某居住区项目结构选型分析

某居住区项目结构选型分析

王震宇

( 中国电子系统工程第二建设有限公司，上海 201101)

【摘要】建筑在我们的城市建设当中所占有重要地位，结构设计是其中极为关键的一个环节,结构方案更是建筑安全适用、技术先进、经济合理的前提，这不仅是市场可持续发展的需求，更是适应绿色环保的要求。本项目通过方案阶段合理的上部结构和基础选型，取得了良好的结构效益。

【关键词】上部结构选型；基础选型；经济性指标

1．工程概况

本项目位于湖北省十堰市。拟建建筑包括3栋28层高层住宅，5栋11层小高层住宅，13栋5层多层住宅以及其他配套建筑；均设有1层地下室，无人防地下室。总建筑面积128283.68平方米，其中地上建筑面积93882.56平方米，地下建筑面积34401.12平方米。

图 1.1 建筑效果图

2．上部结构选型

本项目建筑抗震设防分类为标准设防类别（丙类），抗震设防烈度为 6度（0.05g) ; 场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第一组，特征周期为0.35s，基本风压0.30kN/m2。

2.1多层结构选型

依据甲方对多层建筑功能和经济性的要求，对多层结构体系进行分析。

(1)计算分析条件

层高3米，7层（含两层地下室）；抗震等级：四级。

(2)不同结构体系对比

1）方案一：框架结构（含少量短肢剪力墙）

建筑功能使用影响

图2.1.2 方案一建筑功能使用影响

2）方案二：框架结构（分户墙布置短肢剪力墙）

图2.1.5 方案二建筑功能使用影响

3）方案三框架剪力墙结构（内外墙布置短肢剪力墙）

图2.1.7 方案三建筑功能使用影响

(3)经济性比较

表2.1 多层方案经济性比较  

注：1、混凝土综合单价：500元/m3 ；钢筋综合单价：4500元/吨；

2、造价成本按地上全楼统计。

(4)结论

经过分析可知，方案一框架结构（含少量短肢剪力墙）与方案二框架结构（分户墙布置短肢剪力墙）经济性差别不大，分户墙由短肢墙替代框架柱可消除柱子对建筑功能的影响，方案三框架剪力墙结构（内外墙布置短肢剪力墙）对建筑使用功能最优，但是经济性最差，且短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩已经大于结构底部总倾覆力矩的50%。综上所述，选用方案二框架结构（分户墙布置短肢剪力墙）形式。

2.2地下室顶板选型

(1)工程概况

纯地下室部分5.5mx7.8m柱网（局部6.2mx7.8m）；

(2)计算分析条件

荷载：1.2m顶板覆土，正常使用活荷载5.0kN/m2；

材料：混凝土强度等级：C35；钢筋：HRB400级；

分别对有消防车荷载和无消防车荷载进行对比分析；

(3)无消防车荷载顶板结构布置形式

（a）无梁楼盖： 楼板板厚300mm；柱帽：1800mmx1600mmx350mm；托板：

2800mmx2600mmx300mm；

（b）长向单次梁楼盖：楼板板厚250mm；主梁：300mmx750mm，300mmx700mm；次梁：300mmx700mm；

（c）短向单次梁楼盖：楼板板厚250mm；主梁：300mmx800mm，250mmx600mm；次梁：250mmx600mm；

（d）短向双次梁楼盖：楼板板厚250mm；主梁：350mmx800mm，250mmx600mm；次梁：250mmx650mm；

（e）双向单次梁楼盖：楼板板厚250mm；主梁：300mmx800mm，300mmx700mm；次梁：250mmx600mm；

（f）无次梁大板楼盖：楼板板厚250mm；主梁：300mmx800mm，300mmx600mm；

（g）无次梁加腋板楼盖：楼板板厚250mm；主梁：300mmx800mm，300mmx600mm；腋高150mm、腋长1000mm；

(4)结果统计

表2.2 不含消防车荷载顶板楼盖形式成本比较  

表2.3 含消防车荷载顶板楼盖形式成本比较

注：混凝土综合单价：500元/m3；钢筋综合单价：4500元/吨；梁模板：50元/m2；板模板：35元/m2

(5)结论

无消防车荷载的情况下地下室顶板的楼盖形式中无次梁大板楼盖的经济性最佳；有消防车荷载的情况下无次梁加腋板楼盖的经济性最佳。多层区域无消防车道，建议按无次梁大板楼盖设计；高层周边区域有消防车道，建议按无次梁加腋板楼盖设计。

3．基础选型

(1)典型区域剖面

场地基岩面起伏较大，岩体中无洞穴、临空面、破碎岩体或软弱岩层等，岩体岩性均匀，力学性质近于各向异性。场地岩体为非可溶岩，不存在溶洞等岩溶问题。

图3 典型区域剖面

(2)各层岩土参数详见下表：

表3 各岩土层岩土参数综合成果表

(3)抗浮水位

由于本工程场地西侧地势较低，场地西侧存在市政排水系统，故在本工程地下室外侧设置地下排水盲沟或明沟和集水井，将有限的积水及时排入场地西侧市政排水系统，同时做好地表水隔、排措施，阻止地表水下渗至本场地，不考虑抗浮。

3.1地库基础选型分析

(1)基础形式分类：

（a）筏板基础：板厚500mm；

（b）独基+防水板：板厚300mm，独基：2400mmx2200mm；

（c）墩基+防水板：板厚300mm，承台：1500mmx1500mm，墩基直径900；

（d）桩基+防水板：板厚300mm，承台：1400mmx1400mm，桩基直径800。

(2)基础成本比较：

(3) 

