怡馨家园1#楼结构设计.pdf

第 3 7卷 第 l 2期 建筑结 构 2 0 0 7年 1 2月 怡馨家园 1 # 楼结构设计 石 彪 朱瑞青 礼 婕 ( 北京市住宅建筑设计研究院有限公司 1 0 0 0 0 5 ) 提要 怡馨家园 l 楼为框架一 剪力墙结构 ， 平 面呈 L形 ， 平面和竖向布置均不规则。楼盖结构为现浇空心 板。主楼与裙房之间地基不均匀沉降的处理和超长结构的处理采用了后浇带 和防震缝。着重介绍主裙楼结 构 的设计 要点 和构造措 施 。 关键词 结构方案合理性沉降差 防震缝 S t r u c t u r a l D e s i g n i n t h e N o 1 B u i l d i n g o f Y i x i n J i a y u a n S h i B i a o ， Z h u R u i q i n g ， L i J i e ( B e ij i n g I n s t i t u t e o f R e s i d e n t i a l B u i l d i n g D e s i g n& R e s e a r c h C o ，L t d ，B e ij i n g 1 0 0 0 0 5 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e f r a m e s h e a r wa l l s y s t e m i s u s e d i n t h e No 1 B u i l d i n g o f Yi x i n J i a y u a n T h e p l a n e o f t h e t o we r i s i n t h e s h a p e o f LI t i s a n i r r e g u l a r s t r u c t u r al a r r a n g e me n t i n p l a n e a n d v e r t i c a 1 T h e s e l e c t i o n o f s t ruc t u r a l s c h e me s o l u t i o n o f t h e d i v e r s e s e t t l e me n t o f g r o un d a nd t h e s u p p e r l o n g s t ruc t u r e s a r e p r e s e n t e dTh e de s i g n o f t h e f o u n d a t i o n b e a m o f t h e a c c e s s o r y s t ruc t u r e i s di s c u s s e d i n d e t a i l Ke y wo r d s ： s t ruc t u r a l s c h e me ；r a t i o n a l i t y ；d i v e rse s e t t l e me n t ；a n t i s e i s mi c j o i n t 1 工 程概 况 怡馨家园 l 楼 位 于北 京 市顺 义 区 ， 新顺 南 街 西 侧 ， 建新西街南侧 ， 总建筑面积为 4 3万 m 2 。工程为商 住楼 ， 地下 2 层 ， 地上 l 5层 。地 下层 2为人防层 ， 地 下 层 l层 5为商 业 ( 商 场 两 区段 建 筑 面 积共 1 6 5万 m 2 ) ， 层 6 1 5为住宅 。结构 沿 口高度 5 9 2 0 m ， 附裙房 4 ( 6 ) 层 ， 地下室有一侧外挑一跨 2层。