摘要:本文對(duì)某建筑小高層住宅綜合樓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析,并指出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師不但要全面了解各種結(jié)構(gòu)形式的受力特點(diǎn)、關(guān)鍵構(gòu)件與關(guān)鍵部位，還要對(duì)于復(fù)雜型工程分析歸納其結(jié)構(gòu)、工程特點(diǎn),有針對(duì)性地采取措施。通過(guò)本工程設(shè)計(jì)實(shí)踐,對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有了更廣泛了解和深入體驗(yàn),并獲得了一些新的認(rèn)識(shí)。
　　關(guān)鍵詞:綜合樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);工程特點(diǎn)；技術(shù)措施
　　1工程實(shí)況
　　該工程占地面積22161m2,總建筑面積68740m2。主要包括南北兩排高級(jí)住宅綜合樓和東西兩側(cè)公建。南側(cè)住宅綜合樓(B～G座)地上8層,北側(cè)住宅綜合樓(J～R座)地上8層～10層。南北住宅綜合樓均為框架剪力墻結(jié)構(gòu),南樓局部設(shè)有框支梁。東側(cè)公建(H座)地上2層,為高級(jí)配套商業(yè)用房,框架結(jié)構(gòu);西側(cè)公建(A座)地上4層,為文化娛樂(lè)、健身中心,框架結(jié)構(gòu)。南北住宅綜合樓均設(shè)有兩層地下室,南樓地下2層戰(zhàn)時(shí)為六級(jí)人防物資庫(kù)、平時(shí)為汽車庫(kù),北樓地下2層為設(shè)備用房,南北樓地下1層均為自行車庫(kù)。南北住宅綜合樓中間局部設(shè)有地下室,位于地下2層,為單純汽車庫(kù),其西側(cè)局部從地下2層至地面為游泳池,框架結(jié)構(gòu)(局部含有剪力墻)。兩棟住宅綜合樓中間地面擬建社區(qū)公園,有假山、音樂(lè)噴泉、熱帶樹木、草坪、健身器材、夜景照明等。
　　2本工程特點(diǎn)
　　本工程整體設(shè)計(jì)思路要求典雅、高級(jí)、舒適。建筑立面風(fēng)格追求歐式古典主義,平面布置講究高度靈活性,可以居住、辦公。為追求大尺度,部分戶型房間開(kāi)間達(dá)到12.8m,進(jìn)深達(dá)到14.7m。戶型建筑面積在200m2～500m2,頂層帶躍層式。由于開(kāi)發(fā)商要求功能多樣化、適應(yīng)性強(qiáng)、個(gè)性鮮明,使得建筑設(shè)計(jì)平面與立面復(fù)雜、多變。所以與
　　一般工程相比,本工程有鮮明特點(diǎn),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不利因素相對(duì)集中,體系相對(duì)復(fù)雜,給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大難度,其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
　　1)高差懸殊(住宅綜合樓與汽車庫(kù)高差達(dá)8層～11層);
　　2)超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)(地下2層建筑長(zhǎng)度達(dá)177m);
　　3)大跨度樓板(最大板跨12.8m);
　　4)錯(cuò)層集中(兩個(gè)部位剪力墻兩側(cè)層高分別為2.8m、3.0m,樓板層層交錯(cuò)設(shè)置);
　　5)不規(guī)則坡屋頂(四坡屋項(xiàng)帶老虎窗);
　　6)部分剪力墻不能直接落在基礎(chǔ)上(主要為南樓折線形外墻)。另外,本工程部分地下室設(shè)有人防層、游泳池。
　　3具體技術(shù)措施
　　緣于本工程復(fù)雜性,經(jīng)過(guò)反復(fù)論證、綜合分析比較,確定設(shè)計(jì)原則如下:住宅整體結(jié)構(gòu)采用框架剪力墻體系,墻體厚度為300mm到頂,局部樓電梯間處墻厚200mm,以提高結(jié)構(gòu)整體性以及抗側(cè)移剛度,并可以滿足“新規(guī)范”對(duì)剪力墻厚度的要求。樓板采用大板塊現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。針對(duì)該工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn),具體技術(shù)措施如下:
　　1)高差懸殊問(wèn)題。設(shè)置兩道沉降縫將南北住宅綜合樓與中間地下汽車庫(kù)完全脫開(kāi),沉降縫寬度為100mm,縫內(nèi)用粗砂填實(shí)。
