河北某项目结构设计要点分析与实践

康洁

上海杰筑建筑规划设计股份有限公司 上海 200000

剪力墙具有良好的抗震性能，能有效实现高层剪力墙结构的整体稳定性以及安全性。随着国民经济的飞速发展，人们对居住环境的品质要求也在快速提升，就要求结构设计师，针对不同的家庭结构，人员组成，为居家提供灵活的空间布置体系，灵活分割空间，满足不用人群在不同情境下的需求，打造健康宅的空间理念。

1 工程概况

本项目位于河北廊坊，主要由高层住宅楼、商业配套设施、幼儿园及纯地下车库组成，其中住宅楼地上18层，地下1层，商业配套设施地上1层，地下1层，幼儿园地上1~3层，无地下室，住宅楼周边设置有地下1层纯地下车库。 根据勘察报告，本项目2层土为轻微液化土。

2 建筑结构体系分析

住宅常用的结构体系有异形柱结构，剪力墙结构、框架-剪力墙结构以及框架少墙结构。该项目为18层住宅，采用剪力墙结构，方案阶段，要求建筑体型尽量简单，剪力墙的布置尽量平面简单、规则，竖向均匀对称，结构的竖向和水平布置应有合理的刚度和承载能力；使两个主轴方向具有相似的动力特性，应具有多道防线[1]。 该项目的配图幼儿园部分采用的是框架结构。

3 设计要点分析

3.1 地基处理及基础分析

3.1.1 幼儿园

根据《建筑工程抗震设防分类标准》规定：本项目10#幼儿园应为重点设防类（乙类）建筑。地勘报告提出， 2层土为轻微液化土。根据《建筑抗震设计规范》4.3.6条4.3.7条4.3.8条，乙类建筑应采取抗液化措施：部分消除液化沉陷，或对基础和上部结构处理。应甲方要求在控制经济指标的前提下分析了两种基础形式，加密法---振冲碎石桩地基处理+独立基础。振冲碎石桩，是散体材料桩，能起到挤密，置换等作用。碎石桩和桩间土组成复合地基，提高地基承载能力，减小变形量，并且可以有效消除液化。地基处理范围应根据建筑物的重要性和场地条件确定，宜在基础外缘扩大（1～3）排桩。对可液化地基，在基础外缘扩大宽度不应小于基底下可液化土层厚度的1/2，且不应小于5m[2]。该项目根据液化土层，采用桩径800mm，桩长7m,桩间距1.6m，正方形布桩，处理后未经深度修正的地基承载力特征值不小于140Kpa，桩顶和基础之间铺设300mm厚度的垫层，垫层材料为碎石，基础顶标高为-1.700m。基础布置图如下：

图1 地基处理基础布置图

基础形式（二）：桩基---钻孔灌注桩+承台，桩径600mm，桩长20m。承台埋深较浅，不计液化土范围内桩周土的侧阻，基础顶标高为-1.000m，基础布置图如下：

图2 钻孔灌注桩基础布置图

基础的综合造价还应考虑挖方、填方以及地基处理时设置的褥垫层的影响，对比结果如下表，最终采用钻孔灌注桩。

表1 材料统计表

由此得出处理重点设防类建筑的液化土，影响工程造价的主要因素不但有钢筋、混凝土和桩，还有褥垫层，地基处理范围，挖方，填方等。

表2 成本对比表

3.1.2 其他剪力墙住宅

为标准设防类建筑，根据《抗规》4.3.6，采取措施部分消除液化沉陷措施，采用CFG桩进行地基处理，分别试算了400mm直径19m桩长；400mm直径21m桩长；400mm直径23m桩长；500mm直径23m桩长，均采用正方形布桩，使得处理后的地基土承载力满足天然地基的要求，塔楼采用天然筏板基础。

