荊州市景湖花園人防地下室結構方案設計優選

王擁軍 (荊州市城市規劃設計研究院,湖北 荊州 434000)

荊州市景湖花園人防地下室結構方案設計優選

王擁軍 (荊州市城市規劃設計研究院,湖北 荊州 434000)

以荊州市景湖花園人防工程的設計為實例，通過對梁板結構和有柱帽無梁樓蓋結構2種結構方案優化比選, 并進行技術經濟分析，闡明了有柱帽無梁樓蓋結構在人防地下室的應用優勢。實際施工證明了其正確性，可供同類工程借鑒。

人防地下室; 梁板結構；有柱帽無梁樓蓋結構

1 工程概況

湖北省荊州市景湖花園地下一層甲類人防地下室平時為汽車庫,戰時為核6級二等人員掩蔽所，防常規武器抗力級別為6級，防核武器抗力級別為6級, 建筑面積為2399m2,防護區面積為1998m2，為一個防護單元。地下室頂板標高-0.800，覆土800mm，底板標高-5.250,工程采用無梁樓蓋結構,梁板筏式基礎。抗震設防烈度為6°，設計基本地震加速度值為0.05g；設計地震分組為第1組。場地類別為II類建筑場地。勘探期間測得承壓地下水位埋深2.5～3.0m,歷史最高水位29.29m。地形地貌及土層分布—擬建場地土層分布自上而下是：1層為雜填土、2層為粉質粘土、3層為淤泥粉質粘土、4層為粉砂夾粘土、5層為粉細砂、5層為細砂、6層為細砂夾圓礫、7層為卵石。

2 結構方案設計優選

2.1結構選型

1)方案1:梁板結構 該方案傳力清晰，抗震性能好，技術成熟，應用廣泛，安全可靠。不足是梁高度大，影響使用空間，經濟性效益差。圖1為按梁板結構用PKPM軟件計算出來的梁板局部配筋圖。

圖1 按梁板結構用PKPM軟件計算出來的梁板局部配筋圖

2)方案2:有柱帽無梁樓蓋結構 該方案節省使用空間，板底平整，構造簡單，整體性好，建筑空間大，可有效地增加層高。采用無梁樓蓋體系建筑物的地震效應也要明顯小于層高較大的梁板結構體系的建筑物。在施工方面,采用無梁樓蓋結構體系的建筑物具有施工支模簡單，樓面鋼筋綁扎方便,設備安裝方便等優點,從而大大提高了施工速度。但無梁樓蓋結構體系也有其自身的缺點,由于取消了肋梁,使無梁樓蓋結構體系的抗彎剛度減小，撓度增大,柱子周邊的剪應力高度集中,可能會引起局部板的沖切破壞;側向剛度比較差,層數較少時可以設置板柱結構來抵抗水平荷載,當層數較多或要求抗震時,一般需要設剪力墻來增加側向剛度。圖2為按無梁樓蓋結構用Strat軟件計算出來的板局部配筋圖。

圖2 按無梁樓蓋結構用Strat軟件計算出來的板局部配筋圖

2.2經濟比較

取B,C軸交⑤,⑥軸范圍內的屋蓋板分析。有柱帽無梁樓蓋結構需混凝土用量24.3m3，三級鋼鋼筋用量2.8t；梁板結構需混凝土用量24.01m3，二級鋼筋用量2.7t，一級鋼0.026t。2種結構形式混凝土和鋼筋用量相當。因有柱帽無梁樓蓋結構在空間和施工速度方面的優勢，決定采用結構方案2。

3 部分結構詳細設計

圖3 地下室剖面圖

3.1抗浮驗算

由于該工程是地下一層地下室且地下水位埋深較淺, 所以地下室抗浮驗算尤為重要。由于地質報告未提供抗浮設防水位，按《全國民用建筑工程設計技術措施》7.1.4條,抗浮設防水位可采用豐水期最高水位確定。根據地質報告，歷史最高水位為29.29m,又根據建筑總平面，室外地面設計標高29.90m，所以抗浮設防水位取室外地面以下0.6m考慮。該工程按照《全國民用建筑工程設計技術措施》的抗浮驗算公式進行抗浮驗算：

G/S>K

式中，G為結構自重及其上作用的永久荷載標準值的總和；S為地下水對建筑物托力標準值；K為安全系數，取1.05。地下室剖面如圖3所示。

每平米頂板覆土重和自重標準值分別為：

0.8m×20kN/m3=16kN/m20.45m×25kN/m3=11.25kN/m2

每平米底板自重荷載和覆土重標準值分別為:

0.5m×25kN/m3=12.5kN/m21.1m×18kN/m3=19.8kN/m2

每平米結構自重及其上作用的永久荷載標準值的總和：

G=16+11.25+12.5+19.8=59.55kN/m2

每平米地下水對建筑物托力標準值：

S=(5.25+0.5-0.6)×10=51.5kN/m2

G/S=59.55/51.5 =1.16>K=1.05，抗浮滿足要求。

3.2柱對頂板沖切驗算

頂板截面尺寸除滿足《人民防空地下室設計規范》(GB50038-2005)[1]相關規定,同時應滿足頂板沖切要求。柱對板沖切驗算如下(取板+柱帽厚(450mm+300mm)驗算):

