某商品房住宅小区的结构设计
某商品房住宅小区的结构设计
【提要】结合工程实例重点分析了高层住宅的基础设计相关的内容，可供类似的工程参考。
【关键词】 单桩承载力 嵌固端 沉降计算 锚固长度
【 abstract 】 combined with engineering example analyses the high-rise residential foundation design related to the content, available for similar projects.
【 key words 】 single pile bearing capacity embedded fixed end settlement calculation anchor length
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一、 工程概况：
上海某中心村配套商品房，项目总占地面积24.9公顷，位于高压走廊以西、桃园港以北、顾村镇界以东、沙蒲以南。项目总建筑面积为579678.16平方米，其中地上建筑面积为483842.26平方米，地下建筑面积为95853.9平方米。本项目4个地块以及5个组团分组团建设,由52幢高层住宅楼，地上18层，地下一层，为纯剪力墙结构；多幢沿街商业、1幢农贸中心、四座地下车库，均为框架结构。
二、工程地质状况
该拟建场地内地基土均属第四纪全新世Q4至晚更新世Q3沉积土，，对此深度范围内揭遇的地基土，按其结构特征、土性不同和物理力学性质上的差异可划分为8个主要工程地质层，其中第○1、○3、○8层又可进一步划分为若干个亚层。其地基土的构成和特征详见如下表一。场地内第②层褐黄色粉质粘土，土质较好，分布稳定，，可作为变电房、垃圾收集点等一层配套设施的天然地基持力层。第○7、○81-2、○82-1层土质较好，可作为本工程住宅楼的桩基持力层、沿街商业配套公建、及地下车库的抗拔桩持力层。
表一地层特性表
三、基础设计
根据武汉地质工程勘察院提供的岩土工程勘察报告，场地的抗震设防烈度为7度，所属的设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.10g，地基土属软弱土，场地类别为Ⅳ类。
（一） 高层住宅的桩基设计
高层住宅为18层，建筑高度为52.200米，基础采用桩基础＋地下室等厚度筏板型式。
绝大部分高层住宅的持力层为第○7层砂质粉土层，但是在组团4,5地块第○7层砂质粉土层缺失，桩基持力层为⑧1-2层粉质粘土，下面以51#楼设计为例，桩位布置图见图一。
1.单桩竖向承载力计算
根据上海地基基础设计规范（DGJ08-11-2010）第7.2.4条
Rd=Rsk/γs+Rsp/γp=Up∑fsi li /γs+ fpAp/γp
选用PHC500的预应力管桩，桩长39m，单桩竖向极限承载力设计值：
Rd=Rsk/γs+Rsp/γp=Up∑fsi li /γs+ fpAp/γp
=0.5x3.14x（1.48x15+3.1x15+11.3x25+11.4x40+3.8x55+6.92x55）/2.164
+3.14x0.25x0.25x1400/1.234
=1236.7KN
取整1200KN,桩长38米。
2.桩基础设计
根据SATWE计算结果：荷载总值：F=144874KN ,地震作用下产生的总剪力设计值Qx=6493.8 KN
n>F/Rd=144874/1230=120.7，考虑筏板的刚度，桩间距按3.5倍即1750mm尽量布置在剪力墙下。
3.单桩水平承载力计算
Rhd ＝ （0.75 α3 E I / Vx）χoa（基础规范F.0.1）
＝0.75* 0.5118??*96131.723/2.441*0.010 ＝52.8kN
验算地震作用桩基的水平承载力时，应将单桩水平承载力设计值乘以调整系数 1.25：
RhE ＝ 1.25 * Rh ＝ 1.25*52.8 ＝ 66.0kN
H0/n=6493.8 /126=51.5KN0.5)，Y方向不满足刚度比要求，所以该刚度条件不能满足；构造要求按《高规》3.6.3必须要满足：楼板厚度不宜小于180mm,应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%，所以该基础结构不能得到很好的经济效益。对于本工程地下室顶板为上部结构嵌固部位，位于单体右侧由于自行车坡道，导致无法确保完全嵌固，水平荷载无法有效传递。这样会和实际取的基础计算模型有比较大的出入。
