浅析住宅结构设计中的抗震设计
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摘要：本文结合作者实际工作经验，实例分析了高层抗震的结构设计，供大家参考。
Abstract: Combined with the author’s practical work experience, this paper analyzes the anti-seismic structure design, for your reference.
Keywords: residential; structure design; seismic design
中图分类号：TU7 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
高层抗震墙住宅楼占地面积较小，基底压力较大，单幢建筑面积可观，因此在保证建筑物安全的前提下，合理的地基处理及抗震墙布置方案能够节约工程造价，避免建设资金浪费，纯地下车库则占地面积较大，基地压力较小，基坑开挖深度较深，土方量及钢筋混凝土用量较大。 本文通过对某住宅小区的初步设计文件进行结构优化设计分析，提出合理的优化方案，节约了大量的建设资金，充分说明结构优化设计的重要性。
1 项目概况及结构优化范围
某住宅小区规划建设基地内大部分用地地势平坦，规划用地范围周边环境优美，交通便利，地理位置十分优越。规划总用地面积约 57315 ㎡，总建筑 面 积 为 205170㎡，其中地上176416 ㎡， 地下 28754㎡，机动车位(地下车位) 519 辆。本次结构优化设计范围为 A、B、C号高层住宅楼，其中 A、B 号楼地上 18 层，地下一层，C 号楼地上 26 层，地下一层，住宅楼均为钢筋混凝土抗震墙结构，抗震等级为二级。
2 自然状况
2.1 基本风压：0.40 kN/㎡，(高层)
2.2 基本雪压： 0.20 kN/㎡
2.3 抗震设防类别：丙类建筑
2.4 地震参数地震设防烈度：8度建筑场地类别： II 类抗震分组： 第一组
2.5 地下水：地下稳定水位埋深 5.8～7.4m，属潜水类型，对钢筋及混凝土均不具腐蚀性。
2.6 黄土湿陷性：拟建场地属非自重湿陷性黄土场地，仅填土①层和黄土状土②层局部具弱湿陷性。
2.7 地裂缝：由于地裂缝距拟建场地较远，可以不考虑地裂缝对拟建建筑的影响。
3 结构优化设计的缘由及目的
本工程已由外地设计院完成初步设计，应业主的邀请， 对 A、B、C 三幢楼进行结构优化，优化内容为地基基础及上部结构，通过优化设计，使该项目的结构设计适应本地的具体情况，并在保证结构安全、满足相关设计规范的前提下达到节约建设资金的目的。 结构优化成果提交给业主，供业主委托的设计公司在施工图设计时参考使用。
4 上部结构优化设计内容
4.1 初步设计中上部结构存在问题：
按照《〈高规〉》第 4.6.3 条第一款规定，抗震墙结构层间最大位移角的限值为 1/1000，第 3.3.13 条规定，结构各楼层最小剪重比为3.2%。 这意味着层间最大位移角越接近 1/1000，结构各楼层最小剪重比越接近 3.2%， 则上部结构在满足规范的基础上越节省钢筋混凝土用量，初步设计文件中 A、B 号楼上部结构计算结果显示上部结构刚度偏大，钢筋混凝土用量偏大，应适当减小结构刚度，使层间最大位移角在 1/1200 左右比较合适。
4.2．上部结构优化方法：
抗震墙的优化 ：A、B 号楼初步设计中剪力墙布置存在墙数量偏多、长度过长、墙厚偏厚（地下室为300mm, 一、二层 250mm， 三层以上外墙250mm, 内 墙200mm）、连梁截面高度较高（750mm）的问题，使得上部结构刚度较大，结构优化后地下室剪力墙为250mm（防护密闭门处为300mm）, 地 上结构剪力墙数量及长度适当减少，墙厚除楼电梯间因建筑功能原因局部为 250mm 外，其余均为200mm,部分连梁截面高度(750mm)恢复为正常高度（400mm）；C 号楼初步设计剪力墙厚为地下室300mm,一～十层 250mm，十层以上200mm， 优化后地下室剪力墙为250mm（防护密闭门处为 300mm），地上剪力墙厚除楼电梯间因建筑功能原因局部为 250mm 外， 其余均为 200mm。 最多底部加强区 1～3层墙厚取 250mm。
楼板厚度优化：初步设计文件中六级人民防空地下室顶板厚度取 180mm，不满足《人民防空地下室设计规范》第 4.7.2 条规定，人防地下室顶板最小厚度为 200mm；二～十六层 3.9m 跨板板厚 130mm偏 厚， 连续板板厚取 l/40， 即110mm 即可 ；按 《高规 》第 4.5.5 条规定，屋面板厚度取 130mm 即可，无需 150mm 厚。
上部结构优化后的效果：A、B、C 号楼墙厚的减少及减薄，板厚的适当减薄，不但使住户获得了较大的使用面积和较高的房间净高，节约了上部结构造价，而且减轻了结构自重，进而节约了地基基础的造价。
4 A、B、C 号楼地基基础优化方案：
4.1 A、B 号楼初步设计中地基处理存在的问题：
A、B 号楼地上 18层， 地下一层，±0.000 相当于绝对标高403.08m，基底标高-6.85m，原设计地基处理采用 CFG 桩复合地基，满堂布桩方案，并在基础外也布置了 2～3 排， 桩桩径 400mm，桩距1350mm，桩长 12m，复合地基承载力特征值要求 360kPa。错误要求桩端进入筏板 50mm， 桩顶未设碎石褥垫层。C 号楼原设计为泥浆护壁泵吸反循环钻孔灌注桩，桩径700mm， 桩长 30m， 单桩承载力特征值为 2200kN。 单桩造价偏高而承载力则较低，造成地基方案性价比不高。
4.2 A、B 号楼地基处理优化方案：
根据第 9.2.1 条，CFG 桩只需布置在基础范围内，基础范围之外无需布置，因此基础外布桩可以取消。CFG 桩长建议由 12m 改为 15m,桩端穿过承载能力较低的 3-2 层黄土,落至承载能力较高的 3-3 层中砂层，桩距则取 1.6m×1.6m 正方形布置，因基地压力较小，复合地基承载力特征值取 300kPa 即可，无需 360kPa。 另外，由于高层主楼之间设有较大的地下车库,复合地基作深度修正时,应考虑《建筑地基基础设计规范》 第 9.2.4 条及条文说明内容。
A、B 号楼 CFG 桩复合地基褥垫层：CFG 桩顶应设 150～300mm厚碎石褥垫层，CFG 桩桩顶无需进入承台 50mm（见第 9.2.3 条）。
4.3 C 号楼地基基础优化方案比较：
4.3.1 CFG 复合地基优化方案：
CFG 桩复合地基与基础造价与优化后的灌注桩基相比，节约造价约 30%，且施工速度快， 施工现场文明、干净 经过我们计算，C 号楼采用CFG 桩复合地基是可行的，CFG 桩桩径 400mm，桩长 15m,桩端置于④层土, 桩距 1.4mx1.2m 梅花形布置，只在基础范围内布置 CFG 桩。复合地基承载力特征值取400kPa。
4.3.2 灌注桩基优化方案：
针对本工程地质特点和地区工程经验，建议采用单价较低的泥浆护壁正循环钻孔灌注桩，并配以桩侧、桩端复式压浆以提高桩身质量，提高承载力。按照工程经验和已积累的试桩资料，采用桩径 600mm、 桩长 22m 即可达到单桩承载力特征值 2200KN的要求