1)柱對板沖切力計算(平時荷載) 頂板覆土自重標準值加頂板自重標準值：

0.8m×20kN/m3+0.45m×25kN/m3=27.25kN/m2

按照《全國民用建筑工程設計技術措施》5.8.11頂板活荷載標準值5kN/m2，根據《建筑結構荷載規范》(GB 50009-2001)[2]求柱頂荷載Fz:

柱對板沖切力Fl為:

Fl=2060kN-1.982m2×(27.25kN/m2×1.35+1.4×0.7×5kN/m2)=1897kN

圖4 柱帽大樣圖

板厚h=500mm<800mm，故截面高度影響系數βh=1.0，因集中反力作用面積為矩形，長邊與短邊的比值為8.1/6.1=1.33<2，故長邊與短邊的比值影響系數βs=2。由《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)公式(6.5.1-2)得，集中反力作用面積形狀的影響系數η1=0.4+1.2/βs=0.4+1.2/2=1.0。

由《混凝土結構設計規范》公式(6.5.1-1)得頂板抗沖切承載力：

F=0.7βhftημmh0=0.7×1.0×1.43×1.0×5160×690×10-3=3564(kN)>Fl=1897kN

即頂板抗沖切承載力大于頂板沖切力，滿足要求。

3.3裂縫控制

該工程長60.4m，寬42.2m。根據《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)8.1.1條，地下室最大伸縮縫間距為40m，而在人防地下室中設置伸縮縫顯然不現實。所以為減少混凝土硬化過程中的收縮應力，防止混凝土結構產生早期收縮裂縫，設計時在60.40m方向的中部設置了施工后澆帶。又因為施工后澆帶要在主體澆筑完1個月后澆筑，施工周期太長,建議一次完成澆筑。在參考中國建筑材料科學研究院發明的超長結構的無縫設計施工方法后，具體施工時采用了如下做法：將原1m寬施工后澆帶改為2m寬膨脹加強帶，加強帶的兩側設密孔鐵絲網，并用8mm間距100mm的立筋加固，目的是防止混凝土流入加強帶。施工時，加強帶外用摻10%UEA的小膨脹混凝土(C30)，澆筑到加強帶時，澆筑摻14%UEA的大膨脹混凝土(C35), 澆筑到另一側時，又改用摻10%UEA的小膨脹混凝土(C30)澆筑。澆筑完工后加強養護，尤其注意墻立面的養護。同時設計也調整了墻體鋼筋的水平配筋率，使墻體鋼筋的水平配筋率不小于0.5%。

4 注意事項

4.1設計荷載

人防荷載值因上部結構類型,工程地質和水文地質條件以及材料的不同有很大差別，所以特別注意正確取用人防荷載。分別查常規武器爆炸動荷載作用下結構等效靜荷載與核武器爆炸動荷載作用下結構等效靜荷載, 綜合考慮后取值。如外墻等效荷載標準值的取用,根據地質勘探報告人防地下室周圍土為粉質粘土,飽和度100%,飽和土含氣量小于0.05%，頂板頂面埋深h<1.5m，這樣按常規武器爆炸動荷載作用下結構等效靜荷載查《人民防空地下室設計規范》(GB50038-2005)表4.7.3-2 等效靜荷載為50～70kN/m2;按核武器爆炸動荷載動荷載作用下結構等效靜荷載查《人民防空地下室設計規范》表4.8.3-2等效靜荷載為45～60kN/m2。所以外墻等效靜荷載綜合按60kN/m2取用。

4.2調整參數

該工程防水等級為二級,根據《地下室防水技術規范》(GB50108-2008)[4],防水混凝土迎水面保護層應為50,所以在計算軟件PKPM中的相關參數輸入須將保護層厚度調整過來。特別應注意回填土側壓系數應按《人民防空地下室設計規范》(GB50038-2005)中表4.5.5設置,不能按程序的自動取值確定。程序中回填土側壓系數的自動取值為0.5，對于非人防地下室,在靜止土壓力情況下，該值一般偏安全。而在人防荷載作用下，根據本市的地質情況,外墻周圍土位于地下水位以下一般為砂土,粉質粘土和淤泥質土。按《人民防空地下室設計規范》表4.5.5的取值,土側壓系數為0.7～0.9。該工程因外墻周圍土主要為軟塑狀的粉質粘土，查表知土側壓系數應為0.7～1.0,考慮地下水位埋深較淺,墻周土大多處于飽和狀態，土側壓系數取為0.9。根據《人民防空地下室設計規范》(GB50038-2005)在動荷載和靜荷載同時作用下,材料強度可乘材料強度綜合調整系數。在使用廣廈軟件進行人防計算時,需用手動調整材料強度。在使用計算軟件PKPM進行人防計算時, 程序已自動調整材料強度,不需再手動調整。

[1] GB50038-2005，人民防空地下室設計規范[S].

[2] GB50009-2001，建筑結構荷載規范[S].

[3] GB50010-2010，混凝土結構設計規范[S].

[4] GB50108-2008，地下室防水技術規范[S].

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.09.043

TU93

A

1673-1409(2012)09-N123-04

2012-06-18

王擁軍(1970-)，男，1993年大學畢業，工程師，一級注冊結構工程師，現主要從事人防地下室有柱帽無梁樓蓋結構方面的研究工作。

[編輯] 洪云飛