当考虑选择基础底板作为结构嵌固端，这有利于充分利用其基础刚度，有利于首层楼面结构灵活布置，对于单体右侧自行车坡道或者首层楼面留有大孔洞都不影响结构计算的准确性。从构造方面要求，地下室顶板只要满足普通地下室顶板厚度不宜小于160mm的要求， 另规范规定地下室负一层的抗震等级与上部结构必须一致，以基础底板作为嵌固端不会造成地下室结构造价的提高，反而可能取得较好的经济效益。
因此，本工程高层住宅楼采用基础底板作为结构的嵌固端。
2. 活荷载折减
《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）（2006版）表4.1.2根据楼面活荷载的不同种类，考虑从属面积和楼层数量两大因素而采用不同的折减系数。现行结构计算程序中，多数不具备活荷载的分类功能，无法区分《荷载规范》表4.1.1中第1（1）项与第1（2）~12项，也就不可能真正的按《荷载规范》要求实现对不同活荷载的折减。使用程序计算时，对于楼板支承构件（如梁、柱、剪力墙及基础等），应按照《荷载规范》第4.1.2条的规定考虑活荷载的折减系数，当程序无法直接计算时，应考虑区分不同的构件进行分步骤计算，且相应的计算结果只适合于特定的构件本身，此时应特别注意其它相关结构构件内力的不真实性，避免误用。例如设计楼面梁时，当取用相应的楼面荷载折减系数，并将调整后的楼面荷载值作为新的楼面荷载输入计算时，此时的计算内力及配筋仅用于楼面梁，对楼板、柱、墙等其它构件则内力不真实，故不能取用。
3.关于偶然偏心和双向地震作用
《建筑抗震设计规范》第5.1.1条第3款规定：质量和刚度明显不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响；对于质量和刚度分布明显不对称的结构，规范没有明确的规定，一般情况下，抗规表3.4.3-1 和表3.4.3.-2给出了平面不规则和竖向不规则的主要类型：扭转不规则；凹凸不规则；楼板局部不连续；侧向刚度不规则；竖向抗侧力构件不连续；楼层承载力突变；
在不考虑偶然偏心的单向地震作用时，楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍，可判断为扭转不规则，结构的质量和刚度分布处于明显的不对称状态，此时应该计入双向地震影响。
目前进行的双向地震作用计算，只是在单向地震作用（两个方向分别计算）基础上简单的再组合，不是真正意义上的按两个方向地震同时作用的计算。因而属于估算的性质。为避免多重估算引起结构设计的巨大跳跃，在结构设计中往往对双向地震和偶然偏心不同事考虑。一般情况下，双向地震和构件的双向偏心受压计算不同时考虑。
（二）上部结构施工设计时，经常会遇到的一些问题：
1.根据建筑抗震设计规范（GB50011-2010），二、三级抗震墙设置构造边缘构件的最大轴压比不能大于0.3，也即三级的抗震墙，当轴压比>0.3时，应该设置约束边缘构件。当
轴压比≤0.4时，λv=0.12，当轴压比>0.4时，λv=0.12，λv为约束边缘构件的配箍特征值。
2.剪力墙与平面外相交楼面梁刚接时，应确保楼面梁水平钢筋的锚固长度。在不影响建筑空间布置的前提下，设置壁柱是最行之有效的方法。当受建筑门窗洞口或者里面效果的限制情况下，尽量采用小直径的钢筋。
参考文献
1建筑抗震设计规范2010版（GB50011-2010）
2.建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）
3.建筑桩基技术规范（JGJ94－2008）
4.高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）
5.上海地基基础设计规范（DGJ08-11-2010）
6.《控制住宅工程钢筋混凝土现浇楼板裂缝的技术导则》
7.建筑结构设计问答及分析 中国建筑工业出版社 朱炳寅
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
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