城市綜合體地下室結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

曾珂

摘 ? ?要：本文針對(duì)城市綜合體地下室結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，結(jié)合工程實(shí)例，從地下室主要構(gòu)件確定、荷載取值設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)選型設(shè)計(jì)、嵌固層選擇四個(gè)方面分析了具體的優(yōu)化設(shè)計(jì)思路。分析結(jié)果表明，綜合體地下室結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度較大，為保證設(shè)計(jì)效果，需要從多個(gè)方面同時(shí)入手，才能在保證設(shè)計(jì)效果的基礎(chǔ)上，降低建設(shè)成本，獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益，值得高度重視。

關(guān)鍵詞：城市綜合體;地下室結(jié)構(gòu);主要構(gòu)件;荷載取值

1 ?引言

針對(duì)現(xiàn)代化建筑工程對(duì)使用功能多樣化的需求，城市綜合體建筑工程越來(lái)越多，和單一建筑工程相比，綜合體建筑工程通常帶有較大規(guī)模的地下室，當(dāng)做停車(chē)庫(kù)、設(shè)備用房、人防等。其結(jié)構(gòu)功能非常復(fù)雜，且荷載也比較大。地下室建筑成本比較高，對(duì)城市綜合體地下室結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，可有效降低施工難度和施工成本，獲得更多效益。

2 ?工程概述

某城市綜合體，由4棟主樓共同組成，包括：22層、26層、20層，1棟裙房。地層上部結(jié)構(gòu)和主樓結(jié)構(gòu)相互分離，地上建筑面積為12.6萬(wàn)平方米，地下建筑面積5.2萬(wàn)平方米，地下室結(jié)構(gòu)共兩層，高層分別是4.6m和4.4m。該城市綜合體地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年，安全等級(jí)為二級(jí)，基本風(fēng)壓為0.4kN/m2，基本雪壓為0.65kN/m2，抗震設(shè)防烈度為為7度，最大地震影響系數(shù)為0.08。

3 ?城市綜合體地下室結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 ?地下室主要構(gòu)件確定

本城市綜合體地下室結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，涉及到的構(gòu)件也比較多，為提升設(shè)計(jì)效果，需要對(duì)每個(gè)構(gòu)件進(jìn)行全面系統(tǒng)的優(yōu)化選擇設(shè)計(jì)，主要包括以下內(nèi)容：

第一，柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)確定。柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)要嚴(yán)格按照城市綜合體的具體使用功能合理布置，就地下室規(guī)模比較大，和塔樓成45°夾角布置，因此，地下車(chē)位、人防、設(shè)備用房等結(jié)構(gòu)的布置比較緊湊。為更加科學(xué)的優(yōu)化的車(chē)位位置，柱網(wǎng)采用了兩種扁柱結(jié)構(gòu)，一種是400×700扁柱，另一種是500×600扁柱，柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)開(kāi)間為7900mm，具體的進(jìn)深尺寸，按照車(chē)位情況合理決定，通過(guò)此種優(yōu)化設(shè)計(jì)后，在地下室長(zhǎng)方向，可設(shè)置2個(gè)車(chē)位。

第二，頂板厚度確定。按照城市綜合體地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求，普通地下室頂板厚度不能低于160mm，如果在頂板上做嵌固端，則頂板厚度不能小于180mm，人防部位的頂板厚度不能低于200mm。本工程為地下室覆土厚度較大，同時(shí)需要滿足消防車(chē)荷載、人防荷載、預(yù)計(jì)施工堆載等的要求。結(jié)合過(guò)往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，該地下室結(jié)構(gòu)內(nèi)部分頂頂板的取值為180mm厚，外露部分取是200mm，且板配筋率要高于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的0.3%做加強(qiáng)設(shè)計(jì)。

第三，側(cè)壁厚度。在城市綜合體地下室結(jié)構(gòu)側(cè)壁設(shè)計(jì)時(shí)，既要滿足土壓力、水壓力、人防荷載承載力的需求，還要滿足人防地板、頂板鋼筋錨入側(cè)壁的要求，因此，側(cè)壁設(shè)計(jì)厚度不能低于350mm。

第四，梁截面。城市綜合體地下室結(jié)構(gòu)布梁方式通常有兩種，一種是單向布梁，另一種是雙向布梁。單向布梁半跨為大約為2.7m，且主跨梁截面積配筋略大于次跨。雙向布梁時(shí)梁跨大約為4.0m，截面配筋大致相同。如果僅從成本的角度來(lái)看，二者的成本基本相同。但單向布梁采用的板筋比較少，且施工更加靈活邊界。因此，本工程采用了單向布梁。但柱截面的寬度為400mm，如果按照常規(guī)設(shè)計(jì)梁截面高度較大，會(huì)抵消掉部分凈高，為解決這一問(wèn)題，在消防車(chē)通道設(shè)計(jì)時(shí)，主方向梁截面設(shè)計(jì)為700×900，次方向400×800。無(wú)消防車(chē)位置，主方向梁截面設(shè)計(jì)為600×900，次方向300×800。

3.2 ?荷載取值優(yōu)化設(shè)計(jì)

