某地下室結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

汪鈞榮,劉志榮

(1.杭州貝邸歐建筑設(shè)計(jì)咨詢有限公司,浙江 杭州 310021；2.杭州杰優(yōu)建筑設(shè)計(jì)咨詢有限公司,浙江 杭州 310052)

?

某地下室結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

汪鈞榮1,劉志榮2

(1.杭州貝邸歐建筑設(shè)計(jì)咨詢有限公司,浙江 杭州 310021；2.杭州杰優(yōu)建筑設(shè)計(jì)咨詢有限公司,浙江 杭州 310052)

現(xiàn)有住宅小區(qū)和商業(yè)建筑一般設(shè)有一層或多層地下室,如何設(shè)計(jì)一個(gè)既安全又經(jīng)濟(jì)的地下室一直是設(shè)計(jì)人員較為關(guān)心的問題,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該對(duì)地下室梁板結(jié)構(gòu)作不同方案的比選。今結(jié)合某工程地下室的設(shè)計(jì)實(shí)例,對(duì)地下室頂板荷載取值、無梁底板、大板樓蓋頂板、地下室外墻等,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)提出如何優(yōu)化的建議。

地下室；大板樓蓋頂板；無梁底板

1　工程概況

項(xiàng)目位于安徽省滁州市。該工程由22棟住宅樓及地下室、幼兒園和社區(qū)配套商業(yè)用房組成。工程所在地為6度區(qū),地震加速度為0.05g,Ⅱ類場(chǎng)地,地震分組為第2組,特征周期為0.40s,50年一遇的基本風(fēng)壓為0.35kN/m,雪壓為0.50kN/m,地面粗糙度為B類,基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí);場(chǎng)地地下水抗浮設(shè)防水位采用地下室室外地坪以下0.8m。地下室頂板覆土厚度為1.3m,地下室層高為4m,整個(gè)場(chǎng)地平面呈北低南高的狀態(tài)。

地下室挖深范圍內(nèi)土層為第①層填土、第②層粉質(zhì)黏土、第②1層粉質(zhì)黏土。其中第②層粉質(zhì)黏土承載力特征值為125kPa,第②1層粉質(zhì)黏土承載力特征值為70kPa。

地下室抗浮水位的取值,地勘報(bào)告提供的意見為室外地坪以下0.8m,由于整個(gè)場(chǎng)地呈北低南高的狀態(tài),而且場(chǎng)地周邊道路更低,所以抗浮水位可取項(xiàng)目北面主要入口處的地坪標(biāo)高以下0.8m的位置?？垢∷蝗≈档母叩蛯?duì)地下室底板和外墻的厚度及配筋影響是巨大的,一定要慎重考慮。

2　地下室頂板的荷載取值

首先消防車荷載應(yīng)嚴(yán)格按荷載規(guī)范附錄B中考慮覆土影響的折減系數(shù),在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)不能考慮消防車荷載,消防車荷載的布置范圍要嚴(yán)格按消防車道布置,不可以隨意擴(kuò)大布置范圍[1]。地下室頂板有覆土處活荷載(非消防車道處)根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB50009—2012)》第5.5.1條及其條文說明，《建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)技術(shù)措施》第2.0.3條,頂板活荷載取4.0kN/m2,許多設(shè)計(jì)人員頂板活荷載(非消防車道處)在考慮覆土重量后再附加10.0kN/m2的施工荷載不經(jīng)濟(jì)。

3　地下室基礎(chǔ)底板方案確定

首先考慮到基底范圍內(nèi)土質(zhì)分布不均勻,有②層粉質(zhì)黏土和②1層粉質(zhì)黏土,其中②1層土承載力太差,無法采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。結(jié)合施工進(jìn)度和地質(zhì)情況最終選擇預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ),管樁為PHC400A95 ,有效樁長13m,單樁豎向抗壓承載力特征值根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)靜載荷實(shí)驗(yàn)確定為1 150kN。

方案一：考慮常規(guī)設(shè)計(jì)思路,采用“承臺(tái)+地梁+防水板”方案,用PKPM軟件中JCCAD模塊進(jìn)行計(jì)算,取最大的柱網(wǎng)(6.6m×7.7m)處5×5跨進(jìn)行試算,得出結(jié)果為：三樁承臺(tái)(1 000mm厚)+地梁(截面為350mm×900mm)+350mm厚底板,并采用倒樓蓋設(shè)計(jì)進(jìn)行復(fù)核計(jì)算,設(shè)計(jì)結(jié)果見圖1。

