西安某高层建筑结构设计实例分析

【摘要】：某高层地基为湿陷性黄土地基，采用预应力管桩，主楼为框架核心筒结构。通过设置后浇带、桁架转换、管桩穿越等措施解决了结构超长、转换以及湿陷性黄土地基等问题，是结构满足相关规范要求。

【关键词】：抗震；湿陷性；沉降；转换；扭转效应

1.工程概况

该项目位于西安市，主楼27层，高度99.80m；裙楼6层，两层地下室，负二层为机械停车库，局部为核六级人防，建筑宽50m，长100m，为钢筋混凝土框架核心筒结构。本工程位于8度抗震设防区，建筑物的抗震设防类别均属丙类，地震作用和抗震措施均按8度设防。

2.基础设计

2.1地基土构成及特性

据勘察揭露，场地地貌单元属于黄土梁洼，拟建场地十层层位稳定，分布连续，地基均匀性较好，属于均匀地基，勘察结果显示勘察范围内地层共16层，其中②、③、④、-1层黄土为自重湿陷性黄土，地基湿陷等级为II类(中等湿陷性)。

各层地基土承载力特征值如表1：

勘察期间，各勘察点均见到地下水，测得地下水稳定水位深度为13.00～14.70m，建筑场地类别为II类，地基基础设计等级为乙级。

2.2地基基础方案

本工程位于西安市，标准冻深60cm，由于本工程地下室埋深达10.50m，可不考虑冻胀影响，但工程所在场地13m深度范围内的黄十层为湿陷性黄土，基础设计需要考虑对湿陷性黄土层的处理，结合当地经验，基础形式有两种选择：灰土垫层置换和预应力管桩穿越湿陷性黄土。

由于本工程地下室埋深10.5m，而湿陷性黄土深度为13.0m，最初考虑为换七置换，经计算，处理后的地基承载力修正后为360kPa，可满足高层部分承载力要求，但裙楼和塔楼沉降差较大，塔楼部分沉降达176mm，裙房沉降仅36mm，需要设置沉降后浇带，且底板预留高差很难控制。难以满足塔楼裙楼不设置沉降缝的要求。

第二种方式是采用预应力管桩穿越湿陷性黄土，拟用①500厚壁管桩，塔楼持力层选于11层，单桩承载力特征值2300kN，裙楼持力层选于5层，单桩承载力特征值800kN。采用桩基能很好的控制沉降差，采用桩基后，粗算塔楼沉降32～41mm，裙房沉降在26--一32mm，可以很好的控制沉降差，且比较接近该区域既有高层的经验沉降。

经过经济技术对比发现，采用预应力管桩基础和换填置换的成本差别不大，究其主要原因为换土置换增加了开挖深度，使基坑支护增加了支护桩的长度和密度，同时增加一道锚索使起工程造价增加较大，故本工程最后采用了预应力管桩穿越湿陷土的基础形式。

2.3沉降控制基坑支护

本工程核心筒沉降采用等效作用分层总和法计算，中核心筒下承台面积Ac=138.12m2；核心筒总重Gk=IOOMN；Pk=728.83kPa；Pc=8.0×15.50+2.4 X 17.5=166kPa；附加压力P0=562.83kPa，Ψe=0.239，沉降计算深度：Zn=20m；S=Ψ×Ψe×S’=0.239×0.64×268.22=40.96mm。通力计算左侧核心筒沉降S=35.98mm，右侧核心筒沉降S=38.96mm。根据西安市的沉降观测资料，同类建筑物的沉降量一般为30～50mm，与计算结果一致。

拟建场地原状地面高程427.94——429.92m，基坑开挖深度-10.50m，坑壁主要由①层素填土、②层黄土、③层古土壤组成，基坑采用Φ600排桩+预应力锚杆，两道锚索，由于场地地下水埋深13.0，——14.7m，大于基础深度，不考虑降水问题。

3.主体结构

3.1抗震体系

本工程由塔楼和裙房组成，塔楼27层，层高3.25米，裙房6层，层高5m，塔楼为办公及酒店客房，由于建筑功能要求，走廊通道要求净高2.6m，考虑到设备管线主要集中在走廊布置，故结构采用无梁厚板的结构形式，这是外围框架部分和抗震核心筒的连接较弱，是塔楼整体刚度下降明显，侧移较大，在结构设计过程中，经与建筑、设备协调，本工程将两侧电梯及楼梯围合形成筒体，在一字型塔楼中形成左中右并排三个简体作为主抗震构件，外围框架与筒体通过200厚板连接。经过计算分析，结构整体计算结构满足规范要求，且结果十分理想，主要指标详见表2。

3.2大跨度桁架

本工程裙房部分在宴会大厅上设置了游泳池，形成了25.5m跨度的大跨度结构，最初设计是采用单向预应力大梁，由于宴会厅抽柱后，使该部分抗侧移刚度