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建筑结构嵌固部位的选取

2016/05/23 阅读:

【摘要】

嵌固部位的选取是结构设计的一个重要环节。以苏州某高层住宅项目为例,结合国家规范以及地方标准的规定,简要分析选取不同结构嵌固部位的优缺点,介绍了相关的设计方法。

【关键词】

高层建筑;嵌固部位;大底盘地下室;多塔楼结构

对于高层建筑结构设计而言,嵌固部位的选取是一个极其重要的环节,关系到整个结构方案的合理性,影响到所有后续结构设计工作,有时候甚至造成全面返工。但是,各类现行国家规范以及地方标准对于结构嵌固端的规定不尽相同,有的更是只字片语,模棱两可。因此,对于结构嵌固部位的选取,工程界一直存在着各种各样的争论。众多工程设计人员一般只能按照单位总工或是社会上一些专家学者的个人见解进行设计。嵌固部位选取得不好,有时候会影响到结构安全性,存在安全隐患,不能通过图纸审查;有时候会影响到结构经济性,造成浪费,不能使业主满意。本文介绍了苏州某高层住宅小区的实际设计思路过程,并从不同角度简要分析了将结构嵌固部位选取在地下室顶面和基础顶面时的两种方案的优点和缺点;同时针对越来越常见的大底盘地下室多塔楼结构形式,介绍了相关的实用设计方法及注意点。

1工程概况

苏州某住宅项目共包括4幢高层(50#、51#、52#、53#),各分区位置如图1所示。各楼均为地上27层,地下1层,主体高度78.6m,标准层高2.9m。普通地下室与人防地下室之间采用联通走道相连,其余部位均不设缝;50#楼与普通地下室脱开,二者采用联通走道相连;51#、52#、53#楼与人防地下室连为整体,形成大底盘地下室多塔楼结构(该名词用以区别于常规的大底盘多塔楼结构,即未设缝分开的裙楼上部具有多塔楼的结构形式)。50#、51#和53#楼由于超长,均在地下室顶板以上设伸缩缝断开。伸缩缝需满足抗震缝要求,根据苏州当地抗震审查相关要求,经计算缝宽取为230mm,各单塔楼长宽比为2.6,高宽比为5.6。苏州市抗震设防烈度为6度(第一组),设计基本地震加速度值为0.05g。拟建建筑场地类别为III类,各楼均按插入法确定场地设计特征周期,根据岩土工程勘察报告(详细勘察)取值为0.53s,属建筑抗震一般地段。本工程建筑抗震设防类别为标准设防类,结构体系采用剪力墙结构。

2结构嵌固部位选取

2.150#楼方案设计50#楼本身的地下室连为整体,不设伸缩缝;上部结构在地下室顶板以上设缝断开,左右镜像对称。结构剖面示意详见图2所示。

2.1.1方案比选50#楼的结构形式较为常见,该楼的结构嵌固部位可以选取在地下室顶板处或基础顶面处,两种方案各有优缺点。方案一:将结构嵌固部位选取在地下室顶板处。优点是可将上部左右两个结构单元单独建模,以便简化计算;缺点是首先需要按照文献[1]第6.1.14条验算侧向刚度比,若需满足2倍的刚度比要求,则需要在地下室内增设较多剪力墙或增加剪力墙的截面厚度及混凝土强度等级。方案二:将结构嵌固部位下移至基础顶面处。优点是无需照文献[1]第6.1.14条验算侧向刚度比,即无需增设较多剪力墙或增加剪力墙的截面厚度及混凝土强度等级,相对于方案一比较经济;缺点是需要进行包络设计,增加了计算及构造的复杂性。如果采取方案一,即使满足了侧向刚度比要求,在进行地下室和基础设计时,审图中心往往还是会要求设计人员进行整体建模计算,设计还是没有像预期的那样简便;如果选择方案二,由于该楼仅为双塔,规模不大,完全可以进行整体建模计算,所增加的无非是包络设计。以前该包络过程需要手工复核,现在的软件已经增加此功能,大大节省了时间,加快了设计进度,且该方案由于其明显的经济效益,更加易于被建设单位接受。因此本工程选择了方案二,将结构嵌固部位选取在基础顶面处。

2.1.2设计方法由于地下室周围回填土的约束作用,地下室顶板处对上部结构的嵌固作用是客观存在的。因此无论地下室顶板是否作为上部结构的嵌固部位,结构设计中均应该考虑地下室顶板处实际存在的嵌固作用,采取相应的加强措施。根据参考文献[2]的建议,本工程将结构嵌固部位按地下室顶板和基础顶面计算两次,取不利值设计,并对地下室顶板按嵌固端的构造要求进行加强。

