溫州某辦公樓大底盤地下室結構設計

熊海豐，王靜民

XIONG Haifeng1，WANG Jingmin2

(1.浙江工業大學建筑規劃設計研究院有限公司，浙江 杭州310014;2.浙江建筑特種技術工程公司，浙江 杭州310014)

1 工程概況

某辦公樓位于溫州瑞安市瑞祥新區。地上2 幢建筑，多層5 層高度23.50 m;高層25 層高度98.0 m，總建筑面積約7.65 萬m2。其中地下室2 層，平面尺寸為120.0 m×118.0 m，面積約2.83 萬m2，層高均為3.80 m，主要功能為汽車庫、設備區域，局部人防。地下室及多層采用框架結構，高層主樓采用框剪結構。結構安全等級為二級，抗震設防烈度6 度，設防類別為丙類，地震分組第二組。基本風壓0.6 kN/m2。建筑平面見圖1。

圖1 建筑平面

2 地質條件

場地所處為沖海積平原，地勢較平坦，淺部主要由高壓縮性的淤泥組成。場地類別Ⅳ類，特征周期0.75 s。地基土主要分層為:淤泥層，厚度約28.5 m;黏土層，厚度約60 m，中部夾雜0～1.50 m 不等的圓礫;含碎石黏土層，厚度約10 m，Es=4.6 MPa，qsia=27 kPa，qpa=500 kPa;全風化凝灰巖，厚度3～12 m，qpa=600 kPa;強風化凝灰巖，厚度0.8～3.2 m，qpa=1500 kPa;中風化凝灰巖，揭露厚度3～8.10 m，qpa=3500 kPa。

3 基礎及底板設計

3.1 基礎方案

根據工程經驗［1］，本項目采用鉆孔灌注樁基礎。經計算，以基巖為樁端持力層時，承載力已超過C35 的樁身混凝土強度，即基巖埋藏深，承載能力不能充分利用。經過對荷載與樁承載力匹配分析，最終采用摩擦樁，以深部的黏土層作為持力層。樁直徑φ700 mm，樁長60 m，特征值取2200 kN，抗拔特征值取540，980 kN。樁直徑φ800 mm，樁長80 m，特征值取3850 kN。

底板若采用梁板式，其整體剛度好，不易出現裂縫及漏水，對不均勻沉降有較強的調節能力。但梁板式忽略了板自身的承載能力，經濟性較差。經計算，地梁截面為500 mm×1300 mm，板厚為650 mm。采用無梁筏板式，板受力與實際相符，經計算，板厚取700 mm，經濟性較優。事實上，采用無梁筏板已成為底板設計的趨勢。尤其在常規柱網，承臺凈距不大時，可優先選擇無梁筏板方案。本項目選定樁加無梁筏板作為基礎方案，樁承臺兼做筏板的柱帽。

3.2 底板抗浮荷載計算

建筑±0.00 m 相對黃海標高4.90 m，底板面標高為-9.20 m。溫州地區暴雨多發，抗浮水位取室外地坪，即-0.30 m。底板厚取700 mm，則板底水頭高度為9.60 m。JCCAD 樁筏筏板有限元荷載圖中水壓力標準值即為96 kPa。在采用Slabcad 計算底板時，水壓力標準值:96-(0.7×25+0.1×17)=76.8 kPa，自動計算板自重，按正向恒荷載輸入時扣除自重，取為59.3 kPa。

3.3 無梁筏板的設計

采用PKPM-JCCAD 樁筏筏板有限元模塊，按照彈性地基梁板模型，依據常規樁基的規范要求進行設計計算。在承載力、樁反力及筏板內力計算時，勾選“底板抗浮驗算”，根據樁的預估沉降量，指定樁的剛度。在沉降計算時，按單向壓縮分層總和法-彈性解模型計算，樁的剛度由軟件依據地質資料計算確定。結果顯示，主樓沉降為29～40 mm，多層及純地下室沉降為5～28 mm，沉降不均勻表現較明顯。為此，沿主樓周邊設置了沉降后澆帶。用Slabcad復核計算了底板的內力，依據兩者的結果確定底板配筋為 18@140 雙層雙向。主樓核心筒筏板，采用JCCAD 建模計算，有限元網格取0.8 m，筏板厚度2.3 m，筏板底筋 25@100 雙向局部附加 25@200雙向;筏板面 18@140 雙向加 25@150 雙向，兩層布置。

