京武.城市山谷(一期)结构设计
作者 朗战 字数：3155 来源：城市建设理论研究 2013年3期
摘要:京武·城市山谷（一期）为坡地城市综合体，包括2层地下室，3层裙楼的大底盘，大底盘上有5栋高层，边坡上布置7栋联排别墅以及1栋阔景楼王。其中4栋采用剪力墙结构，2栋采用部分框支剪力墙结构，该工程方案阶段包含多处超限，支护为二十几米的高边坡，在初步设计和施工图过程中，通过结构平面、裙楼分缝的手段，成功避免了超限问题，同时解决了支护及基础问题。
关键词:坡地城市综合体;大底盘多塔楼;高位转换;超限高层;多塔
Abstract: Jing Wu, CityValley ( Ⅰ) slope city complex, including 2 basement, 3 storeys high chassis, 5 tall big chassis, slope is arranged on the 7 row villas and 1 broad Jing wang. The 4 building with shear wall structure, 2 by partial frame-supported shear wall structure, phase of the programme the works contain multiple overrun, support for high slope more than 20 meters, in the preliminary design and construction drawing process, through the structural plane, podium parting means, managed to avoid overload problem, and solve the support and basic problems.
Key words: slope city complex; multi-tower; high conversion; multi-tower high-rise;
中图分类号：TU972 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
1、工程概况
京武·城市山谷（一期）位于湖南省长沙市雨花区体育新城，总用地面积47233.0 m2， 有效用地面积45785.0 m2，用地呈不规则状，东西最长处约295 m，南北最长处约225 m，用地沿体育公园山体地势顺势而下，南高北低（地面黄海标高为42.80~70.0米），最大处高差约27 m，意为“城市山谷”（如图1、2）。
该城市综合体包括2层地下室，-2层与长沙市正在修建的地铁车站连接，该层层高为3.6m，-1层层高为4.2m；地下室负二层局部为平战结合工程，3个防护单元，1个人防固定电站。人防工程修建面积为7233.0m2，其中核6甲类二等人员掩蔽部建筑面积3997.5m2，地下室上面包括3层裙楼和1～5#栋（高层）住宅。裙楼层高分别为5.6m、5.0m、5.0m。1＃栋长X宽X高=65.05x19x91.95/97.95m(含二栋塔楼，分缝脱开)，结构层数地上为30/32层；底层层高为6.15m，标准层层高为3m。2＃栋长X宽X高=65.05x19x88.95/94.95m(含二栋塔楼，分缝脱开)，结构层数地上为29/31层；底层层高为6.15m，标准层层高为3m。3＃栋长X宽X高=51.5x19.6X82.65m，结构层数地上27层，底层层高为8.2m，标准层层高为2.9m。4＃栋，长X宽X高=34.6x21.2x82.4m，底层层高为8.2m，标准层层高为2.9m。5＃栋长X宽X高=32.7x19x94.95m，结构层数地上为31层；底层层高为6.15m，标准层层高为3m。6＃栋，长X宽X高=41.8x18.5x96.3m，结构层数地上29+1（一层架空层）层，架空层层高为6.15m，标准层层高为3.15m。该栋建筑物在山坡顶上，正负零标高与裙楼顶板标高相同，二层地下室高度与裙楼二、三层层高相同，设缝与大地下室脱开。
