熊海豐，王靜民

XIONG Haifeng1，WANG Jingmin2

(1.浙江工業(yè)大學(xué)建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州310014;2.浙江建筑特種技術(shù)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(qū)。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(wàn)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(wàn)m2，層高均為3.80 m，主要功能為汽車庫(kù)、設(shè)備區(qū)域，局部人防。地下室及多層采用框架結(jié)構(gòu)，高層主樓采用框剪結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，抗震設(shè)防烈度6 度，設(shè)防類別為丙類，地震分組第二組。基本風(fēng)壓0.6 kN/m2。建筑平面見圖1。

圖1 建筑平面

2 地質(zhì)條件

場(chǎng)地所處為沖海積平原，地勢(shì)較平坦，淺部主要由高壓縮性的淤泥組成。場(chǎng)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(fēng)化凝灰?guī)r，厚度3～12 m，qpa=600 kPa;強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r，厚度0.8～3.2 m，qpa=1500 kPa;中風(fēng)化凝灰?guī)r，揭露厚度3～8.10 m，qpa=3500 kPa。

3 基礎(chǔ)及底板設(shè)計(jì)

3.1 基礎(chǔ)方案

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)［1］，本項(xiàng)目采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。經(jīng)計(jì)算，以基巖為樁端持力層時(shí)，承載力已超過(guò)C35 的樁身混凝土強(qiáng)度，即基巖埋藏深，承載能力不能充分利用。經(jīng)過(guò)對(duì)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(zhǎng)60 m，特征值取2200 kN，抗拔特征值取540，980 kN。樁直徑φ800 mm，樁長(zhǎng)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(xiàn)裂縫及漏水，對(duì)不均勻沉降有較強(qiáng)的調(diào)節(jié)能力。但梁板式忽略了板自身的承載能力，經(jīng)濟(jì)性較差。經(jīng)計(jì)算，地梁截面為500 mm×1300 mm，板厚為650 mm。采用無(wú)梁筏板式，板受力與實(shí)際相符，經(jīng)計(jì)算，板厚取700 mm，經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)。事實(shí)上，采用無(wú)梁筏板已成為底板設(shè)計(jì)的趨勢(shì)。尤其在常規(guī)柱網(wǎng)，承臺(tái)凈距不大時(shí)，可優(yōu)先選擇無(wú)梁筏板方案。本項(xiàng)目選定樁加無(wú)梁筏板作為基礎(chǔ)方案，樁承臺(tái)兼做筏板的柱帽。

3.2 底板抗浮荷載計(jì)算

建筑±0.00 m 相對(duì)黃海標(biāo)高4.90 m，底板面標(biāo)高為-9.20 m。溫州地區(qū)暴雨多發(fā)，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(biāo)準(zhǔn)值即為96 kPa。在采用Slabcad 計(jì)算底板時(shí)，水壓力標(biāo)準(zhǔn)值:96-(0.7×25+0.1×17)=76.8 kPa，自動(dòng)計(jì)算板自重，按正向恒荷載輸入時(shí)扣除自重，取為59.3 kPa。

3.3 無(wú)梁筏板的設(shè)計(jì)

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(jù)常規(guī)樁基的規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。在承載力、樁反力及筏板內(nèi)力計(jì)算時(shí)，勾選“底板抗浮驗(yàn)算”，根據(jù)樁的預(yù)估沉降量，指定樁的剛度。在沉降計(jì)算時(shí)，按單向壓縮分層總和法-彈性解模型計(jì)算，樁的剛度由軟件依據(jù)地質(zhì)資料計(jì)算確定。結(jié)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(xiàn)較明顯。為此，沿主樓周邊設(shè)置了沉降后澆帶。用Slabcad復(fù)核計(jì)算了底板的內(nèi)力，依據(jù)兩者的結(jié)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(jì)算，有限元網(wǎng)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?？紤]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(shè)計(jì)為全部拉通，底筋斜交錨入主樓承臺(tái)。為了使底板受力合理，方便施工，三樁承臺(tái)均設(shè)計(jì)為矩形，鋼筋按正交布置，見圖2。