总长度 9 9 9 5 m， 总宽度 4 9 6 0 m， 平 面呈 L形 ( 见图 1 ) 。抗 震设 防类别 为丙类 ， 抗 震 设 防 烈 度 8度 ， 设 计 基 本 地 震 加 速 度 0 2 譬， 设计地震分组 为第 一组 ， 近震 ， 地 下层 l以上剪 力墙抗震等级一级 ， 框 架抗震等级二级。 类场地 ， 天 然地基持力层为砂( 粘 ) 质粉 土 ， 承载力综 合特征值 ： 1 6 0 k P a 。地下水历年最高水位接近 自然地面。 2 结构方案 的确定 2 1结构体 系 工程层 5以下要求 大开间 ， 理想 的结构类 型是框 架结构 ； 层 61 5为住宅 ， 理想 的结构类 型是剪力墙结 构 ， 最好组合是框支 剪力墙结构 。但是 高规 规定 一 般情况下不应采用 高位转换 结构 ， 尤 其工程平 面和 竖向均不规则 ， 因此决定采用框架 剪力墙结构。 2 2楼盖方案 工程天然 地基承 载力较低 ， 处 于作地基 处理 和不 作地基处理的 临界状态 。为 了降低工程造 价 ， 尽可 能 采用天然地基作持力层 ， 避免作地基处理 ， 故需要设法 减轻结构 自重 。因此对三 种楼盖 方案作 了比较 ： 1 ) 现 浇普通楼板方案 ； 2 ) 全楼楼板加设次梁( 住宅部分在 隔 4 6 j I塑 生 ： 。 II 1 II j i l I 。_ 鲁 ， ， ， 佛 房 一一 X 。# l _ 。 1 r T T I I I 巨 楼 吧 一 l 5 啡 房I 一 2 4 o = = =薯 l J 图 1 结构平面示意 墙下 ) 方案 ； 3 ) 商业部分 次梁板 ， 住 宅部分 现浇空心 楼 板方案 。三种楼 盖方案各项指标 见表 1 。综合评价 方 案 3最好 ， 工程最终采用该方案 。 2 3结构 分缝及后浇带 工程平面和竖 向均不规则 ， 结构超长 ， 裙房 一侧 紧临城市主干道。分缝时 考虑 以下几个 问题 ： 1 ) 抗震 问题 ； 2 ) 混凝土收缩 问题 ； 3 ) 施工 期间 的稳定 问题 ； 4) 沉降问题 。为此 ， 在 主楼 与裙房 I和 问仅设沉 降后 浇带 ， 不设防震缝 ； 主楼 与裙房 间地下连续 ， 地上设 防震缝 ， 并 设沉降后 浇带 ； 裙房 仅一跨 ， 如果设 沉降 后 浇带 ， 缝外侧半跨 的稳定性较差 ， 且城 市主干道重型 汽车 的振动影 响会给施 工单 位带 来一定 的风 险， 因此 主楼与裙房 间不设后浇带。为减少 主楼 与裙房 间沉 降差 ， 主楼基础采用梁板式筏基 ， 裙房基础 采用 柱下条 基加设防水板 。 维普资讯 http:/ 三种楼 盖方 案各项 指标 表 1 项目 方案 1 方案2 方案3 地基类型 C F G复合地基 天然地基 天然地基 混凝土用量( m ) l 4 9 1 6 l 3 4 2 2 1 3 6 0 5 ( 不含基础) 一1 4 9 4 一1 3 1 1 框架柱混凝土等级 c 5 5 c 5 0 c 5 0 基底 向 1 4 6 5 0 1 4 2 5 7 1 4 3 9 7 地震剪力( k N ) 口 o 0 9 7 口 o 0 9 8 口 。 施工技术 一般 一般 需现浇空心楼板技术支持 附加费用 无 无 需现浇空心楼板技术支持费 造价宏观比较 高 低 中 住宅房间布置灵活性 稍好 稍差 稍好 3 工程设计 的几个要点( 计算软件 S A T WE) 3 1确定合理 的剪力墙数量 充分利用楼电梯 间和建筑上下层均有墙处相对均 匀地设置剪力墙 ， 控制框架 承担的倾覆 力矩小 于 5 0 ( 表 2 ) ， 以使框架 的抗震等级按 框架 剪力墙结构确定 ， 控 制在二级。