荷載取值優(yōu)化設(shè)計(jì)是城市綜合體地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，其優(yōu)化設(shè)計(jì)效果，直接決定了整個(gè)地下室工程結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量及使用的安全性。因此，本工程在地下室結(jié)構(gòu)荷載取值優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)從兩個(gè)方面入手，取得了良好效果。

第一，地下室頂板荷載取值優(yōu)化設(shè)計(jì)。按照城市綜合體地下室結(jié)構(gòu)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，覆土重度需要結(jié)合地下室結(jié)構(gòu)有利或者不利的狀態(tài)，合理選取上限值和下限值，其中抗壓工況不能低于20kN/m?，抗浮工況不能低于16kN/m?。本工程所地下室底板標(biāo)高為23.9m，頂板覆土厚度字0.4m～2.0m之間，因此，為滿足設(shè)計(jì)要求，頂板附加恒荷的取值要控制在6.0km/m2～38kN/m2之間。按照城市綜合體地下室結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范的要求，消防通道和消防登高位置設(shè)計(jì)時(shí)，必須綜合考慮消防車(chē)荷載荷載，同時(shí)嚴(yán)格按照覆土厚度合理折減，而其余位置的活荷載取值選擇施工荷載和使用荷載的較大值，本工程地下室頂板荷載取值為5.0kN/m2。此外，在基礎(chǔ)荷載設(shè)計(jì)時(shí)，無(wú)需考慮消防車(chē)荷載，只要頂部荷載大于5.0kN/m2即可。

第二，地下1層樓板荷載取值。本工程樓面附加恒荷載的取值為2.0kN/m2，按照抗浮計(jì)算模型確定，為提升城市綜合體地下室結(jié)構(gòu)的承載力，抗浮荷載的偏安全取值為1.5kN/m2。變電所活荷載不能低于10kN/m2，用電機(jī)房活荷載取值不能低于7.0kN/m2。

3.3 ?基礎(chǔ)選型優(yōu)化設(shè)計(jì)

在城市綜合體地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，需要綜合分析地質(zhì)勘探報(bào)告，本工程土層分布變化范圍較大，可劃分為四個(gè)區(qū)域，各土層承載力如表1所示。

在基礎(chǔ)選項(xiàng)優(yōu)化中，需要按照基礎(chǔ)承載力和調(diào)平原則合理優(yōu)化，比如：本工程22層主建筑工程位于1區(qū)，按照地基承載力的要求，可選擇平板式筏型基礎(chǔ)。26層、20層建筑工程位于3區(qū)，為保證施工質(zhì)量，可采取樁筏基礎(chǔ)。裙樓和地下室結(jié)構(gòu)，可采用相對(duì)獨(dú)立的基礎(chǔ)加防水板。地下室結(jié)構(gòu)外墻基礎(chǔ)可采用條形技術(shù)，獨(dú)立基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)需要根據(jù)所處實(shí)際范圍，采取土層基礎(chǔ)，降低土方開(kāi)挖量和地基處理工作量。

3.4 ?嵌固層優(yōu)化設(shè)計(jì)

從嵌固層的概念來(lái)看，分為兩種嵌固形式，其一是力學(xué)嵌固，指的是完全剛性的固定，固定點(diǎn)無(wú)法移動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)完全約束。其二是強(qiáng)度嵌固，柱的塑像絞可出現(xiàn)在地下一層的下方，并不出現(xiàn)在梁柱節(jié)點(diǎn)的兩側(cè)。本工程地下室結(jié)構(gòu)內(nèi)外層高差是1.2m，并且定下是頂板不連接，使得錯(cuò)層梁無(wú)法有效傳遞水平剪力。塔樓周邊也存在地下車(chē)道引起的樓板局部開(kāi)大洞，無(wú)法滿足頂板嵌固的具體要求。并且塔樓首層高度為5.0m，地下室層高約6.0m。雖然本工程在塔樓周?chē)O(shè)置了人防墻、水池壁等，但這些結(jié)構(gòu)大多布置在地下室北側(cè)，和上部結(jié)構(gòu)不連續(xù)，受力結(jié)構(gòu)分布不均勻。難以滿足下一層比上一層高度大2倍的需求。為解決這一問(wèn)題，本工程在嵌固層選擇時(shí)，以地下室地板為上部結(jié)構(gòu)嵌固層，由于地下室厚頂板和側(cè)壁外填土剛度也真實(shí)存在，如果只是按照地板嵌固層設(shè)計(jì)，則可能會(huì)發(fā)生首層柱配筋偏小的問(wèn)題。因此，在具體設(shè)計(jì)中采用了頂板、底板兩種嵌固端包絡(luò)設(shè)計(jì)方法。通過(guò)方法配筋的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)嵌固目標(biāo)。

4 ?結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文結(jié)合工程實(shí)例，分析了城市綜合體地下室結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，分析結(jié)果表明，和單一建筑工程的地下室結(jié)構(gòu)相比，城市綜合體地下室結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，涉及到的內(nèi)容更多，為保證設(shè)計(jì)效果，需要結(jié)合工程特性、地質(zhì)條件、地下室使用性能等合理優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，保證設(shè)計(jì)效果，降低施工難度和成本。

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