圖2 三樁承臺(tái)的設(shè)計(jì)

4 頂板設(shè)計(jì)

4.1 室內(nèi)頂板設(shè)計(jì)

上部結(jié)構(gòu)嵌固部位選擇在地下室頂板是經(jīng)濟(jì)合理的。室內(nèi)頂板面標(biāo)高為± 0. 00 m，室外為-1.50 m，兩者高差1.5 m。在計(jì)算負(fù)一層與1 層的側(cè)向剛度比時(shí)，不考慮“相關(guān)范圍”的貢獻(xiàn)。為了滿足抗震規(guī)范［2］對(duì)嵌固端的剛度要求，結(jié)合人防墻，水池墻的布置在地下室增設(shè)部分混凝土墻并適當(dāng)加大柱截面，以滿足剛度比K-1/K1＞2 的要求。室內(nèi)頂板厚180 mm，配筋 10@150 雙層雙向。在主樓周邊框架軸線處設(shè)置內(nèi)外加腋，進(jìn)一步保證高差部位主樓基底剪力向大地下室的傳遞。同時(shí)，提高周邊擋墻的配筋率，使其能分擔(dān)一部分邊柱的剪力，使整體抗剪承載能力得到提高。

對(duì)于主樓，需復(fù)核高規(guī)［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(cè)向剛度比需滿足K1h1/K2h2＞1. 5。以X 方向?yàn)槔?，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(cè)向剛度比為1.51，滿足要求。同理驗(yàn)算Y 方向。若不滿足，則嵌固層為軟弱層，需調(diào)整1 層的柱墻截面布置，進(jìn)而影響到負(fù)一層與1 層的剛度比計(jì)算。

4.2 室外頂板方案比選

地下室柱網(wǎng)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(chǎng)，其他為游憩廣場(chǎng)。消防通道環(huán)繞多層及主樓周邊。因無(wú)法設(shè)置消防車限行措施，整個(gè)頂板均考慮為消防車作業(yè)區(qū)域［4］。根據(jù)凈高要求，梁高限值為1 m。本著結(jié)構(gòu)性能良好、經(jīng)濟(jì)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(jì)算時(shí)考慮地面做法及板底懸掛荷載取:1. 2 ×20 =24 kN/m2。平時(shí)活載:5 kN/m2。

根據(jù)荷載規(guī)范［5］，考慮覆土對(duì)消防車荷載的折減，折算覆土厚度s' =1.43 stanθ。由規(guī)范條文說(shuō)明及文獻(xiàn)［4］，應(yīng)力擴(kuò)散角θ 取為35°，則s' =1.43 ×1.2 ×tan35° =1.2 m。根據(jù)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(shù):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(shí)，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(zhǎng)邊邊長(zhǎng)分別確定相應(yīng)數(shù)值，再取其平均值作為等效均布活荷載。按此原則，結(jié)合規(guī)范5.1.1-2 條得到各方案計(jì)算各構(gòu)件時(shí)消防車荷載取值如下:

(1)計(jì)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(zhǔn)永久值系數(shù)為0，板設(shè)計(jì)時(shí)，平時(shí)荷載下彈性計(jì)算并控制裂縫0.3，消防車荷載下塑性設(shè)計(jì)，板的配筋按兩者的計(jì)算結(jié)果包絡(luò)設(shè)計(jì)。

(2)計(jì) 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(jì) 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(jì)算。計(jì)算參數(shù):混凝土C35，鋼筋HRB400。依據(jù)防水規(guī)范［6］，頂板最小厚度取250 mm，自動(dòng)計(jì)算樓蓋自重。根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行施工圖配筋見圖3～6。

