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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流某双塔错层式高层住宅结构设计计算.精品文档.某双塔错层式高层住宅结构设计计算第6期2Oo4年6月广东土木与建筑GUANGD0NGARCHITEl:TURECIVILENGINEERINGN0.6JUN2oo4某双塔错层式高层住宅结构设计计算方向明(广州市花都区建筑设计院广州510800)摘要:介绍某双塔跃层式复杂高层结构的初步设计与计算过程,采用3种程序进行计算分析和对比,各项结果均基本符合规范要求,针对结构整体侧向刚度的不足,将在施工图设计中采取相应措施,以满足结构稳定性要求.关键词:复杂高层;结构稳定;侧向刚度;薄弱层l工程概况康裕苑位于
2、广州市花都区新城区新都大道旁,占地面积约4000m.地上22层,地下1层,总建筑面积3.6万m2,结构主体高69.3m,最高点80.9m.其中.地下室作为停车场和设备用房;裙楼13层为大型商场:4层为裙楼天面,局部为设备用房;522层为对称双塔跃式标准层住宅,层高3.2m,塔楼为每层4户,各有2户为跃式套间,跃层部分位于塔楼两端,比中间楼层高1.6m,通过室内楼梯相连;22层以上为电梯机房,天面水池等设备用房.4层和5l9层标准层结构平面如图1所示.采用钢筋混凝土框架剪力墙结构.建筑抗震设防烈度为6度,设计基本地震加速度0.05g,类场地,基本风压0.50kN/m.属丙类建筑,抗震等级三级.2
3、地质条件及基础设计本工程场地各土层及物理性能指标分别如下:耕植土层:厚0.20.6m,层顶标高一0.2m;粉质粘土层:厚0.33.1m,薄层状,可塑,层顶标高-0.5m;粗l006lr晷熬顶同:Il卜一一一一一一一I一一矗嚣一8(a)4层砾砂层:厚8.816.9m,松散,稍密,承载力特征值=175kPa,层顶标高一1.5m;一1粉质粘土层:厚Q711.5m,湿软,可塑,压缩模量E-07MPa,=120kPa,层顶标高一13.5m;一2残积土层:厚0.315.0m,土洞发育多,流塑,Es=4.30MPaoCk=120kPa,层顶标高一135m;灰岩:未穿透,溶洞发育,且多在基岩面附近=55kPa
4、.顶层埋深一18.5m地下水埋深一1.2m.对混凝土结构不具腐蚀性.场地内土层以粗砾砂和中砂为主,属中软场地土,粉细砂等易受震液化土层分布稀少,可不考虑砂土液化.经初步计算分析.由于上部结构柱距和跨度较大,故框架柱及剪力墙的轴力均较大,最大框架柱轴力(基本组合)达1.26x104kN,对地基承载力要求高.而地质勘察资料揭示场地浅,下部主要土层承载力偏低,且下部残积土层土洞较发育.因此天然浅基础不能满足受力和变形要求.此外,花都区位于石灰岩地区,基岩中溶洞,裂隙发育多,岩面起伏剧烈,该工程场地基岩面局部高差达10m以上,遇洞率高.附近已建成的区政府大楼,移动通信公司办公楼,南航花园等几栋高层建筑
5、采用大直径钻(冲)子L灌注桩或预制管桩基础,但因存在大量溶洞.故在桩基础施工过程中均遇到极大困难,导致桩基础工期延长.根据塞三L曩一奏_一.瞄.1一1illi蚕.一种-一量图1结构平面图(b)519层(标准层)2oo,lf6月第6期方向明:某双塔错层式高层住宅结构设计计算当地工程经验及本工程实际情况.桩基础方案也被排除.经反复讨论研究和技术经济分析,我们决定采用复合地基方案,即高压旋喷注浆加固地基土层至岩面.在桩孔穿过土洞及无充填溶洞时用碎石和砂回填后再进行注浆,要求处理后复合地基承载力特征值达4OOkPa,在其上设计平板式筏板基础.地下室不考虑人防设计.底板为整体平板式筏板基础,筏板抗冲切考