2.251#~53#楼方案设计51#~53#楼的地下室与人防地下室连为整体,不设伸缩缝;51#、53#楼上部结构在地下室顶板以上设缝断开,左右镜像对称。由于建筑功能要求,室外地面通常需要1.2~1.5m厚的覆土,因此主塔楼范围以外的地下室顶板面需要降至标高-1.500~-1.800;而主塔楼范围以内的地下室顶板面往往在标高-0.030处,二者高差较多,形成错层。

2.2.1方案比选51#~53#楼的结构形式近年来较多出现,其嵌固部位的选取大有讲究,笔者近年来接触的几个项目均按照具体情况采取了不同的处理方式:有的采用了增设夹层的方法,将结构嵌固部位选取在夹层底板处;有的通过降低主塔楼范围以内的地下室顶板面标高,依然将结构嵌固部位选取在地下室顶板处。通过上述处理方式,有效避免了包络设计的麻烦。本工程规模较小,上部结构仅有五个塔楼,完全可以进行包络设计。因此,笔者按照50#楼的设计思路,将该工程的嵌固部位选择在了基础顶面处,从而形成了大底盘地下室多塔楼结构。但是与50#楼不同的是,根据2012年江苏省建设工程施工图审查技术问答要求,需满足文献[3]第10.6节多塔楼结构设计的有关规定,该节规定仅第10.6.3条第1款需要特别注意一下,其它各条规定要满足并非难事。该款内容为:各塔楼的层数、平面和刚度宜接近;塔楼对底盘宜对称布置;上部塔楼结构的综合质心与底盘结构质心的距离不宜大于底盘相应边长的20%。

2.2.2设计要点本工程各塔楼的层数、平面和刚度均接近;塔楼对底盘对称布置,因此只需验算上部塔楼结构的综合质心与底盘结构质心的距离是否满足规范规定即可。上部塔楼结构的综合质心坐标可按式(1)、(2)计算。另外,大底盘形状不规则时,其边长应按一定规则进行等效。对于一些复杂平面,其边长可按计算软件输出的等效尺寸取。笔者对该大底盘的边长进行了各个方向的等效,其结果均满足规范要求。虽然本工程已将嵌固部位选择在基础顶面处,但是根据苏州当地抗震审查相关要求,应将主塔楼范围以内的地下室顶板面标高与主塔楼范围以外的地下室顶板面标高控制在1m范围内,笔者将主塔楼范围以内的地下室顶板降低至标高-0.700处,二者高差为900mm,满足该要求。主塔楼范围内降板后可采用轻质混凝土回填。结构剖面示意图详见图4所示。措施,以有效传递水平力。同时加强地下室顶板构造,按嵌固端构造设计(板厚180mm,双层双向配筋率0.25%)。

3结语

关于结构嵌固部位的选取,很多结构工程师,包括一些施工图审查人员,对于设计规范的理解和计算软件的应用等问题,都经历了一个由抽象到具体、从模糊到清晰的过程。通过本文分析,可以得到如下结论。1)将结构嵌固部位选取在地下室顶板处时,为满足规范侧向刚度比要求需在地下室内增设较多剪力墙或增加剪力墙的截面厚度,既不经济又影响建筑使用,但是计算相对比较简单,在工程项目复杂时应优先选用。2)将结构嵌固部位下移至基础顶面处,比较经济,但是需要进行单塔和整体包络设计,并且还需将结构嵌固部位按地下室顶板和基础顶面计算两次,取不利值设计,并应对地下室顶板按嵌固端的构造要求进行加强。3)将嵌固部位选择在基础顶面处,形成大底盘地下室多塔楼结构时,需按规范要求验算上部塔楼结构的综合质心与底盘结构质心的距离。4)将嵌固部位选择在基础顶面处时,需注意控制主塔楼范围内外的地下室顶板面高差(该高差值应符合地方审查规定),且应在错层处采取加腋等有效措施传递水平力。本工程已通过当地抗震审查和施工图审查,类似工程如需采用本文做法应提前与该地区的审图部门及专家们沟通。

参考文献

[1]中国地震局工程力学研究所,中国建筑设计研究院,中国建筑标准设计研究院,等.GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[2]朱炳寅.建筑结构设计问答及分析(第二版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2013.

[3]中国建筑科学研究院.JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.

作者:蒋峰 周筱洁 单位:昆山开发区建设工程检测有限公司 苏州大学教学科学研究院

建筑结构嵌固部位的选取

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