摘要：高層建筑的高寬比，是對結構剛度、整體穩定、承載能力和經濟合理性的宏觀控制。愛琴灣二期五區2#商住樓是該區的樓王項目，剪力墻結構，一梯兩戶，三十二層，高度98.500米，樓面的最小投影寬度為10.200m，高寬比達到9.6，遠超過高規不宜大于6的要求。本文將對該工程因高寬比超限所帶來的結構設計上的難題，如風荷載控制下的層間位移角控制、樁基礎設計等等以及其經濟性進行探討。

　　關鍵詞：高寬比,位移角,樁基礎,經濟性

　　1. 工程概況

　　本工程擬建場地位于中山市西區廣豐村。概況為地下一層為車庫，地上32層。地下室層高為4.9m，首層架空及部分用作配電房，2層~32層為住宅。首層層高為5.5m，2~32層層高為3.0m。高度為98.500m，建筑面積約10461 m²。本工程結構設計基準周期為50年，安全等級為二級，建筑抗震設防類別為丙類，地基基礎設計等級為甲級。位移計算時采用50年一遇風壓0.65kN/ m²，強度計算時采用100年一遇風壓0.75kN/ m²。抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.10g。場地土類別為Ⅲ類。標準層結構平面圖如圖一所示。

　　2. 高寬比確定

　　高層建筑的高寬比，是對結構剛度、整體穩定、承載能力和經濟合理性的宏觀控制。根據《高層建筑混凝土結構設計規程》JGJ3-2002第4.2.3條條文解釋“一般場合，可按所考慮方向的最小投影寬度計算高寬比，但對凸出建筑物平面很小的局部結構(如樓梯間、電梯間等)，一般不應包含在計算寬度內。”根據規范提供的方法，本工程高度為98.5m，最小投影寬度為10.2m，高寬比為98.5/10.2=9.6。

　　本工程高寬比超過《高層建筑混凝土結構設計規程》JGJ3-2002第4.2.3條表4.2.3-1抗震設防烈度為7度時，A級高度剪力墻結構高寬比不宜大于6的規定。因高寬比超過規范限值，因此，本工程在結構設計時應采取必要的加強措施。

　　3.結構設計

　　3.1結構選型

　　采用現澆鋼筋混凝土剪力墻結構，抗震等級為二級。

　　3.2 基礎選型

　　本工程采用高強預應力混凝土管樁，管樁外徑為D=500(壁厚125)，單樁豎向承載力特征值為2400KN，以強風化或中風化巖為持力層。

　　3.3 主要材料

　　混凝土強度等級。墻、柱：-1~5層為C50，6~10層為C45，11~15層為C40，16~20層為C35，21~25層為C30，26~32層為C25;梁、板：-1~20層為C30，11~天面層為C25。鋼筋采用普通鋼筋HPB235級、HRB335級、HRB400級。

　　3.4剪力墻厚度

　　由于高寬比較大，Y方向較“薄”，造成結構體系對Y方向風荷載敏感，因此需采取加大剪力墻厚度，增強Y方向結構剛度。本工程剪力墻少部分墻厚為250(如電梯筒及樓梯間)，其余大部分均為300厚。

　　4.結構分析計算

　　主要輸入的計算參數：中梁剛度增大系數1.8，連梁剛度折減系數0.8，周期折減系數0.9，考慮雙向地震作用，考慮偶然偏心，計算振型數21。采用中國建筑科學研究院PKPM系列SATWE軟件進行計算分析。

　　4.1結構整體抗傾覆驗算結果

　　從結果可以看出，由于Y方向較“薄”，造成Y風荷載作用時所產生的傾覆力矩遠大于X風荷載及地震力產生的傾覆力矩，分別為X風的2倍、X地震的1.5倍、Y地震的1.6倍。

　　4.2結構整體穩定驗算結果

　　X向剛重比 EJd/GH**2= 7.24

　　Y向剛重比 EJd/GH**2= 5.15

　　該結構剛重比EJd/GH**2大于1.4,能夠通過高規(5.4.4)的整體穩定驗算

　　該結構剛重比EJd/GH**2大于2.7,可以不考慮重力二階效應

　　4.3周期

　　周期、地震力與振型輸出文件

　　(VSS求解器)

