浅谈钢筋混凝土结构设计选型分析

楼主  收藏   举报   帖子创建时间:  2018-04-26 09:26 回复:0 关注量:98

 摘要:本文结合某工程实例,分析结构选型中抗侧力结构体系、楼盖体系、楼面砼温度及收缩裂缝的控制等问题,并对本工程进行整体分析计算以及时程分析。 

  关键词:钢筋混凝土结构选型结构分析 

  中图分类号:TU37 文献标识码:A 文章编号: 

  1. 工程概况及场地综合概况 

  本工程位于广州市,包括1栋30层住宅楼、2栋18层住宅楼和1栋5层服务中心、住宅楼首层架空风雨连廊及一层地下室。住宅楼二楼以上为住宅,首层为住宅门厅及公建配套用房,地下室为车库、设备房等。30层住宅楼(框支剪力墙结构)剪力墙的抗震等级为二级(总高度>80m),框支框架的抗震等级为一级,18层住宅楼(剪力墙结构)剪力墙的抗震等级为三级(总高度<80m),纯地下室框架抗震等级为三级,服务中心(框架)抗震等级为三级。 

  场地等级二级,地基等级二级,工程重要性等级二级工程,岩土工程勘察等级乙级。场地在钻探控制的深度范围内,未发现断层迹象,因此场地处于相对稳定地块,适宜建筑。 

  2. 结构选型 

  2.1抗侧力结构体系 

  本建筑物地面以上平面及竖向均较简单、规则,为高层住宅建筑,各栋塔楼之间地面以上分开。抗侧力结构体系的选择,竖向应满足抗风与抗震的基本要求,同时平面布置尽量照顾到建筑设计的功能与使用要求,并符合经济性要求。按照这种设计理念与思路,于建筑物的楼、电梯间设置剪力墙核心筒,在二层楼面设置少量转换梁,满足地下室的使用。地下室底板作为上部结构的嵌固端,建筑轴线相交处或其他适宜部位设置剪力墙,使之形成结构平面布局基本合理的剪力墙结构抗侧力体系。结构平面布置尽量考虑现时人们对住宅的功能使用需求,使厅、卧房不露梁,厨房、厕所基本不露梁;同时尽量将墙体布置于外围,适当减少核心筒剪力墙数量,在建筑平面外围凹凸处设置一定的拉梁,以提高结构的整体抗扭刚度。 

  2.2楼盖体系 

  本工程楼盖为普通钢筋混凝土肋梁式楼盖,各楼层板厚度如下表:(单位:mm) 

  地下室 地下室顶板 住宅,标准层 说明 

  底板:300(塔楼),300(地下室裙楼),地下室外墙300 人防顶板:250,其他200(覆土) 

  160(室内) 标准层:110~130 

  屋面:130 

   加强部位板厚h=180 

  2.3地下室底、顶板及裙楼楼面砼温度及收缩裂缝的控制 

  本工程地下室外包最大尺寸达到108mx72m,根据钢筋混凝土结构理论和工程经验,地下室底板和外墙如果超长而不设缝,常因砼早期收缩过大而导致开裂,出现渗漏影响安全与使用。一般可以通过在底、顶板和外墙上设置永久变形缝的方法来解决,但设变形缝的同时也会给地下室的防水和施工使用带来很大影响,目前地下室设计中,多数不采用设变形缝而是通过设置后浇带或加强带的方法来解决这一辣手问题。本工程因采用刚性桩基础,尽管地下室裙楼与主楼层数相差较多,根据以往经验,可以不必设置沉降缝。地下室及裙楼首层屋面花园拟采用在适当部位设置后浇带或加强带的方法来解决砼早期收缩裂缝问题,加强带宽度2000mm,后浇带宽度1000mm。同时底板及侧壁采用掺改性聚丙烯纤维砼,以提高砼抗收缩的能力,防止砼收缩裂缝。对超长结构的温度收缩的考虑,地下室埋于地下,首层屋面花园部分楼板有厚度大于600mm土层覆盖,受温度变化的影响较小,且即便温度变化亦是渐变趋缓的,因此由于温变导致裂缝的可能性较低;在加强带部位配置一定量的冷轧带肋钢筋以抵抗混凝土中的温度拉应力,可有效减少裂缝出现的可能。 

  2.4基础选型 

  地基基础设计等级:依据《建筑地基基础设计规》(GB50007-2002),本工程属于场地和基础条件复杂的一般建筑物,地基基础设计等级为甲级。 

  根据岩土工程勘察报告及4.3.3节场地综合评价,地下室底板大多坐落于淤泥质土层上,该土层及下部粉质粘土层或中砂层厚度变化较大,且均不能满足天然地基承载力要求。对基础方案进行技术经济比较分析,本工程拟采用旋挖桩基础方案。桩径采用Φ800~Φ1600,C30混凝土桩。基坑开挖到设计标高后,如仍有淤泥,则在挖除淤泥后进行换填,换填到设计标高后进行旋挖桩施工。桩长约20m,承载力特征值取5000 ~15000kN。桩内配通长钢筋,兼抗拔桩使用。与其他桩基础方案比较,旋挖桩施工速度快,十分有利于缩短工期加快新社区工程建设的速度。 