方案二：通過方案一的計(jì)算得知底板厚度要取到350mm,可以考慮充分利用厚板的彈性變形能力,取消地梁,采用“承臺(tái)+防水板”方案[2]。用PKPM軟件的SLABCAD模塊,取相同位置進(jìn)行無梁樓蓋試算,柱帽采用矩形便于受力分析,平面尺寸為2 600mm×2 800mm,厚度為1 000mm。得出結(jié)果為：板配筋大部分與方案一相同,在板與承臺(tái)的交接位置需要增設(shè)部分鋼筋。最后還采用盈建科YJK軟件的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行了對(duì)比計(jì)算,結(jié)果與SLABCAD基本一致。設(shè)計(jì)結(jié)果見圖2。

圖1　方案一：承臺(tái)+地梁+防水板

圖2　方案二：承臺(tái)+防水板

構(gòu)件方案一鋼筋量/t混凝土量/m3方案二鋼筋量/t混凝土量/m3基礎(chǔ)梁086536600承臺(tái)0236200405473防水板1656179513541795合計(jì)2757236117592268

注：取6.6m×7.7m板跨內(nèi)進(jìn)行比較。

由以上對(duì)比可知,方案二無論是含鋼量還是含混凝土量均占有明顯的優(yōu)勢(shì),而且方案二因?yàn)闆]有基礎(chǔ)梁,將大幅度減少土方開挖量及模板用量,進(jìn)一步縮短了施工周期。所以底板方案選擇方案二：“承臺(tái)+防水板”方案。

4　地下室頂板的方案選擇

根據(jù)地下室頂板板厚、荷載,滿足凈空要求的最大梁高等條件,進(jìn)行井字梁、十字梁、單向板、大板樓蓋、無梁樓蓋、預(yù)應(yīng)力等多種頂板結(jié)構(gòu)方案的比較?？紤]到《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ3—2010)》第3.6.3條規(guī)定作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的地下室樓層的頂樓蓋應(yīng)采用梁板結(jié)構(gòu)，再由于《地下工程防水技術(shù)規(guī)范(GB50108—2008)》第4.1.7 條規(guī)定防水混凝土結(jié)構(gòu)厚度不應(yīng)小于250mm。則大板樓蓋體系更為節(jié)省,因沒有次梁施工更方便，所以大板樓蓋體系為最優(yōu)結(jié)構(gòu)方案。

5　地下室外墻設(shè)計(jì)

地下室外墻設(shè)計(jì)時(shí)要選擇合理的計(jì)算簡(jiǎn)圖,當(dāng)?shù)叵率沂┕げ捎米o(hù)坡或連續(xù)墻支護(hù)時(shí),外墻土壓力計(jì)算中,可以考慮基坑支護(hù)與地下室外墻的共同作用,按靜止土壓力乘以折減系數(shù)0.66近似計(jì)算(靜止土壓力系數(shù)Ka=0.5×0.66=0.33),對(duì)墻體厚度及配筋的優(yōu)化有一定的影響[3]。 墻與基礎(chǔ)底、頂板及樓板交界處不設(shè)置基礎(chǔ)梁及暗梁,減少配筋量。

本工程通過不同方案的比選,并在構(gòu)造細(xì)節(jié)上進(jìn)行精選,節(jié)約了用鋼量,降低了施工難度,取得了經(jīng)濟(jì)合理、施工方便的良好效果。

6　結(jié)　語

由于地下室造價(jià)占整個(gè)項(xiàng)目造價(jià)的比重也相當(dāng)大,所以設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)地下室的結(jié)構(gòu)選型和優(yōu)化設(shè)計(jì)非常重要,在方案階段就應(yīng)該因地制宜地對(duì)多個(gè)方案進(jìn)行詳細(xì)的比較、論證,選出最優(yōu)方案。值得注意的是,最優(yōu)方案不是一成不變的,關(guān)鍵在于要熟悉各種方案的特點(diǎn),選出最經(jīng)濟(jì)最合適的方案。

[1]姜學(xué)詩.建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)文件審查常見問題分析[M]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009.

[2]鄒齊,傅學(xué)怡.鋼筋混凝土帶承臺(tái)柱帽無梁筏板在地下室底板中的應(yīng)用[C]∥第十八屆全國高層建筑結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)會(huì)議論文. 重慶：中國建筑科學(xué)研究院,2004:89-93.

[3]程懋堃,吳學(xué)敏,汪大綏,等.全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施(地基與基礎(chǔ))[M].2009版.北京:中國計(jì)劃出版社,2010.

Optimum Design of a Basement Structure

WANG Junrong1, LIU Zhirong2

2016-05-16

汪鈞榮(1983—),男,安徽黃山人,工程師,從事建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化工作。

TU

B