6、虑了距柱边./2处临界截面在地震作用下组合作用下的f,筏板厚度取1.8m.由于结构重量远大于地下水浮力.故计算时不考虑地下水对底板的整体浮托作用.但考虑对底板局部的反向作用.筏板配筋按倒楼盖计算与最小配筋率0.15%比较,后者起控制作用;板中部加设单层16200钢筋网.起到抵抗混凝土收缩应力的作用.由于横向总长达100m.故设2条后浇带.以降低大体积混凝土浇注时产生的温度收缩应力,计算过程略.电算结果表明,地下室,Y向层问侧移刚度分别等于上一层的1.35倍和1.41倍,根据文献1的规定,上部结构嵌固在筏基的顶部.结构竖向荷载重心与筏板基础平面形心的偏心矩e=1.134m,er=1.723m,文
7、献1规定了e的适宜限值为(0.1/A),e=0.434m,以为筏基长度,Jsx-1/59,er/B,=l/42,可见本工程双塔楼不完全布置在裙楼中心位置.偏心距较大.基础倾斜后将对基础底面形心产生倾覆力矩增量.可能导致新的倾斜.针对该不利情况.设计将筏板边尽量多挑出.并在地下室完工后在其外墙外侧分层回填夯实级配砂石.以6m深土侧向约束制约结构的整体倾斜.根据地下水水头与地下室外墙壁厚的比值,取外墙壁厚为350ram.混凝土抗渗等级为S6.考虑到整个外墙长度较大,根据结构框架柱位置沿外墙布置了6OOx600壁柱作为外墙壁板的竖向固定支座.墙顶设350x5OO暗梁.厚筏板是外墙下端的固定支座,外墙
8、按双向板设计,荷载包括自重,地面活载,侧向土压力,地下水压力,最大裂缝宽度=0.2mm,配筋竖向l4150.横向12150.3上部结构设计本工程两塔楼平面和结构对称布置.层数和层高完全相同,塔楼与底盘的刚度偏心距小于文献2的要求即底盘相应边长的20%.为保证底盘与塔楼的整体作用.双塔之间的裙房连接体的梁,塔楼中与裙房相连的14层外围柱.在构造上相应加强;底盘天面楼板厚度取160ram.板配筋适当加大,面筋双向贯通.3,5层楼面配筋也适当加大.由于使用功能的需要.每个塔楼标准层两边均设有1.60m高差的跃层,跃层部分与中间部分的侧向刚度相差较大.产生扭转效应,使错层处结构受力很大且更加复杂,是结
9、构的薄弱部位.针对这些不利影响.结构上采取了以下措施:(1)修改初步设计中错层交界处采用框架柱,梁受力的方案.采用整体开口落地剪力墙作为错层与中间部分交界处的竖向受力和连接构件,墙厚由地下室的350mm均匀减小至标准层的250mm.室内楼梯口处剪力墙开洞,洞口上下规则,刚度不发生突变.应力分布规则.抗扭转力比框架结构显着提高.(2)在错层交界处剪力墙两端设截面1.0mx1.0m(地下室为1.2mx1.2m)的端柱.提高剪力墙的平面外刚度和抵抗平面外弯矩的能力.(3)结构塔楼全高采用C30混凝土,错层交界处剪力墙与端柱的抗震等级提高一级即按二级设计,严格控制轴压比.端柱复合箍筋全高加密.洞口连梁
10、箍筋全长加密(4)在墙肢中段有200x600梁在墙平面外与之相连.在墙相应位置设250x3OO暗柱.按受弯计算并配筋.为满足建筑设计要求.结构中设有8条短肢剪力墙,抗震性能较差.根据文献2的规定,将短肢剪力墙的抗震等级提高一级.即按二级设计.严格控制各层轴压I:t<0.6.并适当提高墙肢的纵横向配筋.以提高抗弯和抗剪能力.在标准层核心筒两侧各有6.9m(7.5m)x6.8m的大跨度楼板,根据甲方使用要求.板跨内不设明梁.加上板角有1.2mx3.0m室内楼梯洞口.对楼板削弱很大.应力集中明显.(1)采用无粘结预应力技术进行处理.采用有限元程序ALGOR计算.设计板厚180mm.初步设常规配