建筑总高度：地下7.8米，地上15.6+97.95=113.45米。同时边坡顶上布置7栋联排别墅，别墅建筑高度13.2米。
结构基本条件：基本风压0.35KN/㎡；基本雪压0.45 KN/㎡；抗震设防烈度为6度。基本地震加速度值为0.05g。设计地震分组为第一组。场地类别为Ⅱ类。
2 支护方案
该工程由湖南省勘察设计院进行地质勘察及支护设计。地质情况（沿坡地）：残积粘土层厚0.50～7.80m；强风化泥质粉砂岩层厚0.80～8.30m；强风化含砾砂岩-1层厚1.00～37.50m；中风化泥质粉砂岩层厚0.50～24.70m；地下室抗浮。水位为39.0米。
湖南省勘察设计院接到支护设计后，提出该工程支护高度由8~27米，全部采用临时支护方案。我单位经过与长沙市有关结构专家包括邹银生、谭齐、朱怀恩、邓复华、石祖明进行讨论，认为采用临时支护方案对于主体设计单位的结构设计非常不利。地下室及裙楼承受土压太大且不均匀，四个方向结构本身无法平衡侧压力，依靠基底摩擦力平衡侧压力非常难以精确计算。
经过与支护设计单位设计人员多次协商，最后决定采取以下方案进行支护设计：43.0米（完整地下室顶板面标高）以下采用临时支护设计方案（人工挖孔桩+锚索、不放坡）；43.0米以上（包括东、西、南三个方向）全部采用永久支护设计方案（表面喷射混凝土+锚索+冠梁、坡度不大于1:0.3），43.0米以上不回填，采用架空处理，我与支护设计人员协调定位使锚索位置避开架空结构柱位置。
该支护方案确定后， 关于地下室、裙楼与支护关系如下：北面室外地面仅比地下室顶面标高低200mm，仅二层地下室承受土压力，南面地下室顶板（43.00米）从上均为永久支护，同时裙楼南面采用框架架空，不进行回填，东、西两面裙楼部分的外墙沿室外坡形路面承受土压力。东面、西面地下室受土压力7～10m，仅东南角局部受土压力23～13m。 7～13#栋联排别墅地下室底板以下与永久支护面之间架空。
3 基础设计
该工程各栋建筑竖向构件由于底标高的原因，落在不同的持力层上，统计如下：
1~5#栋（包括大地下室）持力层为强风化含砾砂岩，地基承载力特征值320Kpa。
6#栋持力层为强风化泥质粉砂岩，地基承载力特征值240Kpa;考虑到6#栋无埋深（至地下室底板只有三面埋在土中，不满足埋深要求），竖向构件埋入土中一层[（3.15X29+6.15+5）/18-0.9(承台)=4.80米]，承台面标高为-14.8米（相对于本栋正负零标高），该标高力层为强风化含砾砂岩，地基承载力特征值320Kpa。
7~13#栋联排别墅持力层为强风化泥质粉砂岩，地基承载力特征值240Kpa。
根据以上情况，我与业主方初步商量（支护方案确定之前），确定1~5#栋（包括大地下室）采用筏板基础；6~13#栋考虑主体结构不增加支护的附加力，采用人工挖孔桩基础。
在初步设计过程中，基础方案进一步深化，经过与支护设计单位和专家讨论，同时1~5#栋（包括大地下室）结构试算，发现1~5#栋主塔采用人工挖孔桩+承台+防水板方案每栋基础费用可以节约150万左右（1~5#栋主塔采用筏板基础时筏板需要2.5米厚）。最终该工程基础方案如下：
1~5#栋主塔采用人工挖孔桩+承台+防水板方案，桩基础持力层为中风化泥质粉砂岩，桩端承载力特征值fak=4000 KPa。纯地下室采用浅基础+防水板方案（主塔与地下室间设置沉降后浇带），持力层为强风化含砾砂岩，地基承载力特征值320Kpa。
6~13#栋考虑主体结构不增加支护的附加力，采用人工挖孔桩基础，桩基础持力层为中风化泥质粉砂岩，桩端承载力特征值fak=4000 KPa。支护图纸中的锚杆避开人工挖孔桩。桩底标高控制条件为：穿过支护的滑移面5米（根据支护设计单位要求）；入中风化泥质粉砂岩0.4D且不小于0.5米（根据JGJ94-2008《建筑桩基技术规范》3.3.3-6条要求）；绝对标高低于地下室底板面2米（即黄海高程33.20米，支护设计单位以前偶去）。该部分人工挖孔桩桩身控制条件为：1配筋率要求比JGJ94-2008建筑桩基技术规范4.1.1-1条提高0.5%；纵筋配筋长度为全长；箍筋采用Φ10@100螺旋箍全长加密。
采取以上措施后，1~5#栋（包括大地下室）基础有效避免了塔楼和纯地下室间的不均匀沉降，6~13#栋基础也不会对支护产生附加水平力。