主樓與地下室以42°斜向交叉，若底板鋼筋在交叉處斷開搭接，則削弱了地下室底板與主樓的連接。考慮到兩方向配筋相同，斜交角近似45°，正交分解后，兩方向各自的配筋量仍然相同。所以底板面筋設計為全部拉通，底筋斜交錨入主樓承臺。為了使底板受力合理，方便施工，三樁承臺均設計為矩形，鋼筋按正交布置，見圖2。

圖2 三樁承臺的設計

4 頂板設計

4.1 室內頂板設計

上部結構嵌固部位選擇在地下室頂板是經濟合理的。室內頂板面標高為± 0. 00 m，室外為-1.50 m，兩者高差1.5 m。在計算負一層與1 層的側向剛度比時，不考慮“相關范圍”的貢獻。為了滿足抗震規范［2］對嵌固端的剛度要求，結合人防墻，水池墻的布置在地下室增設部分混凝土墻并適當加大柱截面，以滿足剛度比K-1/K1＞2 的要求。室內頂板厚180 mm，配筋 10@150 雙層雙向。在主樓周邊框架軸線處設置內外加腋，進一步保證高差部位主樓基底剪力向大地下室的傳遞。同時，提高周邊擋墻的配筋率，使其能分擔一部分邊柱的剪力，使整體抗剪承載能力得到提高。

對于主樓，需復核高規［3］3.5.2 -2 款的要求。1 層是嵌固層，考慮層高修正，1 層與2 層側向剛度比需滿足K1h1/K2h2＞1. 5。以X 方向為例，一層K1=3.1163 ×106(kN/m)，層高5.40 m;2 層K2=2.5341 ×106(kN/m)，層高4.40 m;其側向剛度比為1.51，滿足要求。同理驗算Y 方向。若不滿足，則嵌固層為軟弱層，需調整1 層的柱墻截面布置，進而影響到負一層與1 層的剛度比計算。

4.2 室外頂板方案比選

地下室柱網為8. 40 m × 8. 40 m，頂板覆土1.2 m。頂板局部為小型車停車場，其他為游憩廣場。消防通道環繞多層及主樓周邊。因無法設置消防車限行措施，整個頂板均考慮為消防車作業區域［4］。根據凈高要求，梁高限值為1 m。本著結構性能良好、經濟合理、施工方便的原則，提出了4 種頂板方案:a.井字梁;b.十字交叉梁;c.單向雙次梁;d.主梁加大板等。恒荷載計算時考慮地面做法及板底懸掛荷載取:1. 2 ×20 =24 kN/m2。平時活載:5 kN/m2。

根據荷載規范［5］，考慮覆土對消防車荷載的折減，折算覆土厚度s' =1.43 stanθ。由規范條文說明及文獻［4］，應力擴散角θ 取為35°，則s' =1.43 ×1.2 ×tan35° =1.2 m。根據附錄B 表B.0.1(2)，按照跨度及折算覆土厚度線性插值，得到各方案考慮覆土厚度的折減系數:a 為0.844;b 為0.904;c 為0.85;d 為1.0。

雙向板板跨介于3～6 m 之間時，消防車等效均布活荷載按跨度線性插值確定。矩形雙向板按短邊和長邊邊長分別確定相應數值，再取其平均值作為等效均布活荷載。按此原則，結合規范5.1.1-2 條得到各方案計算各構件時消防車荷載取值如下:

(1)計算板 a:0.844 ×35 =29.54 kN/m2;b:

0. 904 × 29 = 26. 22 kN/m2;c:0. 85 × 35 =29.75 kN/m2;d:1.0 ×20 =20.0 kN/m2;消防車等效荷載的準永久值系數為0，板設計時，平時荷載下彈性計算并控制裂縫0.3，消防車荷載下塑性設計，板的配筋按兩者的計算結果包絡設計。

(2)計 算 次 梁 a:0. 844 × 35 × 0. 8 =23.63 kN/m2;b:0.904 ×29 ×0.8 =20.97 kN/m2;c:0.85 ×35 ×0.8 =23.80 kN/m2。

(3)計 算 主 梁 a:0. 844 × 35 × 0. 8 =23.63 kN/m2;b:0.904 ×29 ×0.8 =20.97 kN/m2;c:0.85 ×35 ×0.6 =17.85 kN/m2;d:1.0 ×20 ×0.8 =16.0 kN/m2。

按上述荷載，采用PKPM2010V1. 3 版程序計算。計算參數:混凝土C35，鋼筋HRB400。依據防水規范［6］，頂板最小厚度取250 mm，自動計算樓蓋自重。根據計算結果進行施工圖配筋見圖3～6。