11、筋12150,板边梁放松为铰接.剪力墙处为固接,竖向荷载按实际标准值10kN/m2,计算出使用荷载下的板弯矩及位移,再通过公式计算出预应力筋的等效荷载加到结构上,得预应力筋作用下的弯矩及位移.经计算,常规配筋满足强度要求.另配预应力筋1.5根/m控制板挠度和裂缝(2)在板跨中及洞口边设6OOx180暗梁.以减少板洞的应力集中920o4年6月第6期广东土木与建筑4结构计算分析本T程是包括多塔,错层的复杂高层结构,根据文献2的规定,应采用两个以上不同力学模型的空间分析软件计算结构整体内力和位移,并采用弹性时程分析程序进行补充计算.我们采用TBSA6.0(薄壁理论)和SATWE(壳元)两种程序进行计
12、算,并采用SATWE动力时程分析程序补充计算,对结果作对比分析.计算中考虑耦联计算结构的扭转效应,共取72个振型.参与质量达到了总质量的90%.跃层部分与其它部分分开输入,各自参加整体计算,将局部多塔,错层及底,2层加强部位的抗震等级提高一级.根据场地类型及文献2的要求,选用3组实际地震波LAN42,LAN62,EAR一2(业主未提供人T模拟的加速度时程曲线),最大地面加速度取35cm/s,地震波时间间距取0.02s.取3个结果的平均值作为时程分析结果.见表1.4.1振型计算结果第5振型均为第1扭转振型,第1扭转与第1平动振型周期之比扭/平=0.67,0.71,均小于文献2对复杂高层结构要求的
13、限值0.85,说明结构由于平面布置规则对称而扭转效应不明显.地震作用最大方向一0.258o.基本与结构主轴重合.4.2水平地震作用下的楼层剪力标准值剪重比偏小.结构按6度抗震设防.且扭转效应不明显,未违反文献2强制性规范.13层底盘面积和重量很大.5层的,l,向剪重比分别为1.04%和1.27%表2计算结果4_3水平位移各T况下按弹性法计算的最大层间位移Au/H均小于文献2规定的限值1/800,未达到它规定的必须进行罕遇地震作用下薄弱层弹塑性变形验算的条件,故不须进行弹塑性变形验算.在考虑偶然偏心影响的地震作用下.各楼层竖向构件的最大水平位移和层问位移与该层平均值的比值,均为1.1051.33
14、2(X向)和1.0171.322(Y向),绝大多数均小于1.2.满足结构减小扭转的要求.4_4弹性时程每条时程曲线计算所得的结构底部剪力均不小于按振型分解计算的底部剪力的65%,且平均值不小于后者的80%经对比,由时程分析结果返算出来的结构内力,配筋与振型分解计算的结果相差不大.由于第5层和第22,23层均是由下层收进较多,造成结构层问位移和内力突变明显较大,虽然刚度不比上一层小.但仍是结构的薄弱层,应重点加强柱,剪力墙等构件.另外,根据TBSA6.0的计算结果,h/(G)=1.49,EJ+/(HG)=1.63,大于文献2高层结构稳定的限制要求值1.4,但小于2,故必须考虑重力二阶效应(尸l_
15、效应)的不利影响.结构水平荷载不大,因此水平位移满足要求;但高度和重量较大,跨度柱距大.刚度偏小.P_效应随着结构刚重比的降低呈双曲线关系而急剧增大甚至引起结构失稳E3,应适当增加外围剪力墙.提高结构的等效侧向刚度及刚重比,防止结构的失稳倒塌.(下转第16页)振型TBSA6.0SAFWE振型TBSA6.0SATWE12.16Ol2.3l2061.38271.586921.94452.068370.6l930.660831.88542.032l80.50930.542841.86271.985890.49640.527351.45021.6490底层剪力X向5029.464817.39底层剪重比