而且合理 的剪力墙数量对 改善框架 的受 力状态是有利的 ， 有助 于减小框架梁和柱的截 面。 框架柱 地震倾 覆力矩 ( 上 部几层 ， 以下层渐 小 ) 表 2 楼层 l 4 l 5 l 6 l 7 l 8 倾覆弯矩 3 8 7 6 3 9 4 2 4 0 O 8 4 1 5 9 2 5 8 9 百分 比( ) Y 3 0 3 2 3 2 3 5 3 4 7 9 3 9 2 7 2 0 O 5 3 2 由于层 6 1 5为住宅 ， 框架柱截 面要尽可能 的小 ， 住宅部分 的框架柱截 面控 制在 7 0 07 0 0， 框架柱 混凝 土标号采用 C 5 0 ， 对于一部分框架柱轴压 比超 0 8 5者 ， 采取构造措施解决( 提高配箍量到圭1 2 1 0 0 等 ) 。 3 3由于标 准层平 面呈 L形， 且每肢的挑出长度与其 宽 度比达到 2 ： 1和 2 8： 1 ， 质 量和 刚度分 布不对 称 、 不均 匀 ， 竖向也不均匀 ， 因此抗震计算 时除按考虑偶然偏心 计算地震作用下的扭转影响外 ， 尚须计算双向地震作用 下的扭转影响 ， 并按总刚模型计算 。一些计算结果 如表 3 ， 4所示。塔 1与底 盘 的质心 距离 与底 盘边 长 ( L = 5 8 8 m， L =4 5 6 m ) 的比值 ， 分别 为 0 0 4和 0 1 0 。 p = I 5 一 9 I L ， 卢 = I 一， ， 9 I 。 3 4与剪力墙 相连 的框架 梁 ， 在抗震 计算 时有时 会抗 主楼 楼层质 心坐 标 表 3 层号 10 9 8 7 6 5 4 3 2 l 质心 X ( m ) 2 2 7 7 6 2 2 7 7 6 2 2 7 5 2 2 3 蜘l 2 5 3 4 6 2 4 8 3 9 2 4 8 3 9 2 4 8 3 0 2 8 7 6 6 2 7 质心y ( In ) 2 9 9 4 4 2 9 9 4 4 2 9 9 o 8 2 8 9 4 3 2 5 6 9 1 2 5 4 4 4 2 5 4 4 4 2 4 7 8 0 2 8 7 0 8 2 7 o 7 l 考虑扭转耦 联时 的振动周 期平动 系数 、 扭转 系数 表 4 振型号 周期( S ) 转角( 。 ) 平动系数( +Y ) 扭转 系数 l 1 5 4 4 5 l 2 9 2 0 8 l ( 0 7 7+0 0 4 ) 0 1 9 2 1 3 l 5 9 l o 4 1 1 1 0 0 ( O 0 6+0 9 4 ) 0 0 0 3 0 9 2 9 2 l 9 1 3 0 2 0 ( 0 1 7+0 0 3 ) 0 8 0 弯 、 抗剪不够 ， 用三种 办法可 以解决 ： 1 ) 在 建筑条 件允 许的情况下改 为宽 扁梁 ； 2 ) 跨度较 小时 ( 可按 h5 控制) 可把框 架 梁属性 改 为连 梁 ， 降 低该 框架 梁 的刚 度 ， 从而减小其承担的地震力 ； 3 ) 以上 两种 办法都不能 解决且无其他可行办法时 ， 把该框架梁定义为简支梁 ， 但必须确保与之相关联 的结构受力体系能够成立 。 3 5构 造加强措 施 ： 1 ) 裙 房 I在层 4顶板处 及上下 各 一 层楼板 加强 ； 2 ) 主楼 与裙 房 I间相 连的框架柱 和框 架梁加强 ； 3 ) 标准层两肢连接处楼板加强 。 3 6主楼部分地基 承载 力修 正时 ， 裙 房基础 以上部分 按超载处理 ， 重量折算 成土 层厚度作 为基础埋 深。裙 房部分地基 承载力修正时 ， 按 北京地 区建筑地基基 础 勘察设计规 范 ， 修正深度取室外埋深 与室 内埋 深的平 均值 。