　　2)結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)問(wèn)題。從地下1層開(kāi)始設(shè)置伸縮縫將南北住宅綜合樓分成若干單體,縫寬100mm。仍然超長(zhǎng)的設(shè)置伸縮后澆帶,后澆帶寬800mm,主體結(jié)構(gòu)施工完后兩個(gè)月用高一強(qiáng)度等級(jí)混凝土并加適量微膨脹劑澆灌,附加溫度鋼筋,加強(qiáng)施工養(yǎng)護(hù),以解決混凝土結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)問(wèn)題。
　　3)大跨度樓板問(wèn)題。本工程結(jié)構(gòu)最大板塊跨度為12.8m×14.7m,根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)確定板厚為280mm。先采用普通混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)詳細(xì)計(jì)算,在較大配筋率(0.65%)情況下承載力極限狀態(tài)可以滿足,混凝土相對(duì)受壓區(qū)高度(0.14)不超限。但是正常使用極限狀態(tài)下裂縫寬度驗(yàn)算為ωmax=0.35mm,超過(guò)限值ωlim=0.3mm;板塊最大撓度為f=0.0698m,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出限值=0.043m,無(wú)法滿足正常使用極限狀態(tài)下裂縫寬度與撓度驗(yàn)算的要求。經(jīng)分析比較,認(rèn)為配置預(yù)應(yīng)力鋼筋是比較合理的,配筋率比較經(jīng)濟(jì),撓度和裂縫問(wèn)題均能很好解決,并可達(dá)到建筑上靈活設(shè)置隔墻、家庭辦公等要求。另外,在板塊上部中間部位增設(shè)溫度鋼筋,以提高樓板抗變形能力。
　　4)樓板錯(cuò)層問(wèn)題。由于開(kāi)發(fā)商特殊要求,本工程兩個(gè)部位出現(xiàn)錯(cuò)層集中現(xiàn)象,剪力墻兩側(cè)層高分別為2.8m、3.0m,具體為Q、R座中間墻,J、K座中間墻。這樣使得樓板層層交錯(cuò),而且錯(cuò)層部位樓板高差不一致,如圖1所示。由于樓板起到傳遞和分配水平力的作用,樓板錯(cuò)層造成局部應(yīng)力集中和剪力墻平面外、平面內(nèi)短墻受彎等情況,對(duì)結(jié)構(gòu)十分不利。
　　具體處理措施為:加強(qiáng)錯(cuò)層部位剪力墻厚度,將該部位剪力墻厚度調(diào)整為400mm,以提高剪力墻平面外剛度;剪力墻抗震等級(jí)提高一級(jí),剪力墻分布鋼筋配筋率提高到0.5%,并適當(dāng)增加暗柱數(shù)量和配筋等。在結(jié)構(gòu)計(jì)算上采用彈性樓板假定。
　　5)坡屋面問(wèn)題。由于建筑立面要求,屋頂做成不規(guī)則坡屋面形式,水平跨度都在10m～12.8m左右。下部為300mm厚剪力墻結(jié)構(gòu),用層高限制,無(wú)法設(shè)置托柱梁,更不宜在屋脊交點(diǎn)位置樓板上設(shè)置立柱,形成不了框架結(jié)構(gòu),所以這種不規(guī)則坡屋面給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成很大困難。
　　
　　圖1樓板錯(cuò)層示意圖2坡屋頂平面
　　1-空間剛架;2-拉梁
　　經(jīng)過(guò)多種結(jié)構(gòu)形式的比較分析、反復(fù)試算,確定采用空間剛架方案來(lái)解決,即在屋頂沿屋脊位置、窗間墻位置設(shè)置斜柱,柱截面高度與墻厚相等為300mm,柱截面寬度確定為600mm,并在屋頂部設(shè)置水平拉梁以構(gòu)成空間剛架,如圖2所示。如此布置很好地滿足了建筑上立面造型的需要,又能夠減輕結(jié)構(gòu)構(gòu)件的自重,圓滿地解決了工程問(wèn)題。
　　6)框支梁?jiǎn)栴}。由于南樓地下2層出挑部分為汽車庫(kù),采用大柱網(wǎng)框架結(jié)構(gòu)布置。住宅部分從地下1層開(kāi)始,其部分外墻(南側(cè)外墻)不能落到基礎(chǔ)上,而且外墻沿幾條軸線布置,走向形成折線外形。軸線間距在各個(gè)部位不等,大部分為2000mm。結(jié)構(gòu)處理方法為采用框支托梁形式,把整個(gè)折線形外墻托起,以承擔(dān)豎向荷載并傳遞水平地震力。經(jīng)計(jì)算采用1000mm高度沒(méi)有問(wèn)題,寬度各個(gè)部位有所不同,大部分為2500mm。
　　4結(jié)構(gòu)計(jì)算
