武安城市佳园偏心与沉降控制设计.pdf

第二十届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 8 年 武安城市佳园偏心与沉降控制设计 黄勉 北京市住宅建筑设计研究院有限公司，北京1 0 0 0 0 5 提要武安城市佳园是大底盘多塔复杂结构，裙房和塔楼间未设永久变形缝，本文通过对复杂结构偏心控制及沉降控 制的设计计算，分析、探索大底盘多塔结构底盘偏心控制及地基基础沉降控制的设计方法。 关键词大底盘多塔偏心控制沉降控制 1工程概况 武安城市佳园位于河北省武安市中心区，地下2 层，地上1 7 层。地下部分为车库和商业，地上l ～ 3 层为商场，4 层以上为3 栋塔式住宅。整个裙房和塔楼间未设永久变形缝，形成大底盘多塔超长复杂结 构。地下一层以上裙房平面尺寸为8 4 ．6 m 7 2 ．1 m ，总建筑面积约5 8 6 0 0 岔，层3 裙房、层4 塔楼结构 平面见图1 。 gIIl 盆 ．．．r 刖 | L 羁蓁 8 健 L 1 “ 卜 _ J『福 IT I 』。司 L 葛 叫 T 1 7 Ⅱ 0 L Ⅱ ■ I _ 一 i 扯 侈 }o 0 f- 凶t - 上 Ⅵl ≈lIl b 电o8 0 0 0 x 8 石丽面2 1 幽 。1 7 2 1 0 0 1 l 层3 结构平面 图1 层4 结构平面 建筑场地位于太行山东麓，地貌属丘陵地段，地形平坦，地面标高2 1 1 ．8 7 ～2 1 3 ．6 7 m ，抗震设防烈 度为7 度，设计地震组别一组，设计基本地震加速度O ．1 9 ，场地类别Ⅱ类；O ．0 0 2 1 4 ．1 0 m ，建筑大剖 面见图2 。 2上部结构偏心控制的设计和分析 2 ．1 结构布置 塔式住宅楼为框支剪力墙结构，转换层设在3 层，采用梁式转换结构；裙房为框架一剪力墙结构。 黄勉，男。1 9 6 0 ．5 出生，高级工程师 ．9 5 2 ． 第 1M m 高目建筑镕构 m 2 “镕女 2 0 0 8 ≈ 话房层l ～膳3 沿丌问方向 即乐曲Ir q 酷嚣扶粱并加大层3 错房犀厦项板厚度 h l5 0 唧 ．提高了楼 盖体系H 4 度、增强，塔楼M 连接、减少了混凝十折算厚度．整体算模犁见目3 ， 22 上部结构计算 上揶结构土要采用s M w ”程序埘牡体和并单塔分别进行锥 ”牲体采川地震9 9 力与地震层f Ⅲ位移比、梭_ ￡一卿结构计算。结粜加r ①陈剧胡比、转换层刚度比眦 外的眷项指标控制②塔楼以外、转换层以r 钳膀f i _ i 化剪力墙和框架的刚筋③提供基础设} | _ 依据。 2 各巾塔采用剪弯削度、按框点剪／J 端结构井指定薄弱层和转换联汁并。结果川十①控制荇塔楼的州 期比希】转换层上F 的削艘比等；②各塔楼的墙、柱、粱配筋③提供艇础设依槲。 本空丰婪分析格体计算的偏心控制问题。 23 整体计算的偏心分析及控制 第1 0 6 1 荣规定“多塔楼建筑结构备塔楼的』；数、’F 面和刚度d 接近．塔楼对』t 盘宜对称布什。塔 楼结构与底盘结构质心f 日距离不直大J 底盘相应边长的2 0 ％”。仙足很菩情况下，为满足建筑篮求，结 构砷置往往很困难。率』枵r { - 除并塔楼的层数相旧外．其余均不符合此条规定。 按混凝l 高姚要求并塔楼层4 ’J 舌B 房层3 的』∞心距剥』t 底盅边K2 0 ％的长度足x 冉m7 2l 2 0 ％1 4 4 2 mY 方向8 46 0 2 0 ％ 1 69 2 m 。本I 程整体计算的锚房层一l ～层3 的赝心坐标见收1 ．各塔 楼层4 质心半标见表2 ， { 肼J r ；一l ～壕3 的城大水平位移币】层可化移与楼膳甲均值的比值见袭3 。 表1 裙房质心坐标 崖} 质ox m } 3 57 6 0 1 ％ 3 56 6 1 1 ％0 6 邶 2 1 ％3 19 2 质心Y Ⅲ盯q 3 1 4 6 j o 14 ％ “表巾 内数 为自I 邻g 肛o ≈々裙席相J 々边K 扮M Ⅲ，“层2 ’J ■1 的质心x t 3 56 6 3 64 6 08 0 m ，b 月m 让K 的【匕Ⅲ为08 0 ／7 21 l1 ％。 表2 塔楼层4 质心坐标 黧馔捅厕坷坷趟趟訇甘4辇一 焉嚣搬蒡謇銎三 u鞋芒*搴K曼盆 [ 一 生筐霎一鱼 第二十届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 8 年 表3 位移比 甚号 32Ij X 向Y 向X 向Y 向X 向Y 向X 向Y 向 水平位移比 1 ．0 91 ．0 61 ．1 11 ．0 71 ．1 21 ．0 91 ．0 61 ．2 0 层间位移比 1 ．0 21 ．0 31 ．1 11 ．0 91 ．1 61 ．0 51 ．0 51 ．2 l 从表l 和表2 中可以看出，A 座Y 方向与底盘结构质心的距离3 5 ．