4 结构设计与计算
4.1结构选型
本工程1#、2#、5#、6#栋采用剪力墙结构,7~13#栋采用异形柱-剪力墙结构，3#、4#栋为了满足下部商业的建筑功能，下部的需要采用部分框支剪力墙结构。方案设计中该部分转换层放在裙楼顶，考虑到下面商业的使用功能的完整性（转换梁大约1.6米高，裙楼第三层该部分净高除去设备安装后仅2.9米高），初步设计阶段把框支转换层设于架空层顶面，保证了该部分裙楼三层商业使用功能。纯地下室部分采用框架结构。
4.2结构超限分析
结构选型完成后，结构专业就开始面临该工程设计中的最大问题--结构超限。作为一个房地产开发项目，业主方要求我单位必须在保证原方案完整的情况下避免超限，为了达到这个目标，我单位做了大量工作。
4.2.1结构超限情况统计
首先确定嵌固层放在地下室顶面（裙楼一层楼面），采用现浇钢筋混凝土楼面，楼板混凝土厚度300。地下室一层的梁、柱抗震等级满足GB50011-2010《建筑抗震设计规范》6.1.3-3、6.1.14点的要求。
4.2.1.1针对《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》附录一中表一提及情况统计：该项目位于长沙市，抗震设防烈度为6度。1、2、5、6#栋中剪力墙结构建筑高度最高为1＃栋15.6+97.95=113.45米，小于表一中剪力墙结构140米限值，未超限；3#、4#部分框支剪力墙结构，建筑高度最高为4＃栋15.6+82.65=98.25米，小于表一中部分框支剪力墙结构120米限值，未超限.
4.2.1.2针对《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》附录一中表二提及情况统计：1）a扭转不规则（考虑偶尔偏心的扭转位移比大于1.2），作为住宅建筑，为了保证建筑的美观和住户的使用功能，本工程6栋塔楼没有偶尔偏心的扭转位移比小于1.2的，属于扭转不规则。
b偏心布置（偏心率大于0.15，或相邻层质心相差大于相应边长15%），与a不重复计算不规则项，为深入研究。
2）a凹凸不规则，b组合平面；该工程在建筑进行平面设计时已经重点考虑规避了此条不规则。
3）楼板不连续（有效宽度小于50%，开洞面积大于30%，错层大于梁高），该工程在建筑进行平面设计时已经重点考虑规避了此条不规则。
4）a刚度突变（相邻层刚度变化大于70%或连续三层变化大于80%），b尺寸突变（竖向构件位置缩进大于25%，或外挑大于10%和4m，多塔）。对4a条根据JGJ3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》3.5.5条规定：当结构上部楼层收进部位到室外地面H1（15.6米）不大于房屋高度0.2H(98X0.2=19.6米)时可以不考虑；对4b条多塔本工程存在，属于不规则。
5）构件间断（上下墙、柱、支撑不连续，含加强层、连体类），3、4#栋属于部分框支抗震墙结构，违反了此条规定，属于不规则。
6）承载力突变和其他不规则本工程无此结构，规避了此二条不规则。
综合以上分析，该工程存在1a、4、5三项不规则。属于超限工程，为了达到业主要求，经过仔细考虑，认为主要是3#、4#栋规避表二中三条不规则，在与建筑专业和方案设计单位协调后，3、4#栋在地下室顶板(嵌固层)以上设缝脱开，使3、4#栋形成单栋结构，规避多塔这条不规则。
方案修改后，从新对个栋高层针对表二进行分析：
1、2、5#栋存在大底盘多塔楼和扭转不规则二条不规则，3、4#栋存在构件间断和扭转不规则二条不规则，6#栋不存在不规则。
4.2.1.3针对《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》附录一中表三提及情况统计；
1）扭转过大（裙房以上的较多楼层，考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.4），结构计算时进行控制，可以把扭转位移比调整到小于1.4。
2）抗扭刚度弱（扭转周期比大于0.9，混合结构扭转周期比大于0.85），经过计算，结果见下表