16、X向0.780.76(kN)Y向6093.655716.64(%)Y向0.940.90风荷最大层间向1/22071/2353地震力最大层间向1/29681/2727位移比Au/nl,向1/27631/1812位移比Au/nl,向1/32281/3187弹性时程分析LAN42LAN62EAR一2平均值弹性时程分析LAN42LAN62EAR一2平均值底层剪力X向4577.24656.85277.24837.0最大层间x向1/37Ol1/32151/41981/4246(kN)Y向5644.15514.85846.45668.4位移D/HY向1/347411/38531/49181/3937l0z0
17、046月第6期广东土木与建筑杆体的制作及二次注浆上,本文不作赘述.在施工过程中,总体情况良好,但在北侧施工时出现了问题,其主要原因是南侧淤泥质粉质粘土层的实际厚度较设计值要大,且施工期间雨量充足,在施工至AA剖面第2排钢筋锚杆时,发现北侧位移观测点位移明显增大,最大增量为24mm/周,且在南侧东段基坑底出现了坑底隆起的现象.通过研究,我们确定了以下解决方案:加密钢筋锚杆,间距由1.3m减至lm,喷射混凝土钢筋网的钢筋加粗至12;基坑底竖向加设6m长钢管,打人土层4m,外露2m,横竖向间隔lm,用钢管拉接;钢筋锚杆主筋对中固定支架与钢管焊接,连接牢固;南侧东段锚杆经拉拔试验及设计变更,决定将拉力
18、锁定在12t;对基坑外的沉降裂缝进行封堵,避免地表水通过裂缝进入土体;其它仍按钢筋锚杆施工工艺进行施工组织和质量控制.同时确定观测频率.以上技术措施虽然增大了用钢量,但通过局部加强支护确保了基坑支护结构的安全.实际效果是明显的,基坑变形未有进一步发展,使地下室施工得以顺利进行.5施工监测5.1支护坡顶变形当开挖至标高一2.0m时开始进行观测,观测频率为前期为3天一次,后期为7天,l5天,30天一次,至支护完工为止共观测32次,测得东南西北各侧向内位移量分别为l5.27.12,1lmm,均未超出设计要求的30mm范围.5.2周边环境沉降东,西,北侧稳定,南侧道路及建筑物基础外平地出现不均匀沉降,
19、最大值为30mm,建筑物本身未出现不均匀沉降.基坑坡顶南边西段沉降值最大达100mm,南边东段沉降值最大至45mm.5.3基坑渗水量基坑因支护自身原因引起的日渗漏量约350m,另外,在其东南角和西南角由于地质因素的影响也出现了一些涌流现象.雨季地下水的补给渗透使基坑内外水位高差达到约45m,而旱季则为23m.6结语与体会对于开挖深度约10m的基坑工程,若地基条件允许,则地下水位以上先卸载,使下部基坑深度尽量减小,采用合适的形式截水或以土截水,至于哪种方案更经济安全,需要进行详细的研究和论证.由于地质勘察中钻孔布置以及地质情况的复杂性,深基坑的设计与施工还需更多地根据实际情况进行及时调整,基坑支
20、护的安全问题是至关重要的.实际施工中既要严格按照设计和施工规范要求进行质量控制,还必须对施工中出现的问题保持高度敏感性,及时进行全面分析,尽早确定科学合理的解决方案,以确保支护结构的安全和稳定.参考文献1深圳市南华大厦场地岩土工程勘察报告.19992SJG0596深圳地区建筑深基坑支护技术规范(上接第l0页)5结语根据结构设计和计算分析.本工程结构的计算结果在规范允许范围内,内力和变形基本能满足高层建筑及抗震设计规范要求.针对结构偏柔(特别是向)和计算得出的薄弱层.在施工图设计中拟作出以下调整:(1)根据建筑设计的需要和业主的使用要求.结构柱网不作大的修改,只是适当增加塔楼外围落地16剪力墙,以有效增强结构的侧向刚度,改变结构偏柔的弱点,保证结构在水平荷载下的结构稳定.(2)对计算揭示的薄弱层,计算上乘以放大系数并提高构件(楼层)的抗震等级,在构造上适当加强.参考文献1JGJ6-99高层建筑箱形与筏形基础技术规范2JGJ3-20o2高层建筑混凝土结构技术规程23徐培福,肖从真.高层建筑混凝土结构结构的稳定设计建筑结构.2001.8