4 6 m ，B 座x 方向是2 8 ．3 5m ，C 座x 方向是2 5 ．4 8m ，均已超出规范规定。但是，从表3 中看到裙房层一1 层3 的最大水平位移和层间 位移与楼层平均值的比值很小，最大为1 ．2 1 ，属于扭转不规则的控制低限，同时，从表l 中可以看到相 邻层质心差与裙房相应边长的比值均很小。 混凝土高规第1 0 ．6 ．1 条规定的核心是防止或减小结构的扭转振动，地震作用的合力总是通过质心的， 控制底盘和各塔楼每层质心与刚心的偏置率和相邻层的质心偏心率对防止或减小结构的扭转振动有较好 的作用，混凝土高规第4 ．3 ．5 条和抗震规范3 ．4 ．3 条也是通过限制结构平面布置的不规则性和抗扭刚度不 能太弱两个方面来限制结构的扭转效应，因此，笔者认为在大底盘多塔楼结构中，通过整体计算，控制 底盘的最大水平位移和层间位移与楼层平均值的比值和相邻层质心距与裙房相应边长的比值，可以达到 控制大底盘多塔楼结构的塔楼偏置和不规则性的目的，文献【5 ] 建议相邻层质心差与相应边长的比值超过 1 5 ％作为不规则结构的判别界限，2 0 ％作为特别不规则结构的判别界限。 3 地基基础的沉降控制计算 3 ．．1 地基和基础 本工程采用平板式筏基，在裙房中设置施工后浇带；筏基下裙房部位采用天然地基、塔楼部位采用 C F G 桩复合地基。复合地基设计中，复合地基变形S 的控制是通过提高复合土层的压缩模量E 。p 毛E s 实 现， f 吼／f 北 f 。咄一c F G 桩复合地基承载力特征值，f “一天然地基承载力特征值 ，f 咣通过桩 径、桩长的调整而改变。在结构设计阶段，无法准确计算E s p ，调整变形S 可以用改变基床系数K 实现。 3 ．2 地基基础的计算和分析 3 ．2 ．1 本工程采用J C C A D 的桩筏筏板有限元进行。地基规范中计算 地基变形量S 的大小，取决于附加压力P o 和土层的压缩模量E s 。 加． 在结构设计阶段，进行差异沉降控制设计时，计算复合地基部分的 变形量S ，可根据基床系数K E s ／H H 一地基可压缩土层厚度，E s 一土层平均压缩模量 的关系，用改变K 值的方法来调整变形S 和 底板配筋，同时，向地基处理单位提供处理数据。 3 ．2 ．2 主要计算过程和结果 1 输入地勘报告提供的地质资料，将裙房以上的塔楼去掉，按与裙 房同层数的底盘计算变形，得出变形值S l 和基床系数K ，。本工程按 五层底盘计算，得出底盘中部的S 1 5 5 m m ，整体的K l 1 7 8 0 鼎／I n 3 。 2 用大底盘多塔整体计算，塔楼部位按子筏板输入，人工赋值K l 给整个筏板计算变形，得出塔楼部位的变形值S 2 。本工程按 K l 1 7 8 0 心艋3 输入，得到各塔楼靠近中部的s 严1 1 0 嗍，此时裙房 中部的S 7 0 衄，反映了天然地基大底盘多塔的整体沉降。 7 508 0 图4 变形等值线图 第二十届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 8 年 3 用J C C A D 桩筏筏板有限元中基床系数的地质调整功能、以毛 s 2 ／S l 修改塔楼子筏板的基床系数K 毛 K l 计算变形，得出大底盘多塔的变形值，用于底板配筋和提供地基处理数据。本工程毛 s 2 ／s l 1 1 0 ／5 5 _ 2 ， 按K 毛K l 2 1 7 8 0 I 【N ／m 3 3 5 6 0l N ／m 3 人工赋值子筏板，得到最终变形值见图4 ，设计要求地基处理后的 变形量S ≤6 5 姗。 4 结语 大底盘多塔满足混凝土高规第1 0 ．6 ．1 条的规定往往有困难，但控制裙房最大水平位移和层间位移与 楼层平均值的比值、控制相邻层质心距与裙房相应边长的比值一般容易做到。此外，控制各塔楼的周期 比、位移比、刚度比满足规范要求，加强裙房梁、板、柱、墙的刚度和配筋，对于抵抗结构竖向不规则 和平面不规则、抵抗地基沉降不均、抵抗结构的温度裂缝都有很好的作用。沉降计算尚应根据地基处理 单位的C F G 桩设计结果进行验证和调整。 参考文献 【1 】建筑抗震设计规范G B5 0 0 1 1 2 0 0 1 ．中国建筑工业出版社，2 0 0 l [ 2 】高层建筑混凝土结构技术规程J G J3 2 0 0 2 ．中国建筑工业出版社，2 0 0 2 【3 】建筑地基基础设计规范G B5 0 0 0 7 2 0 0 2 ．中国建筑工业出版社，2 0 0 2 [ 4 】建筑地基处理技术规范J G J7 9 2 0 0 2 ．中国建筑工业出版社，2 0 0 2 [ 5 ] 陈才堡，对超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点中偏心布置和塔楼偏置的讨论，建筑结构．．技术通讯， 2 0 0 7 ，l 一9 5 5 ．