金水灣二期12#樓結構設計

■朱殿翠 ■南京環宇建筑設計院，江蘇 南京 210000

1 工程概況

南京金水灣二期12#樓位于南京市六合區金水灣二期拆遷安置房小區內，該小區在南京市六合區雄州街道富民街西側，南至原交通局水上搜救中心，東至金水灣一期安置房小區，西至八百河，北至規劃中的冶浦公園。本工程建筑面積約為9255m2，地下-2 層為設備用房，層高為4m，與周邊全地下車庫相連;-1 層為半地下自行車庫，層高為2.8m;地上15 層為純住宅，層高均為2.8m;局部16 層為電梯機房。

2 設計參數及荷載取值

2.1 設計參數

該工程的結構設計基準期和使用年限為50年，安全等級為二級，抗震設防烈度為7 度(0.10g)，地震分組為第一組，場地類別為Ⅲ類，設防類別為丙類。

2.2 風荷載

基本風壓按荷載規范南京地區50年一遇的基本風壓0.4KN/m2.

3 結構布置

本工程建筑平面布置較規整，左右兩邊對稱，但建筑要求房間內不能有梁、柱角凸出。此建筑主體高度約43m，所以綜合考慮，采用剪力墻結構。剪力墻結構體系是由剪力墻同時承受豎向荷載和側向力的結構，布置方法是利用建筑外墻和內隔墻位置布置剪力墻。布置時須縱橫向交叉布置使之連成整體，墻肢有工字型、T 形、［形、L 形、Z 形截面形式。整澆樓(屋)蓋對其支撐約束使之在豎向荷載下不會發生整體失穩破壞。本工程采用的是T 形、［形、L 形剪力墻。-2 層剪力墻混凝土強度等級考慮到與相連的地庫強度等級相同，采用C40 級，墻厚為250mm;-1 層剪力墻采用C35 級混凝土，墻厚為200mm;1～16 層采用C30 級混凝土，墻厚為200mm，具體剪力墻布置如圖1 所示。

圖1 剪力墻平面布置圖

4 結構計算采用軟件及結構分析

本工程結構計算時采用中國建筑科學研究院結構設計軟件PKPM2010.V2.2 版本。

4.1 周期比

PKPM 周期、地震力與振型輸出結果詳見圖2，以扭轉為主的自震周期Tt 與以平動為主的第一自震周期T1 比值為0.804，《高層建筑混凝土結構技術規程》3.4.5 條規定，A 級高度高層建筑該比值不應大于0.9，本工程滿足這條要求，說明布置的剪力墻的抗扭剛度較強。若不滿足要求的話，就需要調整剪力墻的布置，來增大結構的抗扭剛度。

表1 各振型下周期

4.2 位移比

PKPM 模型SATWE 位移輸出文件中，該工程層間位移比最大為1.25，《高層建筑混凝土結構技術規程》3.4.5 條規定，在考慮偶然偏心影響的規定水平地震作用下，樓層豎向構件最大的水平位移和層間位移，A 級高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2 倍，不應大于該樓層平均值的1.5 倍。扭轉位移比為1.5 時，該樓層的扭轉變形較大，相當于一端位移為1，另一端為3;扭轉位移比為1.2 時，相當于一端位移為1，另一端為1.44，該工程層間位移比結果見圖3。X 向最大層間位移與平均層間位移之比最大為1.03，說明X 向布置的剪力墻的抗扭剛度很好。Y 向最大層間位移與平均層間位移之比最大為1.25，說明Y向布置的剪力墻的抗扭剛度亦較好。

表2 位移比

4.3 剪重比

《高層建筑混凝土結構技術規程》5.2.5 條，抗震驗算時，結構任一樓層的水平地震剪應力應符合下式要求:λ 為剪力系數，不應小于表5.25 規定的樓層最小地震剪力系數值。該工程7 度區扭轉效應明顯或基本周期小于0.35 的結構，最小地震剪力系數值為0.016，模型中嵌固端設在設備層(-2 層)頂，即嵌固端設在模型中的第2 層，第2 層X 方向整層減重比為2.17%，第2 層Y 向整層減重比為2.65%，均滿足規范的要求。

4.4 軸壓比

PKPM 模型中，第1 層、第2 層剪力墻軸壓比均在0.6 以下，滿足《高層建筑混凝土結構技術規程》7.2.13 條:重力荷載代表值作用下，三級剪力墻肢的軸壓比不宜超過0.6 的規定。第3 層因混凝土強度等級調整為C30，墻厚為200mm，部分L 形墻體在長肢方向軸壓比為0.55左右，短肢方向為0.64 左右，看似短肢方向軸壓比超規范規定的限值，但根據PKPM 手冊介紹，在PKPM 程序具體實現中，自動把連續的直線墻肢作為一個墻肢來計算軸壓比，沒有考慮L 形、T 形、十字形剪力墻等復雜連接情況，如果僅判別單個墻肢的軸壓比，沒有考慮與其相連的墻肢，邊框柱等構件的協調作用，在某些情況下是不合理的。SATWE軟件針對此提出了“組合軸壓”驗算功能，然后給出所選墻肢的合并軸壓比驗算值滿足規范要求即可。所以模型中有部分短向墻肢軸壓比為0.64 左右的，和與之相連的墻肢組合軸壓比小于0.6，亦滿足要求的。如果一些工程中組合軸壓比亦大于規范規定的限值，就需要調整剪力墻的一些參數了，如加長不滿足軸壓比要求的墻肢長度、加大墻肢厚度，或提高整層剪力墻的混凝土強度等級，或再增加剪力墻的布置均可達到減小軸壓比的效果。

5 結語

高層建筑是一個復雜的空間結構，它不僅形狀復雜多變，里面體型也各式各樣，剪力墻等為豎向抗側力構件，有樓板將它們連為整體，這是一個高次超靜定的三維空間結構，要進行內力和位移計算，就必須將其簡化為計算模型，同時模型建立時應有合理的地震作用傳遞途徑，應避免因部分結構或構件破壞而導致整個結構喪失抗震能力或對重力荷載的承載能力。本工程在剪力墻布置上及梁平面布置上都遵循該原則來布置的，在做到安全的同時，亦應考慮到經濟性，這些均需要結構師們充分運用概念設計去把握。

［1］周紅萍.剪力墻結構高層住宅的結構設計［J］.安徽建筑，2004.

［2］JGJ3 -2010.高層建筑混凝土結構技術規程.北京:中國建筑工業出版社，2011.

［3］GB50011 -2010.建筑抗震設計規范.北京:中國建筑工業出版社，2011.

［4］天津大學等主編.混凝土結構(二版).北京:中國建筑工業出版社，1998.