　　地震作用最大的方向 = -89.554 (度)。

　　T3/T1=0.68<0.9，滿足規范要求。

　　4.4剪重比

　　Qx=1.62%，Qy=1.71%。均大于1.6%，滿足規范要求。

　　4.5有效質量系數

　　X 方向的有效質量系數: 99.90%

　　Y 方向的有效質量系數: 99.50%

　　均大于90%，滿足規范要求。

　　4.6考慮偶然偏心最大扭轉位移比

　　X方向1.27，Y方向1.19。

　　按廣東省《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ—2002)補充規定DBJ/T15-46-2005表3.3.1-2，屬Ⅰ類不規則。

　　4.7最大層間位移角

　　地震力作用：X方向為 1/1830，Y方向為1/1405。

　　風荷載作用：X方向為 1/2310，Y方向為1/851(有害位移所占比例為0.2%)。

　　根據廣東省《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ—2002)補充規定DBJ/T15-46-2005第3.5條“對于高度小于150m的剪力墻、筒中筒結構等彎曲型結構，當彎曲變形的影響明顯，某層層間有害位移角小于層間位移值的50%，該層層間位移角限值可放寬至1/800。”本工程Y方向風荷載控制時的位移角1/851<1/800，滿足規范要求。

　　4.8樁基礎設計

　　本工程采用PKPM系列JCCAD程序進行布樁、樁反力計算及承臺配筋。由于Y向風荷載產生較大的傾覆力矩，最大樁反力為Y向風荷載控制，且最終的配樁數量要多于根據D+L結果估算的配樁數量。下面以2-5軸2-C軸基礎J11-500為例進行分析。

　　該墻、柱D+L作用下的底部內力為19843KN。若配單樁承載力特征值為2400KN的D=500管樁，只需配9條樁。但實際上根據最大樁反力調整后的樁數為11條樁，配樁形式詳圖二。這是由于Y風控制時，結構在Y向兩側產生很大的傾覆彎矩造成的。從圖三可以看出，即使在外側配置了3條樁，依然有很大的樁反力，最大為2740。結果中的(14)表示第14種荷載組合。經查，第(14)組合為：SATWE標準 恒-風y+活，即Y向風荷載起主要控制。圖四為D+L組合反力，其外側三條樁最大反力僅為1977，遠小于圖三中外側最大的2740。

　　其余基礎，均用JCCAD程序進行布樁，并根據該程序計算出的最大樁反力進行調整。最大的樁反力小于或等于1.2*2400=2800KN。

　　4.高寬比超限結構的技術指標及經濟性比對

　　下面以本工程與相鄰棟1#樓(與本工程層數、高度、荷載、構造措施均相同)在技術指標及經濟性做比對。

　　注：布樁系數=(總樁數*單樁承載力特征值/結構總重量)。

　　由上表可以看出，相比于相鄰棟，本工程增加的工程造價主要有：

　　1.標準層墻柱面積百分比增加了35%，將會導致相應墻柱配筋量的增加。根據業主提供的資料，墻柱的含鋼量增加了約9Kg/m2。

　　2.布樁系數增加了23%，表示樁基礎的成本也相應增加了23%。

　　5. 結束語

　　高層建筑的高寬比，是對結構剛度、整體穩定、承載能力和經濟合理性的宏觀控制。從本工程設計的實際經驗來看,高寬比超限結構設計時可結合層間位移角、剪重比等計算指標對結構進行較精確的綜合分析和控制。建議具體可以采取以下措施:

　　( 1)嚴格控制層間位移角,并與規范最低要求相比。

　　( 2)進行結構整體抗傾覆及穩定驗算,控制基礎邊緣不出現負應力。

　　( 3)按各種標準組合工況對基礎樁反力進行驗算，使最大樁反力滿足規范要求。

　　( 4)適當加強結構的抗側構件剛度,確保結構的剪重比指標。

　　( 5)對剪力墻底部加強區、外邊緣柱等軸壓比進行控制,并有一定余量。

　　通過與本區相鄰棟的各指標對比，可以發現，高寬比超限結構無論是在墻柱含鋼量還是基礎造價上都有很大的增加，造成比較大的浪費。因此，建議在方案設計階段，應同業主和相關專業溝通，盡量避免出現高寬比超限結構。