朱运川(中铁工程设计院有限公司，北京100038)

某小区超高层住宅结构设计

朱运川
(中铁工程设计院有限公司，北京100038)

以某小区超高层住宅结构设计为例，详细介绍了地基基础设计、结构整体计算分析、超长混凝土结构设计措施、超限对策及加强措施等内容，期望能为类似工程设计提供参考或借鉴。

超高层；结构分析；地基基础；温度应力；超限

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.11.001

1　引言

目前，超高层住宅已成为一线城市住宅的规划发展趋势，随着客户对户型、采光、通风等要求越来越高，同时小区要考虑停车、娱乐、商业、学校、医疗等配套设施，这给结构设计带来相当大的难度和挑战。本文就工程实际遇到的问题和解决方案进行了归纳和总结，为类似工程提供可借鉴的结构设计经验。

2　工程概况

本工程是一个集停车、商业、娱乐、餐饮、学校、住宅为一体的5塔楼大底盘超高层建筑，塔楼共48层，裙楼2层，局部4层，总建筑高度149m。地下4层地下室，地下室埋深18m。建筑面积约317 800m2。其中，地上建筑面积222800m2，由5栋塔楼组成（包含住宅建筑面积185 200m2（含安居商品房44059m2），商业建筑面积31660m2，公共配套设施建筑面积 5 940m2），地下建筑面积约95 000m2（包含地下商业20000m2，地下车库及设备用房约75000m2），建筑鸟瞰效果图见图1。

图1　某超高层住宅鸟瞰效果图

3　地基基础设计

本工程将地下室平面分为塔楼和裙房（含地下车库）两个区域。基础形式根据这两个区域的土层分布、地基承载力、上部荷载及裙房（含地下车库）区域的抗浮等因素，综合考虑不同区域的沉降差。裙房和塔楼荷载差异较大且采用大底盘无缝设计，为调整两个区域的沉降差不仅要调整时间差，即设置沉降后浇带，待后浇带两侧混凝土结构达到一定楼层，结构的初期变形得到释放后封闭，而且还要调整压力差，即两个区域采用不同的桩基形式和持力层来补偿压力产生的沉降差；并且在裙房和塔楼交界线处，设置刚性基础梁来过渡，见图2。

图2　塔楼与裙楼基础交界处剖面示意图

经技术和经济对比优化，本工程塔楼采用人工挖孔桩基础，桩径采用1400mm,1600mm两种，柱下尽可能采用大直径单桩，受力明确直接，桩端持力层为微风化岩。塔楼范围外为纯地下室和2~4层商铺，由于地下水位较高，结构自重及地面回填土不能平衡水浮力，需要进行抗浮设计，抗浮设计方案通过对盲沟与抗拔桩的对比分析，盲沟比较适用于地型高差较大，对周边环境影响不大的工程。本工程周边临近地铁及部分民房，且地势平坦，最后采用抗拔桩方案，裙房（含地下车库）抗拔桩采用直径500mm高强预应力管桩，即要满足抗压要求，又要满足抗浮要求，根据上部荷载情况，合理调整桩的布局。

4　结构整体计算分析

本工程抗震设防烈度7度，II类场地类别，设计分组第一组，设计基本地震加速度0.10g，多遇地震水平地震影响系数最大值0.08，罕遇地震水平地震影响系数最大值0.50，反应谱特征周期Tg=0.35s，阻尼比0.05，基本风压0.75（考虑对风荷载敏感的高层建筑，承载力设计时应按1.1倍基本风压考虑），C类地面粗糙度,属丙类建筑，框支框架抗震等级为特一级，塔楼剪力墙为一级（-4~3层），二级（4层以上）[1，2]。结构抗震性能目标选定为C级。

根据住宅户型及部分底商的要求，本工程采用框支剪力墙结构体系[3]，由于建筑平面不规则，周边很多梁往里缩，周边无法设置转角墙，结构的抗侧和抗扭刚度比较弱，为满足规范要求，对墙体的布置、厚度、截面收缩变化、周边梁高对整体刚度的影响等进行了大量计算分析对比，达到较好的效果。本工程剪力墙厚度由450mm收到200mm（周边250mm），混凝土强度等级由C50变化至C30，尽量减小剪力墙的厚度，增加使用面积。楼盖采用普通混凝土主次梁结构，混凝土等级由C40变化至C25。