由表格知：500桩径最不经济，以下仅对400桩径不同桩长进行对比。

表3 桩基承载力统计表

表4 复合地基承载力统计表

表5 成本对比表（CFG桩单价按130元/米）

由此得出CFG桩地基处理与桩间距，桩径，桩长等有密切关系。

3.2 剪力墙结构布置

想要打造有特色的高舒适度的健康宅，需充分考虑建筑、机电、室内等专业的需求，达到室内空间灵活布置的结果，可以实现多种的组合形式。

经过大量试算，最终设计采用分层法，在剪力墙结构住宅体系内，按照一定层次采取由外入里，由整体到局部的剪力墙布置方法，形成合理结构体系的同时，为户型的灵活空间创造提供好的结构基础，分五个层次，剪力墙优先级为：1.外墙，外墙是建筑固定轮廓，也是建筑结构墙体最优先布置的位置。沿结构外轮廓布置剪力墙，结构效率最高，对建筑内部影响最小，也正好与结构的至理名言金角银边相呼应。2.楼梯电梯间墙体，电梯井、楼梯间是建筑布局中薄弱部位，平面位置相对固定，布置剪力墙可以充分利用剪力墙宽度较小的特性。同时设计时需考虑结构“虚刚”。对建筑平面影响较小。3.分户墙体，分户墙是住宅中户间的分割墙体，后期拆改可能性较低，且有挂壁设备的需要。通常设置承重剪力墙。对建筑内平面布置影响中等。4.卫生间厨房墙体，卫生间、厨房由于上下水贯通的需要，位置相对固定。在此处布置剪力墙对建筑内平面布置影响适中。5.主次卧墙体，如仍不能满足计算需求，则考虑在主次卧墙体设置剪力墙，对于精装修交付房，可征求精装设计意见，同时尽量让该处剪力墙长度缩短。前三部分墙体构件抗侧力体系，剪力抗震设计初步骨架，后面部分剪力墙完善结构抗侧力体系，构建楼层面受力体系，合理布置户内剪力墙，最终打造高舒适度的健康宅结构平面布置体系。

3.3 剪力墙抗震设计

舒适性当然要以结构的安全性为前提，结构的安全性要靠剪力墙的抗震性能来保证，《建筑抗震设计规范》明确规定抗震性能目标：小震不坏，中震可修，大震不倒[3]。剪力墙结构抗震设计时模型计算的主要指标有位移角、位移比、周期比、剪重比、刚重比等。

3.3.1 位移角

位移角是高层建筑必须要满足的一项指标，采用不考虑偶然偏心的楼层位移。影响层间位移角△u/h的因素有很多，如房屋的平面布置，立面体型等，△u是以楼层抗侧力构件最大的水平位移差来计算的，故合理布置结构竖向构件，加强角部及周边剪力墙布置，能有效控制位移角。

3.3.2 位移比

位移比又叫扭转位移比，也是一个非常重要的指标，计算时需要考虑偶然偏心，在规定水平力作用下，采用楼层竖向构件最大的水平位移（或层间位移）与楼层平均位移的比值。该比值过大时，可以采用加强角部剪力及周边剪力墙布置，加大边梁高度等措施，能有效控制位移比。

3.3.3 周期比

周期比Tt/T1顾名思义是结构的扭平比，第一扭转周期与第一平动周期的比值。对结构扭转周期比的限制就是对结构整体抗扭刚度的限制。周期比计算时，不必附加偶然偏心。对于周期比不满足规范要求时，可通过加强结构外围剪力墙布置、加大边梁高度来提高结构抗扭刚度，或者减弱结构中部剪力墙的刚度。

3.3.4 剪重比

剪重比是规范中的强制条文，即任何结构体系都应满足，结构底部总水平地震剪力及各楼层水平地震剪力均需满足规范规定的最小值，当不满足时，需要进行适当调整，或者改变结构布置使之满足要求。也要控制调整幅度，增大系数过大或者不满足的楼层过多，说明结构侧向刚度过小，要对结构体系进行调整，对结构截面进行调整，提高整体刚度。特别注意，当底部总剪力不满足要求时，结构各楼层均需调整，不能只调整底部一层。只有满足了最小剪重比，才能进行后续的构件内力调整以及位移调整，倾覆力矩调整等。

3.3.5 刚重比

《高层建筑混凝土结构设计技术规程》指出的是对结构中立二阶效应的上限要求（即对重力二阶效应可忽略不计时的刚重比要求）。采用刚重比对结构的稳定性进行简单判断，当结构的刚重比不满足要求时，应对结构进行较为细致的结构稳定分析，验算结构的抗倾覆稳定性[4]。房屋高宽比较大的高层建筑应特别注意验算。

4 结语

本文基于地基液化土的处理问题，剪力墙合理布置及抗震的问题，展开分析，最终经过大量的模型计算对比，证明了只有合理布置剪力墙，才能最大限度的满足人们对舒适度的要求。综上所述，本项目取得了较好的实践结果，同时也还有很大的进步空间，可以为类似项目提供一定参考。