某地下室結構優化設計

汪鈞榮,劉志榮

(1.杭州貝邸歐建筑設計咨詢有限公司,浙江 杭州 310021；2.杭州杰優建筑設計咨詢有限公司,浙江 杭州 310052)

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某地下室結構優化設計

汪鈞榮1,劉志榮2

(1.杭州貝邸歐建筑設計咨詢有限公司,浙江 杭州 310021；2.杭州杰優建筑設計咨詢有限公司,浙江 杭州 310052)

現有住宅小區和商業建筑一般設有一層或多層地下室,如何設計一個既安全又經濟的地下室一直是設計人員較為關心的問題,設計時應該對地下室梁板結構作不同方案的比選。今結合某工程地下室的設計實例,對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,在結構設計時提出如何優化的建議。

地下室；大板樓蓋頂板；無梁底板

1　工程概況

項目位于安徽省滁州市。該工程由22棟住宅樓及地下室、幼兒園和社區配套商業用房組成。工程所在地為6度區,地震加速度為0.05g,Ⅱ類場地,地震分組為第2組,特征周期為0.40s,50年一遇的基本風壓為0.35kN/m,雪壓為0.50kN/m,地面粗糙度為B類,基礎設計等級為甲級;場地地下水抗浮設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,整個場地平面呈北低南高的狀態。

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

地下室抗浮水位的取值,地勘報告提供的意見為室外地坪以下0.8m,由于整個場地呈北低南高的狀態,而且場地周邊道路更低,所以抗浮水位可取項目北面主要入口處的地坪標高以下0.8m的位置。抗浮水位取值的高低對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

首先消防車荷載應嚴格按荷載規范附錄B中考慮覆土影響的折減系數,在基礎設計時不能考慮消防車荷載,消防車荷載的布置范圍要嚴格按消防車道布置,不可以隨意擴大布置范圍[1]。地下室頂板有覆土處活荷載(非消防車道處)根據《建筑結構荷載規范(GB50009—2012)》第5.5.1條及其條文說明，《建筑結構專業技術措施》第2.0.3條,頂板活荷載取4.0kN/m2,許多設計人員頂板活荷載(非消防車道處)在考慮覆土重量后再附加10.0kN/m2的施工荷載不經濟。

3　地下室基礎底板方案確定

首先考慮到基底范圍內土質分布不均勻,有②層粉質黏土和②1層粉質黏土,其中②1層土承載力太差,無法采用柱下獨立基礎。結合施工進度和地質情況最終選擇預應力管樁基礎,管樁為PHC400A95 ,有效樁長13m,單樁豎向抗壓承載力特征值根據現場靜載荷實驗確定為1 150kN。

方案一：考慮常規設計思路,采用“承臺+地梁+防水板”方案,用PKPM軟件中JCCAD模塊進行計算,取最大的柱網(6.6m×7.7m)處5×5跨進行試算,得出結果為：三樁承臺(1 000mm厚)+地梁(截面為350mm×900mm)+350mm厚底板,并采用倒樓蓋設計進行復核計算,設計結果見圖1。

方案二：通過方案一的計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+防水板”方案[2]。用PKPM軟件的SLABCAD模塊,取相同位置進行無梁樓蓋試算,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。得出結果為：板配筋大部分與方案一相同,在板與承臺的交接位置需要增設部分鋼筋。最后還采用盈建科YJK軟件的基礎設計模塊進行了對比計算,結果與SLABCAD基本一致。設計結果見圖2。

圖1　方案一：承臺+地梁+防水板

圖2　方案二：承臺+防水板

構件方案一鋼筋量/t混凝土量/m3方案二鋼筋量/t混凝土量/m3基礎梁086536600承臺0236200405473防水板1656179513541795合計2757236117592268

注：取6.6m×7.7m板跨內進行比較。

由以上對比可知,方案二無論是含鋼量還是含混凝土量均占有明顯的優勢,而且方案二因為沒有基礎梁,將大幅度減少土方開挖量及模板用量,進一步縮短了施工周期。所以底板方案選擇方案二：“承臺+防水板”方案。

4　地下室頂板的方案選擇

根據地下室頂板板厚、荷載,滿足凈空要求的最大梁高等條件,進行井字梁、十字梁、單向板、大板樓蓋、無梁樓蓋、預應力等多種頂板結構方案的比較。考慮到《高層建筑混凝土結構技術規程(JGJ3—2010)》第3.6.3條規定作為上部結構嵌固部位的地下室樓層的頂樓蓋應采用梁板結構，再由于《地下工程防水技術規范(GB50108—2008)》第4.1.7 條規定防水混凝土結構厚度不應小于250mm。則大板樓蓋體系更為節省,因沒有次梁施工更方便，所以大板樓蓋體系為最優結構方案。

5　地下室外墻設計

地下室外墻設計時要選擇合理的計算簡圖,當地下室施工采用護坡或連續墻支護時,外墻土壓力計算中,可以考慮基坑支護與地下室外墻的共同作用,按靜止土壓力乘以折減系數0.66近似計算(靜止土壓力系數Ka=0.5×0.66=0.33),對墻體厚度及配筋的優化有一定的影響[3]。 墻與基礎底、頂板及樓板交界處不設置基礎梁及暗梁,減少配筋量。

本工程通過不同方案的比選,并在構造細節上進行精選,節約了用鋼量,降低了施工難度,取得了經濟合理、施工方便的良好效果。

6　結　語

由于地下室造價占整個項目造價的比重也相當大,所以設計時對地下室的結構選型和優化設計非常重要,在方案階段就應該因地制宜地對多個方案進行詳細的比較、論證,選出最優方案。值得注意的是,最優方案不是一成不變的,關鍵在于要熟悉各種方案的特點,選出最經濟最合適的方案。

[1]姜學詩.建筑結構施工圖設計文件審查常見問題分析[M]. 北京:中國建筑工業出版社,2009.

[2]鄒齊,傅學怡.鋼筋混凝土帶承臺柱帽無梁筏板在地下室底板中的應用[C]∥第十八屆全國高層建筑結構學術會議論文. 重慶：中國建筑科學研究院,2004:89-93.

[3]程懋堃,吳學敏,汪大綏,等.全國民用建筑工程設計技術措施(地基與基礎)[M].2009版.北京:中國計劃出版社,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,從事建筑設計優化工作。

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