圖3 a 方案:井字梁樓蓋計(jì)算配筋結(jié)果

圖4 b 方案:十字交叉梁樓蓋計(jì)算配筋結(jié)果

a 和c 方案，主梁在三等分點(diǎn)處受較小的集中力，彎矩峰值相對(duì)較小;b 方案，主梁在跨中受到較大的集中力，產(chǎn)生了較大的彎矩峰值。對(duì)次梁，a 和b 方案雙向協(xié)同受力，內(nèi)力分配合理，次梁高度相對(duì)小;c 方案次梁受荷面積與b 相同，但無(wú)協(xié)同受力，其內(nèi)力及截面都相對(duì)較大。d 方案，主梁近似承擔(dān)均布荷載，受力均衡，彎矩值小且變化平緩。

從板來(lái)看:a、b 方案，板塊內(nèi)力均勻，配筋由平時(shí)荷載下彈性控制，為構(gòu)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(shè)計(jì)控制;d 方案，板內(nèi)力均勻，配筋由平時(shí)荷載下彈性控制。

圖5 c 方案:單向雙次梁樓蓋計(jì)算配筋結(jié)果

圖6 d 方案:主梁加大板樓蓋計(jì)算配筋結(jié)果

從經(jīng)濟(jì)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(jié)省的是主梁加大板方案。同時(shí)，a 與d 方案對(duì)層高有較大優(yōu)勢(shì)，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(jù)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，層高每減少100 mm，樓面綜合造價(jià)可節(jié)約15～20 元/m2。按此考慮，則b 方案最費(fèi)，a 與c 方案次之，最優(yōu)仍為d方案。具體結(jié)果見表1、表2。

表1 4 種方案樓蓋綜合含鋼量對(duì)比

表2 4 種方案樓蓋綜合混凝土量對(duì)比

本項(xiàng)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(shí)荷載(彈性計(jì)算)控制，消防車等效荷載只需塑性計(jì)算復(fù)核。在施工方面，模板拼裝簡(jiǎn)單快速，周轉(zhuǎn)率高，鋼筋綁扎簡(jiǎn)便，進(jìn)度加快。

5 負(fù)1 層設(shè)計(jì)及構(gòu)造設(shè)計(jì)

人防設(shè)置在負(fù)二層。負(fù)一層樓面，局部為人防頂板，其他為汽車庫(kù)。根據(jù)人防規(guī)范［7］，人防頂板等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值取55 kN/m2。經(jīng)過(guò)比選，負(fù)一層均采用十字交叉梁樓蓋方案。人防區(qū)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(qū)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(fù)一層及頂板梁均按帶翼緣的T 形梁計(jì)算，以減少梁的跨中配筋。外墻、人防墻，墻頂墻底均不設(shè)暗梁。為了增強(qiáng)頂板高差處的整體性，對(duì)主樓嵌固端周邊“相關(guān)范圍”的頂板，適當(dāng)提高配筋率。

6 結(jié) 語(yǔ)

(1)底板采用無(wú)梁筏板可充分利用板的強(qiáng)度和剛度，實(shí)現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)性。在軟土地區(qū)，為施工帶來(lái)極大的便利。

(2)嵌固端盡量選擇在地下室頂板。通過(guò)調(diào)整剪切剛度比，增加構(gòu)造設(shè)計(jì)來(lái)使頂板滿足相關(guān)要求。

(3)消防車等效均布活荷載的值取決于頂板的結(jié)構(gòu)布置及覆土厚度。頂板的結(jié)構(gòu)布置方案對(duì)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)合理性有較大影響。

(4)對(duì)于一般矩形柱網(wǎng)常規(guī)恒載的地下室，頂板方案選用主梁加大板具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

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

［2]中國(guó)建筑科學(xué)研究院. GB 50011—2010 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

［3]中國(guó)建筑科學(xué)研究院.JGJ 3—2010 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

［4]朱炳寅.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)答及分析［M］.2 版. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013.

［5]中國(guó)建筑科學(xué)研究院. GB 50009—2012 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

［6]國(guó)家人民防空辦公室.GB 50108—2008 地下工程防水技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.

［7]國(guó)家人民防空辦公室.GB 50038—2005 人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:2005.