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某高层住宅的结构设计关键点及应对措施
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【摘要】以江苏昆山地区某典型高层住宅为例,本文讨论了一般高层住宅结构设计中的关键点,并提出了对这些关键点的应对措施。
【关键词】高层住宅、虚刚、经济性指标
一、项目基本情况
本项目位于江苏省昆山市花桥镇,昆山花桥国际商务城内,地上建筑面积为35178m2,共26层,底部带两层商业裙房。建筑最高点82.5m,结构高度78.7m。塔楼的高宽比为4.77。
地上根据建筑功能及划分,共设置两道结构缝,分为三个结构单体,从左往右依次为:A区、B区、C区。
该项目的设计基本参数和建筑分类等级取值如下:
抗震设防烈度:7度;建筑场地类别:Ⅳ类;多遇地震水平地震影响系数最大值为0.08;基本风压:0.45(kN/m2);特征周期Tg=0.656s;地面粗糙度B类;风荷载体型系数:X:1.4;Y:1.5;基本雪压:0.50(kN/m2);
二、设计要点
1、剪力墙的“虚刚”
以B区塔楼为例,如图1,楼、电梯间位于主体结构北侧,该处剪力墙凸出主体,与主体连接较弱,应考虑其“虚刚”影响。本工程在设计中,已按照去除外凸楼、电梯间剪力墙复核结构高宽比以及结构位移指标。经复核,不考虑楼、电梯间的楼层有效宽度为13.70m,相应结构高宽比=78.7/13.7=5.756;去除外凸楼电梯间剪力墙之后,结构位移指标也满足规范要求。
图1B区塔楼考虑虚刚影响的剪力墙
2、小偏拉墙肢的校核
以B区为例,当结构采用SATWE进行内力计算时,底部楼层部分墙肢呈现小偏拉受力形式,故在模型计算时,应当在特殊构件定义中将此处剪力墙定义为双肢墙,并补充计算小偏拉墙肢中震不屈服下拉应力。当中震下墙肢拉应力小于混凝土1.0ftk时,通过加强墙体配筋抵抗小震下的拉应力并复核墙肢裂缝;当中震下墙肢拉应力大于混凝土1.0ftk时,应按该小偏拉墙肢小震下刚度退化复核结构的位移指标[1]。
3、1#楼地上结构经济性指标测算
(1)布墙率
以B区塔楼标准层为例,标准层结构面积为416.6m2,剪力墙投影面积为23.9m2,
经计算,B区地上结构剪力墙布墙率为5.7%,参照《中海地产结构设计限额控制指标》,对于中等高层住宅(60m≤建筑高度≤80m),布墙率的限额为6.5%,经复核,AC区的布墙率指标也均为5.7%左右,故本工程的布墙率在合理范围内。
(2)1#楼用钢量统计如下表:
统计分项
钢筋用量统计(t)
A区
B区
C区
柱
5.014
5.135
7.84
暗柱\端柱
204.84
222.168
206.025
墙
1.567
1.576
1.562
67.754
68.913
67.692
连梁
0.708
0.51
1.042
41.086
53.117
49.446
梁
1.955
1.058
1.489
148.349
123.576
130.71
现浇板
4.567
3.347
5.315
103.485
105.621
110.511
自定义线
0.032
0.032
0.032
39.958
39.958
39.545
楼梯
16.386
16.39
16.386
钢筋用量合计(t)
635.701
641.401
637.563
经上表统计得,A、B、C区地上主体结构用钢总量为1914.7t,地上建筑总面积为35178m2,经计算,单位面积平均用钢量为54.4Kg/m2。
一般对于抗震设防烈度为7度、Ⅱ类场地土、80m高剪力墙住宅含钢量为50~52kg/m2较为合理。本工程为Ⅳ类场地土,指标正常增加5%~8%,即52.5~56Kg/m2,故本工程用钢量较为合理[2]。
4、连廊楼板加强措施
塔楼在北侧两个楼电梯井筒间设置了开敞式走廊,走廊两侧均为开洞。由于走廊两边梁间楼板宽度(含梁宽)为1700mm,不满足高规3.4.6条:“开洞后,每一边的楼板净宽度不应小于2m”的要求,将北侧边梁往外挑出300mm,以满足规范要求。
另外,连廊处的楼板已按照弹性板设计,板厚和配筋也进行了适当加强。
5、采用铝模施工的建筑外墙优化设计
根据建设单位要求,本项目将采用的是铝模施工工艺,原有的外墙材料和砌筑模式已经不能满足施工要求,故本项目设计了全新的外墙构造体系,如下图所示。该形式的外墙既能满足建筑防水和保温的要求,又兼顾了结构强度和耐久性的要求。
三、结论
不难发现,做好高层住宅的结构设计,往往需要关注以下几个方面:
1、控制高宽比、选取合理的结构体系。高层建筑的高宽比是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制,控制高宽比是合理的结构体系的前提。
2、提供足够的安全储备,保证实现抗震设计的“三水准”设防要求。本项目为框剪结构体系,尤
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