各栋结构自振周期
1）层刚度偏小（本层侧向刚度小于相邻上层的50%），仅对3、4#部分框支剪力墙结构有可能存在，经过计算该二栋计算结果如下：
3#栋
4#栋
2）塔楼偏置（单塔或多塔于大底盘的质心偏心距大于底盘相应边长20%）。在裙楼分缝时，我单位在考虑缝位置过程中进行了大量结构计算工作。保证1、2、5#栋多塔上部结构质心与大底盘的质心的偏心距不大于底盘相应边长20%，X方向偏差：19.45/258.8X100%=7.5%；Y方向偏差：1.5/67.6X100%=2.2%。3、4#栋单塔上部结构质心与大底盘的质心的偏心距页不大于底盘相应边长20%。3#：X方向偏差：6.85/57.6X100%=11.9%，Y方向偏差：6/31.6X100%=18.98%；4#：X方向偏差：10.66/59.6X100%=17.9%，Y方向偏差：4.42/31.6X100%=13.99%。
采取了分缝措施后，成功规避了塔楼偏置不规则。
1）其它项【多重复杂（结构同时具有转换层、加强层、错层、连体和多塔等复杂类型的三种）、高位转换（框支墙体的转换构件位置：7度超过5层，8度超过3层）、厚板转换（7~9度设防的厚板转换结构）、复杂连接(各部分层数、刚度、布置不同的错层、连体两端塔楼高度、体型或者沿大底盘某个主轴方向的振动周期显著不同的结构)】，该工程中均无以上情况。
4.2.1.4针对《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》附录一中表四提及情况统计:本工程无此类型结构。
4.2.2结构超限分析结论
经过建筑设计师和本人二个月的辛苦工作，终于规避了本工程方案中存在的所有超限问题，为整个设计工作顺利完成打下了坚实基础。
4.3结构整体计算
4.3.1建筑分类等级
根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）、《混凝土结构设计规范》（ GB50010-2010）、《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）、《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）、《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）本工程分类如下：
1）建筑安全等级均为二级。
2）地基基础设计等级为甲级（高层住宅）、丙级（多层建筑）。
3）商业部分建筑抗震设防类别为乙类，其余建筑抗震设防类别为丙类。
4）1#、2#、5#、6#栋高层建筑剪力墙抗震等级为三级； 3#、4#栋为框支-剪力墙结构，底部加强部位的框支柱及剪力墙抗震等级为一级，底部加强部位以上的框架柱及剪力墙抗震等级为三级。
5）联体洋房钢筋混凝土框架结构抗震等级为四级。
6）地下室防水等级为P6.
7）建筑物耐火等级：高层住宅及地下室部分为一级，其余为二级。
4.3.2结构计算
该工程6~13#栋单独建模计算，3、4#栋包括本栋所带裙楼建模计算，1、2、5#按照分体（每栋从主楼向四边扩散带三跨裙楼）和整体建模（大底盘三塔楼）计算。该工程施工图已经经过施工图审查中心审查，正在进行桩基础施工。
5 结语
京武·城市山谷（一期）结构形式复杂，超限问题较多，给结构设计者提出了一定挑战，如何在保证不超限又使结构安全的前提下，通过采用合理的结构形式和构造措施，满足建筑的外形和功能要求，是此次工程结构设计的主要目标。对于此类以住宅为主的城市综合体工程，在建筑和结构专业的共同努力下，采取适宜的手段，是可以避免超限，为业主方交出物美价廉的成功作品。
参考文献：
[1]《建筑抗震设计规范》 GB50011-2010
[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》 JGJ3-2010
[3]《建筑桩基技术规程》 JGJ94-2008
追问多谢朋友，还想请问1.这是全文吗？2.文章中是否有图纸等相关内容？
追答我是LY期刊网文本版查看的，所以能看到的我都贴在这里了，其他的内容确实没有见到