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摘要：结构合理性关系到建筑的安全可靠性，本文根据工程案例，对高层住宅的桩型选择及上部结构的设计优化提出一些建议，供同行借鉴参考。
关键词：高层住宅；桩型选择；结构优化
前言
高层结构在设计时通过加大混凝土强度等级与减少墙厚取得不错的经济效益。由此可以看出，在高层建筑的结构设计的重点是减小结构自重，使用高强混凝土，降低钢筋用量。而本项目的层数多，高宽比较大，导致剪力墙布置较多，在经济性和使用上会有一定的影响。
一、工程概况
某高层住宅项目总面积3.7万m2，其中1#和2#楼的建筑结构设计基本相同，都是采用剪力墙结构。墙下最大荷载约为3500KN/m；附属裙房及地下室采用框架结构，其中2#楼的建筑标准层平面及剖面如图1、图2所示。
二、场地概况及基础设计
（1）场地地质情况
场地所处地貌类型为长江冲积平原一级阶地，河漫滩单元。地基土共分为7层，自上而下分别为①杂填土、②淤泥质粉质粘土夹粉土、③粉质粘土、④1全风化安山质凝灰岩、④2强风化安山质凝灰岩、④3-1强风化～中风化安山质凝灰岩和④3-2中风化安山质凝灰岩。①、②层土性质较差，厚度约5～10m，③层土相对较好，④层为全风化～中风化岩石。场地典型土层剖面如图2所示。
（2）桩型选择
目前高层建筑的桩基使用中最常见的主要有钻孔灌注桩、预应力管桩、人工挖孔桩等。
钻孔灌注桩对周围环境要求低，对邻近建筑及管线的影响小，场地适应性好，成桩可行性高，单桩承载力高。但由于采用现场砼的地下浇筑，成桩质量难以控制，桩底沉渣厚度的控制要求高。
预应力管桩在工厂预制，桩身质量及成桩质量容易保证，其摩阻力和端承力均比灌注桩大，施工方便工期短，经济性较好。但当场地有侧阻力较大的砂土层时预制桩沉桩较为困难，且管桩施工时挤土效应明显对周边环境有较大影响。
人工挖孔桩施工设备简单，施工时没有挤土效应，无噪音和泥浆污染，对孔底易清除干净。但施工时应注意工人安全，避免流沙、塌孔、缺氧、触电和上面掉下重物危险而造成伤亡事故。考虑到安全等原因挖孔桩桩长一般不超过20m，只适用于基岩埋藏较浅的情况。
高层住宅剪力墙下最大荷载约3500KN/m，为满足规范对桩间距的要求和布桩的合理性，要求较大的单桩承载力，再考虑到中风化层埋深基本在20m以上，我们在高层下面采用了钻孔灌注桩。钻孔桩直径800，以④3-2中风化安山质凝灰岩作为持力层，桩长约25m，承载力特征值4900kN。
地下室柱子柱底轴力约2000～3000kN，柱底所受浮力约4000kN左右，受力基本上以抗浮为主。考虑到以抗浮为主、压力较小的受力特点，我们用筏板基础承受柱子传来的压力，以②淤泥质粉质粘土夹粉土为持力层，筏板厚400并在柱底加柱墩加强；用侧阻力相对较大的预应力管桩抗拔，直径600，以④ 1全风化安山质凝灰岩为持力层。
本工程中使用了灌注桩和预应力管桩两种桩型，在施工中应注意先施工管桩后施工灌注桩，避免产生管桩挤土效应的不利影响。
（3）基础设计
高层结构结构高度高，内部剪力墙间距近、墙下荷载大，针对这一特点，我们在高层采用桩筏基础，墙下为一大筏板，桩尽可能布置在墙下（不要在墙柱的近距离布置，否则冲切不容易过）。2#楼桩布置及筏板见图3。根据统计42栋剪力墙住宅得到筏板厚度经验规律：140m剪力墙住宅筏板厚度为31~33mm/层。筏板厚度确定为2300，由冲切控制；筏板配筋根据JCCAD有限元计算结果配筋。
（2）结构计算结果
本工程采用SATWE软件对项目中的高层结构进行弹性分析。其中2#楼结构前7阶自震周期及阵型系数如表1所示。第一扭转周期Tt与第一平动周期T1的比值为0.76满足《高规》中的相关要求。
地震作用下2#楼结构侧向位移和位移角分布如图6、图7所示。从图中可看到结构没有位移突变，Y向（弱向）位移为典型的弯曲型，反映了结构大高宽比的特性。2#楼结构各工况下位移、位移角、位移比见表2。从表中可见结构位移由风荷载控制，Y向风荷载作用下最大位移1/1061。
（3）对结构优化
本项目中高层结构原设计墙厚200～400，混凝土强度等级C30～40；后来在进一步的设计中将混凝土强度等级提高到C30～50、墙厚减小到200～300；优化后节约了墙的混凝土及钢筋用量，减小了墙下荷载，取得了很好的经济效应。
在施工图阶段，对剪力墙的布置进行了优化，尽可能将错位的剪力墙对齐，分散剪力墙的布置（削弱核心筒，增加周边刚度），合理确定墙长度，选择长度适宜的剪力墙，并且尽可能多的使用L型，T型，避免使用一字墙。大幅优化了造价，使得结构更加合理。
四、结语
综上所述，我们结合场地情况，根据不同桩型的特点，选择了钻孔灌注桩作为高层的基础，选择管桩作为地下室基础。小区高层采用全剪力墙结构，经过SATWE软件的计算分析表明本工程在高度接近规范限值的情况下，结构具有有足够的刚度和延性，能满足规范的要求。
参考文献：
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[4]JGJ3―2010高层建筑混凝土结构技术规程》.
[5]广东省建筑设计研究院《结构优化设计》资料.
论文作者:杨丹宁
论文发表刊物:《基层建设》2016年7期
论文发表时间:2016/7/6
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