主楼部分地基承载力修正值为 =3 3 6 k P a ， 裙 房部分地基 承载力修正值为 k =2 9 0 k P a 。 3 7主楼 与裙房相连的地梁及框架梁须考虑沉 降差 的 影响 ， 设有沉降后浇带 的框架梁考虑时 间下沉系数 ， 工 程该系数取值 = 0 4 5 。 3 8主楼 与裙房 间地基梁及框架梁 的设计 主楼与裙房 间没有设 沉降后 浇带 ， 用 J C C A D软 件计算结 果 主楼沉 降 =2 0 m m， 裙 房 沉 降 = 3 m m， 沉 降差 为 1 7 m m， 计 算基 础时分 别按 倒楼 盖模 型 和弹性地基 梁模型计 算 。计算结果 显示 ， 该 部分地基 梁最大纵向钢筋在采用倒楼盖模型时为 7 6 c m 2 ， 在采用 弹性地基 梁模 型时 为 1 4 7 c m 2 。如果考 虑沉 降 差 的影 响 ， 附加 8 5 c m 2 ， 计算结 果分别 为 1 6 1 c m 2 和 2 3 2 c m 2 ， 此 时难 以直接判 断哪种结 果更合 理 ， 需要有第 三种方 法 来验证 。为此 ， 设定 了一个简单的计算模 型 ， 该模 型基 于如下假定 ： 1 ) 建筑荷载 为一次性加载 ； 2 ) 裙房地基 梁 与主楼筏板 同时沉 降时 ， 初期地基 梁与筏板 的地基 反 力相 同， 计算简 图见 图 2 ， P为地基梁端部框架柱底 恒 载标 准值 ， g 为地基 梁上部 防水 板作用 力 ， q 为地基 梁下部地基 反力。3 ) 地基梁是 弹性 的。 先计算地基梁端部的挠度值 厂 B ， 若f B ， 表明地 基梁端部仍承受主楼沉降引起 的附加地基反力 ， 可以假 定地基梁始终承受与主楼筏板相同的地基反力， 全地梁 地基反力为矩形。若 f B ， 表 明地基 梁端部不再 承 受主 楼沉 降引起 的全 部 附加地 基 反力 ， 可 以假定地梁梁端 部地基反 力减小 ， 全地梁地基反力为梯形 。 = ( q hg ) L 8一P 3 J L E ， 其 中： =3 1 5 1 0 4 N m m ， L= 8 l O O m m， ， =6 0 0 1 6 5 0 0 1 2 。代入 上式得 =1 5 3 mmA=2 0 ra m。 P=3 3 0 k N q t - - 9 O k N m I I J I l J l J 1 。f f f f f f 1 铷 O k N m ! ! ! 图 2 计算简图 ( 下转第 1 1 8页) 47 维普资讯 http:/ 第 3 7卷 第 l 2 期 建筑结构 2 0 0 7年 1 2月 冷弯型钢檩条设计应注意的问题 于德泓 ( 北京市北泡轻钢建材有限公司 1 0 1 1 1 3 ) 檩条在轻钢结构屋面上承担着梁的功能和支撑的 作用 ， 其用钢量在门式刚架轻钢结构系统中居第二位 ， 故应对檩条设计予以足够的重视 。 1 荷载 1 1雪荷载 屋面雪荷 载根据 屋 面形 式不 同而不 同。 檩条按积雪不 均匀分布 的最不利情 况采用 ， 不 应将全 部檩条都取雪荷载的平均值 。 1 2风荷载规范 、 规 程对风 荷载标 准值 的计算公 式 不同。垂直于建筑物 表面 的风荷 载标准值应 按 门式 刚架轻 型房 屋钢结 构技术 规程 ( C E C S 1 0 2 ： 2 0 0 2 ) 附录 A中表 A 0 2 - 2檩 条和墙 梁 的风荷 载 体型 系数 计算 。 不符合 A 0 2 条件 的门式刚架轻型房屋或其他类 型房 屋按 建筑结 构荷 载规 范 ( G B 5 0 0 0 9 -2 0 0 1 ) 的规定 计 算。由于风荷载在屋面的中间 、 两端和角部各不 同， 因 此 ， 不应将全部檩条皆按一个风荷载值 计算 ， 应 复核局 部区域体型系数变化处 的檩条。 