探讨某抗震墙结构形式住宅设计

刘 丽

（太原城市职业技术学院，山西 太原 030027）

一、工程概况

此建筑为一公寓住宅楼，总长53.10m，总宽17.40m，总高度41.70m。其中地上十四层（含一层阁楼层），坡屋顶局部电梯机房、水箱间各一层，地下一层。地下室一层层高3.0m，主楼一至十三层层高3.0m、阁楼层层高3.05m，坡屋顶电梯机房层高4.8m，水箱间层高3.3m。其中地上部分为住宅，地下部分为库房。总建筑面积为12125.39m2。本公寓住宅楼有50年的设计使用年限，地下室和地上部分防火等级分别为一级和二级。

二、自然条件及地质情况

本公寓住宅楼为Ⅲ类场地，中等液化等级，建设地点为太原。按照国家规范要求，设计地震分组属于第一组，特征周期值查表得为0.45s，抗震设防烈度I为8度，相应的取设计基本地震加速度与重力加速度之比K=0.2。自然条件取值：基本风压值为0.40kN/m2（R=50），基本雪压值为0.35kN/m2（R=50），按照国家气象资料取值冻土深度为0.80m。自上而下场地基土各主要土层的工程地质特性见下表：

表1 土层的工程地质特性

工程场地从大的地貌上看属于汾河冲洪积平原，组成岩性为人工填土、湿陷性粉土、粉土及粉质黏土。地下水稳定水位介于现地表以下3.5m至5.15m之间，属孔隙潜水，年水位变幅约1.0m。在Ⅰ类环境下，地下潜水对本结构地下部分有中级腐蚀性，对本结构中的钢筋没有腐蚀性。地基土对混凝土及混凝土中钢筋具弱腐蚀性。场地为稳定场地，地基为均匀地基。

三、地基处理及基础形式

根据相应的工程勘察报告，若采用天然地基，则不能满足承载力要求。又由于场地为中等液化地基，为消除液化并提高承载力，须对地基进行处理。经各方面因素综合考量，最终确定采用CFG(水泥粉煤灰碎石桩)桩插打砂石桩复合地基，桩的施打顺序为先砂石桩后CFG桩。经计算分析，其中插打的砂石桩采用桩径D=0.4m，正方形布置，间距S=1.2m，有效桩长L=12m，为消除液化，采用振动沉管成桩法。而其中主要承受竖向荷载的CFG桩采用正方形布桩，桩径D=0.4m，间距S=1.2m，有效桩长L=18m，桩体混凝土强度C15，采用长螺旋钻孔压力灌法，且要求单桩承载力特征值≥470kN，取值不小于350kpa的复合地基承载力特征值。地基基础设计等级为乙级。

根据场地地质情况、主体结构荷载及形式等，此建筑采用筏板基础，筏板厚700mm，且基础混凝土垫层为100mm的C15素混凝土。

四、结构主体设计

1.结构选型

考虑到此建筑为公寓住宅楼，建筑布局相对来说不需要很灵活，在功能上不需要大空间、大层高、大柱网，同时兼顾建筑良好的抗侧力性能等方面的因素，最后确定采用钢筋混凝土抗震墙结构形式。这种结构体系整体刚度大，抵抗侧向变形能力强，抗震性能好，满足经济、安全、合理等各方面的要求。具体设计时采用了完全对称的布局形式，以使两个方向的抗侧刚度接近，且在多处形成了不完全封闭的筒体，剪力墙延竖向贯通建筑全高，在开设洞口处设置连梁，墙端设置边缘构件。依据相应规范，其剪力墙的抗震等级为二级。

2.主要荷载取值

表2 设计采用主要活荷载标准值 kN/m2

另外，施工检修集中荷载取1kN/m、栏杆顶部水平荷载取0.5kN/m。

3.主要结构材料选取

表3 主要结构构件的混凝土强度等级

同时，受力预埋件的钢筋均采用国标Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级钢筋，预制构件的吊环按照混凝土规范的要求均采用HPB300（Ⅰ级）钢筋。本建筑±零米以下内隔墙采用黏土实心砖，要求强度等级为MU10，水泥砂浆要求其强度等级M7.5；±零米以上内隔墙和外隔墙均采用A3.5加气混凝土砌块，混合砂浆砌筑，要求砂浆强度等级M5.0，且砌块容重≤6.0kN/m3。控制砌体施工质量等级为B级，满足基本建筑要求。

4.主要受力构件尺寸取值

表4 主楼结构主要构件尺寸 mm×mm

另外，对于纯剪力墙结构，同样需要给予重视的是对于剪力墙边缘构件的设置。按照规范的要求，对于此建筑，其底部加强部位位于地下一层至地上二层，其约束边缘构件的设置部位位于地下一层至地上三层，而四层及以上则设置构造边缘构件即可，具体做法和要求应符合高层建筑规范7.2.14~7.2.16条的规定。在此不再详述过程和结果。

5.计算结果分析

（1）位移比

基于楼板刚性假定，在考虑偶然偏心条件下，最大位移与层平均位移的比值：X向为1.05，Y向为1.19；最大层间位移与平均层间位移的比值：X向为1.03，Y向为1.18。位移比不超过1.2，不需要考虑双向地震作用。风荷载作用时的内力组合下，层间最大位移值与楼层的平均位移值的比（Ratio）是：X轴—1.04，Y轴—1.03；最大层间位移值与平均层间位移值的比（Ratio）是：X轴—1.03，Y轴—1.05，满足规范要求。

（2）层间位移

计算时不扣除整体弯曲变形，同时不考虑偶然偏心的影响，X方向地震力作用下的最大值层间位移角=1/1354＜1/1000；Y方向地震力作用下的最大值层间位移角=1/1161＜1/1000，均能满足高层建筑规范3.7.3条的限值要求。

（3）剪重比

底层水平剪力与结构总重力荷载代表值比值：X方向为6.48%；Y方向为6.50%，均大于抗震规范5.2.5条要求的楼层最小剪重比3.20%。因此计算结果满足相应要求。

（4）刚重比

进行结构整体稳定验算：其X方向的刚度重量比值EJd/GH2为17.16；Y方向的刚度重量比值EJd/GH2为16.71，都不小于1.4，能够满足国标规范《高规》第5.4.4条的整稳计算公式，也都不小于2.7，因此可不再考虑P-Δ效应对结构所产生的不利因素。

（5）周期比

表5 考虑扭转耦联时的计算结果

本建筑基于扭转为主的Tt和基于平动为主的T1之比是0.7801/0.9073=0.8598＜0.9；地震作用最大的方向为负0.084度；其有效质量系数：X向97.73%；Y向97.60%，满足要求。

五、结语

以上计算分析结果表明，本建筑采用抗震墙结构形式比较合理，满足了建筑经济、安全、适用、美观的总体要求，结构计算结果比较理想。

（1）加强底部加强区剪力墙配筋，减小竖向构件轴压比，满足规范要求；

（2）根据静力弹塑性分析结果对薄弱部位进行加强，满足“大震不倒”；

（3）抗震墙布置位置合理，符合力学原理和要求，并设置多道防线，使结构具有较好的延性，满足“三水准”的抗震设防要求。

（4）采用二元复合地基，节约成本，处理方式灵活可靠，取得良好的经济效益。

总之，整体结构抗震墙布局合理，结构构件截面尺寸适当，各项指标均符合国家规范要求，具有良好的抗震性能，满足设计要求。

[1]方正.某高层建筑结构设计探讨[J].四川建材,2011（3）.

[2]王遂峰.某混合结构高层建筑结构设计 [J].福建建筑,2011（10）.