了现代高层建筑框架 -剪力墙结构设计的地基结构处理 、地下室设计 、和建筑上部结构设计的处理措施和受力验算 , 并对计算结果作了说明 。 在此基础上 , 对建筑物整体受力进行了科学合理布置 , 达到了理想效果 。 关键词 :高层建筑 ; ; ; 中图分类号 B文章编号 :(04-0119- 03图 1 结构平面图1 工程概况湖南吉首某大厦是一幢办公 、住宅 、商业为一体的多功能的高层建筑 , 总建筑面积近 7万 m 2。 地下 2层 (局部3层 ,

2、 深 1019m 。 裙房上 3幢塔楼 , 1幢 18层 、 2幢 24层住宅楼 , 平面布置见图 1。 各楼层主要功能如下 :裙房地下3层均为停车库和设备用房 , 地下 1层层高 413m, 地下二三层层高 313m 。 2#、 3#住宅楼地下 1层为自行车库 , 层高413m (有 1m 厚管道夹层 , 地下二三层为六级人防 , 层高 313m 。 1#办公楼地下 1层为停车库 , 层高 413m, 地下2层为设备用房 , 层高 416m 。 地上 1层为大堂 , 商业和部分管理用房 , 层高 514m 。 二三层为商务 、 商业和部分管理用房 , 层高 418m 。 5层 (裙房屋面 为

3、层顶花园和游泳池等用于休闲娱乐 , 层高 610m 。 5层 (裙房屋面 为屋顶花园和游泳池等用于休闲娱乐 , 层高 610m 。 办公楼 6层 18层为办公用房 , 层高 314m 。 公寓楼 6层 26层为高档商住楼 , 层高 219m 。 本工程全部采用现浇钢筋混凝土结构 。2 基础结构处理方案分析与选择地质勘探表明 , 本场地地基稳定性较好 , 场地属 类 ,上部为中软土 , 基岩为灰岩 , 基岩顶部埋深 1317m 2417m, 强风化岩层厚度 218m 1018m, 中风化岩层厚 111m019m, 微风化岩顶部埋深 2016m 3015m, 岩层节理完整 , 胶结致密 , 坚硬

4、, 天然单轴抗压强度为 2818MPa 。由于塔楼与裙房的地上层数相差较大 , 要满足塔楼与裙房之间的差异沉降在要求的范围内 , 就必须根据本工程的特点选择结构方案 。” 、 “ 抗 ” 、 “ 调 ” 三 。 , 、屋面拉裂 。这种 。让各 , 这种方法称为 “ 放 ” 。 是一种传统 的有效方法 , 此法在结构 、建筑和施工上都较为复杂 , 而 且在高层建筑中往往有地下室渗水现象 。而采用刚性很大 的基础 , 利用本身的刚度来抵抗沉降差 , 而不设缝 , 这种 方法称为 “ 抗 ” , 此方法材料消耗较多 , 不经济 , 只粗在一 般的情况下使用 。而在符合下列条件之一时 , 可用 “ 调

5、 ” 的方法不设沉降缝 。(1 采用桩基 , 桩支承在基岩上或采取减少沉降的有 效措施并经计算 , 沉降差在允许范围内 。(2 主楼与裙房采用不同的基础形式 , 调整土压力使 沉降基本接近 。如主楼用箱基 , 筏基 , 或桩基 , 群房采用 条基等 。(3 地基承载力较高 , 沉降计算较为可靠时 , 主楼与 群房的标高预留沉降差 , 先施工主楼 , 后施工裙房 , 最后 使两者的标高一致 。首先 , 对本工程塔楼与裙房之间是否设置沉降缝 、后 浇带进行了分析比较 , 如表 1; 其次 , 按照现行规范对塔 楼 、 裙房的沉降值进行估算 , 在估算塔楼 、裙房沉降值暂 不考虑基础与上部结构的共同

6、工作 , 而是对每幢塔楼与裙 房分别进行计算 。对采用不同桩型时沉降值的计算结果列 于表 2。表 1塔楼与裙房间与不设沉降缝、 后浇带的性能比较主 楼 与裙楼之间设沉降缝 设后浇带不设沉降缝 和后浇带对沉降的要求主要满足使 用要求 , 沉 降 在 施 工及使用过程 中完成。满足一定沉降要求 , 沉 降 在 施 工过程中完成过半严格控制沉降差 , 在设 计 过 程 中 控 制对施工的影响施工 量 大 , 施 工方便 , 可 分 期 施工施工 量 小 , 施 工不方 便 , 不 宜 分期施工施工 量 小 , 施 工 方便 , 可 分 期 施 工对工期的影响工期短 工期长 工期短经济性比 较上部结构