圖3 a 方案:井字梁樓蓋計算配筋結果

圖4 b 方案:十字交叉梁樓蓋計算配筋結果

a 和c 方案，主梁在三等分點處受較小的集中力，彎矩峰值相對較小;b 方案，主梁在跨中受到較大的集中力，產生了較大的彎矩峰值。對次梁，a 和b 方案雙向協同受力，內力分配合理，次梁高度相對小;c 方案次梁受荷面積與b 相同，但無協同受力，其內力及截面都相對較大。d 方案，主梁近似承擔均布荷載，受力均衡，彎矩值小且變化平緩。

從板來看:a、b 方案，板塊內力均勻，配筋由平時荷載下彈性控制，為構造配筋;c 方案，板塊均勻，跨度較小，但消防車等效荷載較大，其配筋由塑性設計控制;d 方案，板內力均勻，配筋由平時荷載下彈性控制。

圖5 c 方案:單向雙次梁樓蓋計算配筋結果

圖6 d 方案:主梁加大板樓蓋計算配筋結果

從經濟性看:井字梁方案的含鋼量和混凝土用量最大;十字交叉梁次之;再次為單向雙次梁;最節省的是主梁加大板方案。同時，a 與d 方案對層高有較大優勢，主梁跨中截面高度為0.85 m。b、c 兩方案跨中梁高為1 m。根據經驗統計，層高每減少100 mm，樓面綜合造價可節約15～20 元/m2。按此考慮，則b 方案最費，a 與c 方案次之，最優仍為d方案。具體結果見表1、表2。

表1 4 種方案樓蓋綜合含鋼量對比

表2 4 種方案樓蓋綜合混凝土量對比

本項目最終選擇d 方案主梁加大板作為地下室頂板方案。此方案充分利用了板自身的承載能力，板跨高比26.3，厚度與配筋均十分合理。板的配筋通常由平時荷載(彈性計算)控制，消防車等效荷載只需塑性計算復核。在施工方面，模板拼裝簡單快速，周轉率高，鋼筋綁扎簡便，進度加快。

5 負1 層設計及構造設計

人防設置在負二層。負一層樓面，局部為人防頂板，其他為汽車庫。根據人防規范［7］，人防頂板等效靜荷載標準值取55 kN/m2。經過比選，負一層均采用十字交叉梁樓蓋方案。人防區主梁500 mm×900 mm，次梁300 mm ×850 mm，板厚250 mm，配筋 12@180 雙層雙向。非人防區主梁300 mm ×800 mm，次梁250 mm×700 mm，板厚140 mm，配筋8@150 雙層雙向。

負一層及頂板梁均按帶翼緣的T 形梁計算，以減少梁的跨中配筋。外墻、人防墻，墻頂墻底均不設暗梁。為了增強頂板高差處的整體性，對主樓嵌固端周邊“相關范圍”的頂板，適當提高配筋率。

6 結 語

(1)底板采用無梁筏板可充分利用板的強度和剛度，實現較好的經濟性。在軟土地區，為施工帶來極大的便利。

(2)嵌固端盡量選擇在地下室頂板。通過調整剪切剛度比，增加構造設計來使頂板滿足相關要求。

(3)消防車等效均布活荷載的值取決于頂板的結構布置及覆土厚度。頂板的結構布置方案對設計的經濟合理性有較大影響。

(4)對于一般矩形柱網常規恒載的地下室，頂板方案選用主梁加大板具有明顯的優勢。

［1]熊海豐，裘濤，周曉悅.深厚軟土地基預應力管樁浮樁加固方法探討［J］.建筑結構，2010，40(增刊1):583 -586.

［2]中國建筑科學研究院. GB 50011—2010 建筑抗震設計規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2010.

［3]中國建筑科學研究院.JGJ 3—2010 高層建筑混凝土結構技術規程［S］.北京:中國建筑工業出版社，2010.

［4]朱炳寅.建筑結構設計問答及分析［M］.2 版. 北京:中國建筑工業出版社，2013.

［5]中國建筑科學研究院. GB 50009—2012 建筑結構荷載規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2012.

［6]國家人民防空辦公室.GB 50108—2008 地下工程防水技術規范［S］.北京:中國計劃出版社，2009.

［7]國家人民防空辦公室.GB 50038—2005 人民防空地下室設計規范［S］.北京:2005.