　　采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPM工程部編寫的《SAT-WE》程序計(jì)算。
　　由于主體結(jié)構(gòu)在地下2層開(kāi)始采用沉降縫全部斷開(kāi),分成了三個(gè)部分,其中汽車庫(kù)僅設(shè)置于地下2層,南北住宅綜合樓地上層數(shù)較多,較為典型,尤以南樓具有代表性,現(xiàn)將南樓一部分(BCDE座)結(jié)構(gòu)整體計(jì)算情況簡(jiǎn)單介紹如下:
　　1)地震作用下層間位移角曲線。
　　2)地震作用下最大反應(yīng)力曲線。
　　3)地震作用下結(jié)構(gòu)周期周期如表1。
　　4)地震作用下結(jié)構(gòu)振型。
　　表1地震作用下的結(jié)構(gòu)周期

　　地震力Q0X=32216kN,Q0Y=36014kN剪重力Q0X/Ge=13.74%,Q0Y/Ge=15.36%最大層間位移=1/1821軸壓比μ:絕大部分剪力墻軸壓比μ≈0,個(gè)別小墻肢最大軸壓比μ=0.23。框架梁、柱、剪力墻、連梁配筋均無(wú)超筋情況,從整體計(jì)算結(jié)果看,本工程結(jié)構(gòu)布置比較合理。
　　5地基基礎(chǔ)
　　根據(jù)本工程詳細(xì)“地勘”報(bào)告,地基持力層為第四紀(jì)沉積粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土④層,地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值綜合取值為fk=160kPa,地下水近3年～5年最高水位為自然地面下3m。根據(jù)地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值經(jīng)深度修正已達(dá)到f=260kPa(基礎(chǔ)埋深為自然地面下9m),以層數(shù)較多的北樓為代表,結(jié)構(gòu)豎向力標(biāo)準(zhǔn)值(D+L)為246kPa,(地基承載力完全可以滿足要求,采用天然地基沒(méi)有問(wèn)題。地下室抗浮驗(yàn)算也無(wú)問(wèn)題。中間地下汽車庫(kù)采用上反肋梁式筏形基礎(chǔ),底板厚500mm,基礎(chǔ)梁800mm×1200mm;南樓亦采用上反肋梁式筏形基礎(chǔ),底板厚1000mm,基礎(chǔ)梁800mm×1200mm;北樓采用平板式筏形基礎(chǔ),沿外圍墻體做暗梁,底板厚1000mm。南北樓基礎(chǔ)底板系根據(jù)板格跨度及施工方便,綜合考慮統(tǒng)一確定厚度為1000mm。基礎(chǔ)亦在適當(dāng)位置設(shè)置伸縮后澆帶,具體位置同上部結(jié)構(gòu)。
　　6幾點(diǎn)結(jié)論
　　1)現(xiàn)階段建筑方案復(fù)雜、多變,造成工程中結(jié)構(gòu)不利因素過(guò)于集中。結(jié)構(gòu)師有必要在方案階段引導(dǎo)建筑師重視結(jié)構(gòu)問(wèn)題,根據(jù)建筑物高度、使用功能等合理地選擇結(jié)構(gòu)體系,恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)建筑物的平面形狀以及體型,對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理布置,以求做到建筑美觀、結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)適用。
　　2)結(jié)構(gòu)師要全面了解各種結(jié)構(gòu)形式的受力特點(diǎn)、關(guān)鍵部位、關(guān)鍵構(gòu)件。對(duì)于復(fù)雜工程,分析歸納其結(jié)構(gòu)特點(diǎn),有針對(duì)性地采取技術(shù)措施,合理地簡(jiǎn)化計(jì)算模型,才能從整體上把握工程,很好地解決實(shí)際問(wèn)題。做到既符合規(guī)范要求,又滿足工程需要。
　　3)要時(shí)刻關(guān)注國(guó)內(nèi)外專業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài),掌握最新科技成果。做到不斷學(xué)習(xí)新技術(shù),了解新的結(jié)構(gòu)形式,長(zhǎng)期積累,勤于探索。只要依據(jù)充分,必要時(shí)可以適當(dāng)突破規(guī)范限制,或?qū)σ?guī)范中空白、模糊的領(lǐng)域提出創(chuàng)新的理論、技術(shù)措施,并大膽地應(yīng)用于工程實(shí)踐中,以解決復(fù)雜工程問(wèn)題,設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)、美觀、適用的住宅。