本工程根据STTWE程序计算分析，并采用M IDAS/GEN软件进行设计验证，

表1为1#楼的计算结果。

表1　1#楼计算结果

从以上结果可知，两种计算软件的结果有些不同和差异，但计算结果还是保持一致的，计算模型符合实际工作状态。

5　超长混凝土结构设计措施

本工程地下室上187m，宽172m，长度和宽度均超过规范允许伸缩缝最大长度限值[4]，为了防止建筑物开裂，保证正常使用，除采用规范要求的构造措施、材料措施及施工措施外，本工程还采用以下处理措施。

5.1设置后浇带

根据地下室车库和塔楼的具体布置，在塔楼和车库之间沿地下室两个方向每隔30~40m设置1道贯通顶板、楼板、底板和侧壁的收缩后浇带，后浇带宽1 000mm，收缩后浇带和沉降后浇带统一考虑布置，在两侧混凝土施工完成2个月后才能封闭（沉降后浇带部分按楼层结构主体进度进行封闭）。

5.2设置预应力混凝土

因为地下室首层楼板是温度最敏感部位，为了解决因温差引起的混凝土收缩开裂，在首层楼板中沿纵横两个方向布置预应力钢筋，预应力筋采用后张有黏结法，主要是抗裂用以减小温度应力，保证混凝土在使用阶段不开裂。预应力筋采用直线布置，位置在楼板中间，预应力筋采用s12.5mm钢绞线，板中预应力筋的张拉工作在混凝土达到设计强度的80%后方可进进行。

5.3设置伸缩诱导缝

超长地下室侧壁是也是受温度影响的敏感部位，容易在混凝土薄弱环节出现裂缝，根据以往工程实例，地下室侧壁开裂现象比较普遍，裂缝一般没有规则，开裂部位没有规律，裂缝不容易控制。为了能让地下室侧壁混凝土温度应力得到有效释放，在地下室侧壁中间位置设置了2道诱导缝，该诱导缝槽宽1000mm，凸出外边1000mm，同时,该部位考虑后浇带的位置，该诱导缝的设置，能让混凝土有效的变形，减小混凝土温度应力，即使开裂，也是有规律，和集中在诱导缝处，便于修补和处理，见图3。

图3　剪力墙诱导缝示意图

6　超限对策及加强措施

本工程结构上存在扭转不规则、凹凸不规则、高度超限等情况，属B级高度超限高层建筑。针对以上超限，采取了以下加强措施。

1)采用两个空间结构分析程序SATWE和MADIS/GEN进行计算比较，在地震作用下保证结构整体承载力安全，满足规范要求。

2)进行弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算选取SATWE软件自带的三组实际强震的记录的天然波，保证时程曲线由较高的保证率。

3)为满足“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震性能，进行中震主要构件不屈服补充分析，以及罕遇地震作用下的静力弹塑性PUSHOVER分析获取性能点，保证结构安全。

4）计算并调整剪重比，避免长周期结构作用力偏小。

5）对标准层进行中震下弹性楼板应力分析，保证可靠的传递水平力和协调变形能力。

6）根据中震的计算结果，在各塔楼底部加强部位剪力墙角部及部分剪力墙肢暗柱内配置型钢，以提高延性和抗震性能。

7）采用高强度材料：控制轴压比，剪力墙及框支柱混凝土强度等级采用C55;受力部位钢筋采用高强度HRB400级钢筋。

7　结语

各个设计关键环节应在结构方案和细化设计上做充分考虑，做到技术先进，经济合理。地下室超长设计需同时采取多种措施相结合，来解决沉降差和温度应力等问题。应注重结构概念设计和采取抗震构造措施来解决高层建筑超限问题，在设计文件中进行较为全面的分析和研究，对结构薄弱部位采取针对性加强措施，提高结构整体抗震性能。

【1】GB 50011—2010建筑抗震设计规范[S].

【2】JGJ 3—2010高层建筑混凝土技术规程[S].

【3】徐培富.复杂高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

【4】GB 50010—2010混凝土结构设计规范[S].

A District High-rise Residential Structure Design

ZHUYun-chuan
(ChinaRailwayEngineeringDesin InsthuiteCo.Ltd.,Beijing 100038,China)

W ithhigh-rise residentialstructuredesignofadistrictasanexample,introduced the foundation design,the overall structure calculation analysis,super-long concrete structure design measures,countermeasures and strengthen measures,overrunorofferreferenceforsim ilarengineeringdesign.

tall;structureanalysis;foundation;temperaturestress;overrun

TU241.8

B

1007-9467（2016）11-0019-03

朱运川（1969～）,男，河南民权人，高级工程师，一级注册结构师，从事结构设计与研究。

2016-05-21