小高层结构设计实践

关键词 结构设计；小高层结构；设计措施；模型调整 

　　1 工程概况 

　　本工程包括1~9#楼十四幢十~十一层小高层住宅、15~19#楼五幢六层多层商品楼和一层地下室。本工程为6度设防烈度，设计基本加速度0.05g，鉴于建筑用途为住宅，设防类别定位丙类。结构设计按照6度抗震设防烈度，地区基本风压为0.60kN/m2，地面粗糙度为C类；基本雪压为0.35kN/m2。 

　　2 模型合理调整 

　　对于小高层结构来说，从建筑高度上考虑，其结构类型一般都选用框架剪力墙结构，对于框架剪力墙结构模型必须采取合理的调整而使得设计更加符合实际情况。对于框架剪力墙模型的调整类似与框架结构中的模型修改和结构计算过程中需运用的技巧和方法，只是相对来说，框架剪力墙结构模型调整中，除对于框架梁柱有要求外，还有剪力墙的合理数量布置、设置部位以及剪力墙厚度、刚度等根据结构特别来采取设置。 

　　1）工程实践表明，对于框架剪力墙结构来说，剪力墙的布置合理非常重要。布置剪力墙时首先要清晰剪力墙在结构受力中的作用，其主要是承受结构在水平作用下所引起的剪力。但剪力墙布置并不是越多越好，剪力墙布置过多将造成结构承受较大刚度，从而承受更大的地震效应，显然对于结构设计原意图来说这是不合理的； 

　　2）通过工程设计经验来看，对于进行框架剪力墙结构中的剪力墙布置可以采取有效的简化方法。例如先采取手算了初步判定框架梁柱以及剪力墙布置的位置与截面尺寸等，然后结合电算的计算结果，判断结构位移比、周期比等参数是否满足规范设计要求； 

　　3）框架-剪力墙结构剪力墙调整。框架梁与剪力墙连接为铰接，当已知建筑物总高度H，总重力荷载代表值GE、场地类别等，可查表得参数ψ，按下式求出参数β，已知β后查表得结构刚度特征值λ，然后已知λ、H、Cf可由下式求得所需的剪力墙平均总刚度EIW（kN/m2）。同时，在设计中为了有效地使框架剪力墙结构中的剪力墙构件所承受的地震倾覆力矩大于总倾覆力矩的50%，可通过控制刚度特征值小于2.4来实现。同时刚度特征值的取值必须考虑到框架承受的剪力影响，为了使框架最大楼层剪力限制于0.2FEK，刚度特征值应当大于1.15。然后根据实际结构的剪力墙刚度与通过公式手算的刚度进行对比，如果计算得到剪力墙刚度与实际结构刚度稍大或者相近，则表明结构的位移可满足规范要求，则可继续进行结构的内力计算。如果实际结构的剪力墙刚度大很多，则应当重新调整结构的剪力墙； 

　　4）通过调整框架剪力墙结构中的剪力墙布置是可使得结构满足规范规定位移限值，但剪力墙刚度并不意味着越大越好。从工程实践表明，刚度即使增大一半，但在水平地震作用下，位移才比之前减小仅13％~19％，因为最终框架所分配的剪力只是在较小范围内变化。 

　　3 结构设计要点 

　　本项目的1#~14楼为小高层住宅，高度均低于60m，因此适宜采用现浇框架-剪力墙结构体系。抗震等级框架四级，剪力墙四级。15~19#楼为六层多层住宅，采用现浇框架结构，抗震等级框架四级。各楼均采用钢筋砼现浇楼盖。从抗震性能效果上看，结构布置合理，整体抗震性能良好，又能很好的满足建筑造型和使用功能的需要。本工程基础设计考虑桩基础，桩基拟采用先张法预应力混凝土管桩，其具有造价低，施工过程中质量易控制，施工工艺简单，施工工期相对较短、桩身质量容易保证等优点。 

　　本工程地下室部分采用甲类核六级人防平战相结合。人防地下室顶板厚250mm，非人防地下室顶板厚180mm，外墙板厚300mm~350mm，底板厚400mm。鉴于地下室面积较大，地下室顶板采用钢筋混凝土梁柱结构，考虑各种因素，地下室不设逢。在主楼与地下室之间设沉降后浇带，待主楼结顶后再施工。对地下室及结构单元长度超过规范规定的最大伸缩缝间距要求的部分，设置温度伸缩后浇带，待两侧混凝土达到强度后一个月以上封闭。另外，本工程为超长结构，同时为了有效地减少超长带来的砼收缩和温度应力等对结构的不利影响，拟采取以下措施： 

　　1）在设计上适当提高基础及地下室顶板的最小配筋率，配筋率控制在0.30％左右，顶板采用双层贯通配筋；2）材料选取上混凝土原材料应采用低收缩、低水化热水泥（例如粉煤灰水泥等），采用碎石骨料，基础底板的混凝土加入适量防水剂；地下室混凝土在严格控制混凝土外加剂的品种、质量和剂量的同时，可以考虑掺微膨胀剂与纤维；3）施工上通过控制混凝土的浇筑时间和浇筑温度，以部分抵消混凝土收缩和温度应力对结构的不利影响。在混凝土浇筑施工中，应采取二次振捣措施，并应加强混凝土养护，特别是前期养护。 

　　4 结构分析 

　　本工程使用中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部编制的结构分析程序《多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE》（2008版）进行结构分析。分析中考虑楼板开洞的影响，上部结构与地下室作为一个整体，上部结构的嵌固点位于地下室顶板；地震的作用和风荷载按两个主轴方向作用，同时考虑5%的偶然偏心地震作用下的扭转影响；本工程基础设计采用PKPM的JCCAD版进行计算。 

　　5 结论 

　　本文通过结合某小高层设计实例，提出建筑结构设计的计算模型应当结合实际情况而采取合理的调整，笔者提出框架剪力墙结构的模型调整技巧，以及本小高层设计的相关要点。 

　　参考文献 

　　[1]林涛，张景祯.建筑结构设计要点及计算模型调整[J].科技传播，2011，28(9)：118-119． 

　　[2]赵海燕，赵军，闻玉辉.PKPM建筑结构设计软件课程教学探讨[J].价值工程，2011，27(1)：31-33． 

　　[3]孙凯.建筑结构设计的问题及对策探讨[J].工业建筑，2011，31(7)：57-58．