7、成 本较大 , 地 基 处 理 成本较 小 , 早 投 入作用 , 使 之 产 生经济效益上部结构成本较小 , 地 基 处 理 适中 , 晚投入使用 ,产生经济损失上部 结 构 成 本 较 小 , 地 基 处 理 成 本高 , 早 投 入 使 用 , 使 之 产 生 经 济效益使用要求不能满足大 空间的使 用 要 求 , 过大的沉降差 会对设备管线造 成损坏能够满足大空间的使用要求能够 满 足 大 空 间 的使用要求 9 1 1表 2塔楼和裙房不同情况下的沉降值天然地基 <400复合桩地基 <800灌注桩基础 裙房沉降值 010-住宅沉降值 33594102615对表 1的比较结果

8、进行分析 , 不难看出 , 不设沉降缝 和后浇带是最经济 、最理想的结构方案 。 既能够满足建设 方分期施工 (一期可能至 4层 , 也可能不分期 的要求 , 又能够最大限度地方便施工 、 缩短建设周期 , 解决施工过 程中降水时间长 、水平交通不便 、施工到塔楼时不能对裙 房以下部分进行粗装修等诸多问题 。方案初步确定了 , 能从表 2的计算结果可以得出 :<桩基础 , <基时 , 。从而 确定了本方案 ( 的可 行性 。 对地下室的防水主要采用抗渗混凝土和保证施工质 量来控制 。 超长 、超宽问题主要采取控制水灰比 、添加外 加剂 、 设计施工组织方案等措施来解决 。3地下室结

9、构设计本工程设有 3层地下室 , 地下二三层为六级人防 , 我 们将该地下室按平战结合考虑设计 。311 荷载取值地下停车场活荷载标准值为 510k N /m2, 设备房活荷载 标准值为 715k N /m2, 人防经报请有关部门批准后 , 人防地 下室的顶板人防荷载取 35kN /m2, 底板人防荷载取 30k N / m 2。312 结构布置由于地下室平时作停车场使用 , 柱距较大 , 东西和南 北的跨度为 814m, 地下室 3层顶板人防荷载远大于平时停 车场荷载 , 故以人防荷载控制 。结构设计时主梁先按平时 跨度和荷载计算配筋 , 然后按战时跨度 L战=L平 /2=412m, 战时荷

10、载及材料强度验算截面与配筋 。地下室底板和侧板 由于承受地下水和土的压力 , 其荷载必然大于战时荷载 , 因此不作人防验算 , 只按实际受力情况设计 。4上部框剪结构设计与验算上部结构由于高度和功能的不同而采用不同的结构形 式 。 裙房部分采用框架结构 ; 办公楼部分采用框架 -剪力 墙结构 , 住宅部分采用剪力墙结构 (下部采用内外筒结 构 。 各部分的关系 、 剪力墙及柱网的布置见图 1(首层平 面 。 框架梁均采用宽扁梁 , 楼板均采用密肋板 。 各部分的 主要结构构件见表 3表 4。表 3商住楼主要结构构件尺寸楼层 柱截面 内墙 (内筒 截面(外筒 截面地下 1层至 3层 700

11、15之间 118m 内外墙 (托梁 顶板 350底板 250表 4办公楼及裙房主要结构件尺寸楼层 柱截面 剪力墙截面 梁截面地下 3层至 5层 1000×1000400600×500裙房地下 3层至 4层 700×700600×500住宅楼转换层设在 5层 6层之间 , 上部住宅剪力墙布 置较为均匀 , 整齐 , 可采用梁式转换层 。但由于住宅设备 管线较多 , , 因此采用箱型转换 层兼做设备层将更为合理 。 4。 内 0m 。, 814m 柱网改 (2 , 原 514m 层高改为 1012m ( 。 为了满足这一功能需要在