  2.5结构用料 

  钢筋:热轧钢筋:d≤8时用HPB235(Q235)钢筋(),fy=210 kN/㎡ 

  10  d≥16时用HRB400(20MnSiV)钢筋(),fy=360 kN/㎡ 

  混凝土:竖向构件(墙、柱)的混凝土强度等级取值如下: 

  30层住宅: 

  层次 ≤4层 5~8 9~12层 13~16层 17~20层 ≥21层 

  砼强度等级 C55 C50 C45 C40 C35 C30 

  水平构件(梁、板)的混凝土强度等级如下: 

  层次 ≤1层 2层 3~10层 ≥10层 

  砼强度等级 C30 C40 C30 C25 

  18层住宅: 

  层次 ≤3层 4~8层 ≥9层 

  砼强度等级 C35 C30 C25 

  水平构件(梁、板)的混凝土强度等级如下: 

  层次 ≤4层 ≥5层 

  砼强度等级 C30 C25 

  3. 结构分析 

  以30层住宅为例,结构计算采用中国建筑科学研究院编制的《多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件》SATWE对本工程进行整体分析计算。 

   SATWE程序计算结果(30层住宅) 

  自 振 

  周 期( 秒 ) T1= 2.8829,T2= 2.5798 ,T3= 2.4258 (T) 

   T4= 0.7793,T5=0.7530, T6=0.7111 (T) 

   T7=0.3939, T8=0.3845, T9=0.3655 (T) 

   注:括号中的T表示以扭转为主的振型(T3/T1=0.841<0.85) 

  方向 X Y 

  风荷载作用 位移 顶点U(mm) 24.40 54.76 

   U/H 1/3631 1/1617 

   最大层间△u(mm) 0.99 2.35 

   △u/h 1/2917 1/1234 

   基底弯矩 M0(KN·m) 158421.9 271956.2 

   基底剪力 Q0(KN) 5123 5186 

  地震作用 位移 顶点U(mm) 45.13 56.56 

   U/H 1/1963 1/1566 

   最大层间△u(mm) 1.86 2.49 

   △u/h 1/1559 1/1165 

   基底弯矩 M0(KN·m) 300250.6 271956.2 

   基底剪力 Q0(KN) 4826.15 5127.06 

  总重 G(T) 31628 

  地震作用的剪重比(Q0/G) 1.62% 1.64% 

  计算结果分析 

  ①根据(JGJ 3-2002)第4.3.5条规定和第4.4.2条规定,属扭转不规则I类,周期比及楼层侧向刚度比符合规范要求。 

  ②根据(JGJ 3-2002)第4.4.3条规定,本工程相邻下层、上层受剪承载力比值符合规范要求。 

  ③根据(DBJ/T 15-46-2005)第3.3.1条规定,本工程不属于楼板局部不连续。 

  ④根据(JGJ 3-2002)第4.6.3条规定,本工程位移角符合规范要求。 

  ⑤根据(JGJ 3-2002)第5.4.4条规定,本工程稳定性符合规范要求。 

  ⑥根据(JGJ 3-2002)第7.1.2、7.2.14条规定,本工程轴压比符合规范要求。 

  4. 时程分析结果 

  根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3-2002)第3.3.4条规定,考虑到本工程为带转换层的复杂高层建筑结构,补充利用SATWE程序对本工程上部结构进行了常遇地震作用下的弹性时程分析,根据场地类别、场地特征周期和设计地震分组情况及根据《工程场地地震安全性评价报告》,选用了3条地震波,一条是广东省地震工程勘测中心提供的本工程所在场地的人工合成基岩地震波,另外两条分别是实际记录地震波TH2TG035和TH4TG035。计算结果显示,结构位移及内力曲线比较均匀,无突变,且结构反应平均值小于CQC法。 

  5. 基坑支护 

  本工程基坑面积较大,地势平坦,场地开阔,与周边建筑相距较远。地表浅层遍布软弱土,地下水埋藏较浅,水量丰富。基坑平面为最大长宽为108mx72m的不规则矩形,开挖深度约6m,根据岩土资料和技术经济比较,支护结构拟采用重力式水泥搅拌桩挡墙,水泥搅拌桩长度约9~15m,到达不透水的粘土层或基岩面,起止水与支护双重作用。 

  6. 地下室抗浮措施 

  地下室除塔楼部分外均需考虑抗水浮力作用,地下水位标高按地下室外地面标高考虑。基础承重桩内配置通长钢筋,同时考虑作为抗拔桩,桩顶纵筋锚入承台内。抗拔桩数量按水浮力计算确定。 

  7. 结语 

  通过本工程实例,总结楼层结构布置的基本原则如下:1.在使用要求上,满足建筑使用功能,控制楼层净高度(梁高影响),有利于建筑立面造型。2.在结构原理上,要满足受力明确、传力直接;有利于整体结构的刚度均衡、稳定和构件受力协调;荷载分布均衡,要分散而不宜集中,结构自重要轻;保证楼面是无限刚以满足电算程序的基本假定。 

  所以,要经过合理的结构布置,正确的内力分析计算,采取规范规定的构造措施才能保证整体结构的安全性,满足建筑使用功能的适用性要求,使结构造价适宜,经济合理。