表3.1 地库基础成本比较

注：1、混凝土单价：500元/m3 ；钢筋单价：4.5元/kg；

        2、桩径800mm灌注桩取650元/m；墩径900mm灌注墩取820元/m；

(4)结论：

独基+防水板的基础形式经济性最佳。

3.2多层基础经济性分析

(1)基础形式分类：

（a）筏板基础：底板厚500mm，持力层强风化；

（b）墩基+防水板；底板厚300mm、墩基直径900mm，持力层中风化；

（c）桩基+防水板；底板厚300mm、桩基直径800mm，持力层微风化；

（d）墩基（个别柱转换）+防水板；底板厚300mm、墩基直径900mm，持力层中风化；

（e）桩基（个别柱转换）+防水板；底板厚300mm、桩基直径800mm；持力层微风化；

(2)结果统计：

表3.2 地库基础成本比较

注：1、混凝土单价：500元/m3 ；钢筋单价：4500元/吨；

   2、800mm桩基单价650元/m；900mm墩基单价820元/m；1000mm墩基单价1000元/m；

(3)结论与建议：

1)筏板基础形式经济性最佳，部分单体直接坐落于岩石上应优先采用。

2)当土层情况无法满足使用天然基础的条件时，采用桩基或者墩基，当墩基长度在3～4.7m时或桩长6～8m时，对个别内力较小的框架柱进行转换，经济性最好，并优先采用3～4.7m的墩基。

3.3 小高层基础经济性分析

(1)基础形式分类：

（a）筏板基础：底板厚500mm，fa=500kPa，持力层强风化；

（b）桩承台+防水板基础：底板厚300mm，桩径800，Ra=5000kN，持力层微风化；

（c）桩筏基础：底板厚500mm，桩径800，Ra=5000kN，持力层微风化。

(2)结果统计

表3.3 地库基础成本比较

 注：1、混凝土单价：500元/m3 ；钢筋单价：4500元/吨；

      2、800mm桩基单价650元/m。

(3)结论与建议

1)通过比较分析，筏板基础经济性最好，优先采用。

2)2#、3#、6#、16#楼素填土较厚，不适合做天然基础，根据比选，桩筏基础经济性优于桩承台+防水板基础，且桩承台+防水板基础施工不便，故2#、3#、6#、16#楼采用桩筏基础。

3)5#楼底板位于岩石上，采用独基+防水板基础。

3.4 高层基础经济性分析

(1)基础结构形式分类：

（a）桩承台+筏板基础：底板厚500mm，桩径800，Ra=4400kN，持力层微风化；

（b）桩筏板基础：底板厚度1000mm，桩径800，Ra=4400kN，持力层微风化；

（c）桩基+转换梁基础：底板厚500mm，梁高1200mm，桩径800，Ra=4400kN；持力层微风化；

（d）筏板基础：底板厚1000mm，fa=2000kPa，持力层强风化。

(2)结果统计

表3.4 高层基础成本比较

 注：1、混凝土单价：500元/m3 ；钢筋单价：4.5元/kg；砖胎膜单价：500元/m3 ；

    2、800mm桩基单价：650元/m；900mm桩基单价：820元/m；根据地勘，取最小桩长10m计算。

(3)结论与建议

1)筏板基础形式经济性最好，应优先采用；当地基条件限制需要采用桩基时，桩承台+防水板基础形式成本上略有优势，但相对桩筏基础施工较繁琐，从节约施工工期及结构安全性角度考虑，采用桩筏基础。

2)1#楼、4#楼采用筏板天然基础，以中风化片岩作为持力层，筏板厚度取1000mm，局部区域基底未到持力层时，可采用素混凝土换填处理（其中1#楼换填深度最大约1.8m，4#楼换填深度最大约0.5m ）；11#楼素填土层较厚，采用桩基，以微风化片岩为持力层，桩径取800mm，采用桩筏基础形式。

4．总结

1.本工程在结构施工图全过程对经济性把控：前期对结构布置的调整，后期对结构施工图中构件截面及配筋的优化，在结构成本的控制上成效比较显著。

单体结构指标数据（多层、小高层、高层及地下车库）预估如下：

表4.1 结构经济指标

注：（1）混凝土单价：500元/m3 ；钢筋单价：4500元/吨；面积按结构面积统计，不含二次构件钢筋混凝土量。

（2）地下室指标按加权值进行统计，地下室车库钢筋限额指标为105kg/m2，混凝土限额指标为1.05m3/m2。

参考文献

［1］ GB 50223—2008 建筑工程抗震设防分类标准［S］．北京：中国建筑工业出版社，2008.

［2］ GB 50153—2008 工程结构可靠性设计统一标准［S］. 北京:中国建筑工业出版社，2009.

［3］ GB 50011—2010 建筑抗震设计规范［S］．北京：中国建筑工业出版社，2010.

［4］ GB 50009—2012 建筑结构荷载规范［S］．北京：中国建筑工业出版社，2012.

［5］ JGJ 3—2010 高层建筑混凝土结构技术规程［S］．北京：中国建筑工业出版社，2011.

［6］ GB 50010—2010 混凝土结构设计规范［S］．北京：中国建筑工业出版社，2011.

［7］ 傅学怡.实用高层建筑结构设计（第二版）［M］．北京：中国建筑工业出版社，2010.

［8］ 李文平.建筑结构优化设计方法及案例分析［M］．北京：中国建筑工业出版社，2016.