12、3层以上增 , 使柱网恢复成原来的 814m 。 因此在 3层以上需要采 用特殊的结构形式以便使上部结构荷载通史安全 、可靠地 传递到周围的柱或剪力墙上 。 为此我们在 3层 4层间采用 双向的两榀桁架作为托架支撑而增加柱子 (如图 2 。 其中 杆件 5、 6用于对 3层梁的吊拉作用以减小该梁的跨度 , 杆 件 1、 2、 4、 7、 8作为三角形桁架用于支撑增加的柱 。对 于这榀桁架采用了 PK 进行计算 。结果是显示斜杆 1、 2、 4、 7的轴向力很大 , 配筋率也很高 。 分析其原因是由于斜 杆除了支撑上面新增加柱的荷载以外 , 同时还参与了抵抗 水平力的作用 。 这一结果显示了斜杆

13、的实际工作情况 。因 此在设计时把这些构件作为重点进行考虑 , 采用 200mm 厚 的混凝土墙来增加斜杆的稳定 。为了不影响平面的使用 , 将图中斜线部分开成门洞 。图 2 桁架立面示意图吉首市不在地震区 , 但考虑到建筑物塔楼与裙房连成 整体及耐久性 , 整个工程按 度抗震设防计算 , 采用中国 建筑科学研究院 P DP MC AD 、 S AT W E 进行计算 。主要数据 的计算结果见表 5、 表 6。表 5底层柱辅压比轴压比办公楼 裙房项目名称方向第一周期第二周期第三周期层间位移允许值顶点位移住宅楼楼 0 2 1 表 3主体施工沉降观测结果观测点累计时间272928292828273

14、0装修阶段审批 , 工期会延长 , 且施工费用会增多 ; 第二方案为回填 法 , 回填 C15毛石混凝土 , 为减少水化热 , 采用粒径为 4001200的大块毛石 , 毛石掺量为 60%左右 , 同时为减少回 填毛石混凝土用量 , 将相关联的基础底面标高降低 112m, 并将冲沟侧壁根据岩层情况凿成 1 21 016的台阶 , 侧壁 及底部清除浮块 , 用高压水清洗干净 , 回填前用 C20素混 凝土浆喷涂一遍 。 通过二种处理方案的综合比较 , 决定采 用第二种地基处理方案 。513, 整 结束语本文通过工程实例 , 详细介绍剪力墙结构在小高层商 住楼中的应用 , 采用 S AT W E

15、软件计算时参数的选用 , 计算 结果的分析 , 基础类型的采用以及特殊地基时的处理方法 。 在基础方面 , 天然基础施工时采用了现场实地取样 , 做了 地基承载力的试验 ; 地勘钻孔间距为 13m 15m 方格 , 冲 沟恰好位于两钻孔之间 , 未能在勘察报告中反映出来 , 这 为复杂山丘地质情况提供了经验 ; 在基础开挖过程中 , 场 地土层局部出现明显差异时若采用现场进行钻孔补探 , 查 明土层厚度变化情况 , 就能更好地为基础处理提供依据 , 以便采用更佳处理方案 。综上所述 , 在结构设计中 , 计算 时应了解计算软件的功能及使用范围 , 掌握计算时相应参 数的选取 , 建立与实际相符

16、的结构计算模型 ; 对计算结果 进行分析 , 调整结构构件的布置 , 使其计算结构满足有关 规范的各项规定 ; 另外 , 对于在工程施工过程中出现的问 题 , 应及时运用结构理论知识提出切实可行的处理方案 , 使问题得到妥善解决 。做为结构设计人员应加强学习 , 了 解新技术 , 积累工作经验 , 设计出更多的安全适用 、经济 合理的优秀作品 。 I D :5094参 考 文 献 :1 G B50009-2001(2006版 建筑结构荷载规范 S12 G B50011-2001(2008版 建筑抗震设计规范 S13 G B50007-2002建筑地基基础设计规范 S14 JGJ79-2002建筑地基处理技术规范 S.5 JGJ3-2002高层建筑混凝土结构技术规程 S.(上接第 120页 从表 5、表 6的计算结果可以看出 ,结构构件的截面 、剪力墙的布置都基本合理 。 虽然办公楼 柱的截面偏小 , 但配筋率较低 , 可从构造上对其进行加强 处理 (可采用箍筋加密或增加芯柱的方法 。 总体上看 , 该 工程的结构方案是比较合理可行的 。5 结语从以上结构设计分析计算可以看出 ,