1 3附加或附带恒载如檩条下悬挂管道 、 吊顶 等 ， 应 按悬挂点的集 中荷载考虑 ， 不应 以单 位面积 的平均荷 载加到檩条上。檩条计算忌荷载漏项。 2 有效净截面模量计算的缺项 冷弯型钢实腹 式檩条强度计算公式 ： + f 式中 分别为主轴 X， Y的有效净截面模量。 计算有 效净截面模量时 ， 用 冷弯薄壁型钢结构技 术规范 ( G B 5 0 0 1 8 2 0 0 2 ) 第5 6 节 的公式求得 受压板 件的有效 宽度 ， 对其进 行分 布， 从 而确定有 效面积 的分 布。现 以 c型 钢 有效 截 面 ( 图 1 ) 为例， 求 ， 。 利用 惯 性 矩平 行 移 轴 公式计 算组 合 图形 的有 效 净截面惯性矩如下。 假设下翼缘 受拉 、 板厚 为 t ， 则 图1 C型钢有效截面 ， =， 一J b l t 3 1 2 +b l f ( h 2 ) +f 6 i l 2 +b 2 f ( h 2 一b 2 l b 2 2 ) l ， v =， 一l b 2 t 3 1 2 +b 2 t Z +t b 1 2 +b l f ( b l l + b l 2 一Z o ) I = I e n x ， = ， = 有 几本专著 中 ， ， 的算 式未列 出无效截 面 自 身惯性矩， 如 b l t 3 1 2 ， t b 1 2 ， b 2 t 3 1 2 ， tb 1 2 等。笔者 认为 ， 一个多项组合算式应各项齐全 ， 以表示意 图连续 ( 如平行 移轴公式 ， 。 =， +n A， 若式 中的两项缺一 ， 就不成为公式) 。如果为使计算简化 ， 舍弃某项小 的数 值不影响计算精度也可 以。但若说明一下 ， 会更好些。 参 考 文 献 f 1 张其林 轻型门式刚架 M 济南 ： 山东科学技术出版社 2 0 0 4 ( 上接第 4 7页 ) 因此认为地梁端部 始终承受 与筏板 相同的地基 反力 ， 全地基梁地基反力为矩形 ( 同时认 为裙房 上部框 架 梁实 际沉降差为 =1 5 3 m m ) 。地梁 A端弯矩 ： MA = 1 2 5 ( g bg ) L 2 2一P L = 1 2 5 ( 4 0 09 0 )8 1 2 23 3 08 1 7-9 3 7 0 k N I T I A =1 6 3 c m 2 ， 该计算结果 与按考 虑沉 降差影 响的倒 楼 盖模型计算结果相 当， 与按不考 虑沉降差 影响的 弹性 地基梁模 型计算结果相 当。由于已考虑了 主楼沉 降引 起的附加地基反力 ， 该计算结 果不需要 再考虑沉 降差 的影响。 1 1 8 4 结 语 ( 1 ) 工程结构设 计充分 考虑到 甲方 降低造价 的要 求 、 业主的切身利益 、 施 工的便利 性。通 过优 化 ， 成功 地完成了复杂条件下的结构设计 。 ( 2 ) 结构计算应力求准确 ， 但有些项 目以 目前的实 际情况 可 能没 有 完 全准 确 的计 算 结果 ( 例 如沉 降 计 算) ， 工程设计 时有 必要多角度分析 ， 或采用一些简 化 计算用 于辅助判断 ， 有助 于提高结构 的合理和可靠性 。 参 考 文 献 1 高层建筑混凝土结构技术规程( J G J 3 -2 0 0 2 ) S 2 建筑抗震设计规范 ( G B 5 0 0 1 l 一2 0 o 1 ) s 3 建筑地基基础设计规范( G B 5 0 0 0 7 -2 0 0 2 ) S 4 北京地区建筑地基基础勘察设计规范( D B J O l 一5 O l 一9 2 ) S 5 现浇混凝土空心楼盖结构技术规程( C E C S I 7 5 ： 2 0 0 4 ) s 维普资讯 http:/