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        地震區(qū)構(gòu)筑物基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的選擇及其對(duì)造價(jià)的影響

        2016-05-04 02:51:03王浩然
        現(xiàn)代食品 2016年18期
        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)規(guī)范單樁

        ◎ 王浩然

        (沈陽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院,遼寧 沈陽 110168)

        隨著世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,工業(yè)化程度的提高,構(gòu)筑物得到蓬勃發(fā)展。筒倉等一些新型的構(gòu)筑物在我國的應(yīng)用越來越廣泛。自20世紀(jì)80年代從美國引進(jìn)第一批鋼板倉至今已有30多年歷史,多年來幾代科學(xué)工作者不懈的努力研究,已經(jīng)取得了輝煌的成績。裝配式、焊接型等一大批新工藝、新理念的設(shè)計(jì)水準(zhǔn)均已經(jīng)達(dá)到了世界發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)水平。國家標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范也日益完善,鋼板倉作為一種新的現(xiàn)代化倉儲(chǔ)設(shè)備,具有施工周期短、標(biāo)準(zhǔn)化程度高、基礎(chǔ)施工省等優(yōu)點(diǎn),越來越多地在糧油、飼料、釀酒、化工等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。然而,鋼板倉基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的選擇顯得尤為重要。在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮地質(zhì)條件、水文情況、冰凍線及深度等,尤其是地震烈度大、沿海地區(qū)顯得非常重要。

        1 鋼板倉基礎(chǔ)形式及受力

        1.1 鋼板倉基礎(chǔ)形式

        鋼板倉基礎(chǔ)屬特種結(jié)構(gòu)范疇,有別于其他建筑物,除滿足工藝要求、設(shè)備走向外,還包括底部庫房的使用,工藝要求在某種程度上限定場地的位置?;A(chǔ)形式各不相同,受場地影響有單倉、雙倉、四倉、單排及雙排(見圖1~5),有柱支撐及砼剪力墻結(jié)構(gòu)等(見圖6、7)。

        圖1 鋼板倉單倉結(jié)構(gòu)圖

        圖2 鋼板倉雙倉結(jié)構(gòu)圖

        圖3 鋼板倉四倉結(jié)構(gòu)圖

        圖4 鋼板倉單排倉結(jié)構(gòu)圖

        圖5 鋼板倉雙排倉結(jié)構(gòu)圖

        圖6 柱支撐結(jié)構(gòu)圖

        圖7 剪力墻結(jié)構(gòu)圖

        1.2 鋼板倉基礎(chǔ)受力

        基礎(chǔ)受力較為復(fù)雜,單倉可容納100~5 000 t不等,而且大直徑倉體受上部鋼結(jié)構(gòu)的影響,一般5 000 t型荷載的單體倉按目前國內(nèi)外比較有名生產(chǎn)廠家提供的工藝尺寸,直徑均在20 m左右,這就說明物料的活荷載是165 kN/m2,底板的厚度350 mm。從數(shù)值上分析同民用建筑相比簡直就是天文數(shù)字,設(shè)計(jì)者必須加以重視。設(shè)計(jì)時(shí)不只是考慮自身活荷載、靜載,還要考慮動(dòng)荷載,瞬間加載、空倉情況,荷載重新分配,計(jì)算難度大。資料顯示,目前大直徑鋼板倉基礎(chǔ)國內(nèi)許多設(shè)計(jì)單位采用的基礎(chǔ)形式主要有樁基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)、箱型基礎(chǔ)、復(fù)合地基等。

        2 工程實(shí)例

        南方一城市新建10座5 000 t鋼板倉,其平面圖見圖8。

        圖8 10座5 000 t筒倉平面圖

        2.1 工藝參數(shù)

        倉體直徑20 m,高度27 m,作用底部荷載165 kN/m2。下設(shè)2排輸送機(jī)、斗式提升機(jī)、通風(fēng)系統(tǒng),4 m深的工具室。

        2.2 地質(zhì)分析

        根據(jù)《巖土工程勘察報(bào)告》評(píng)價(jià),區(qū)域地質(zhì)條件和本次勘察結(jié)果表明,場地所處地貌為海相一級(jí)階地,現(xiàn)場地開闊平坦。本次鉆探深度范圍內(nèi),地層主要由雜填土、海相沉積土組成。場地內(nèi)第6層淤泥質(zhì)黏土為震陷軟土,而第3層粉砂、第4層中砂和第5層粉土為液化土層,場地劃分對(duì)建筑抗震不利地段,根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)[1]第4.3.6條至第4.3.9條,應(yīng)采用全部消除液化沉陷,或部分消除液化沉陷且對(duì)基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理的措施。經(jīng)處理后本場地適宜進(jìn)行該工程建設(shè)。因第3層土粉砂、第4層中砂大部分處于基坑挖除范圍內(nèi),所以設(shè)計(jì)時(shí)需要側(cè)重考慮第5層粉土和第6層淤泥質(zhì)黏土其相應(yīng)的負(fù)摩阻力和震陷對(duì)樁基礎(chǔ)的不利影響,地震烈度為8度設(shè)防,具體如表1、2、3所示。

        表1 地基土承載力及有關(guān)巖土工程設(shè)計(jì)參數(shù)建議值表

        表2 樁基巖土工程設(shè)計(jì)參考數(shù)建議值表

        表3 估算單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值表

        2.3 討論

        從表1、2、3數(shù)值可以看出,第3、4、5層土屬液化土,當(dāng)?shù)卣饋砼R時(shí)該土層全部液化,像流水一樣,其中還產(chǎn)生負(fù)摩阻,地質(zhì)相當(dāng)復(fù)雜,施工技術(shù)要求高,必須按圖施工,土層外觀良好,現(xiàn)場管理人員往往忽視液化存在,產(chǎn)生誤導(dǎo)。如果設(shè)計(jì)中出現(xiàn)任何差錯(cuò)后果都是不堪設(shè)想。這方面問題國內(nèi)外均有報(bào)到。

        3 設(shè)計(jì)方案

        該工程具有幾種設(shè)計(jì)方案,一是采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁,鉆孔灌注樁;二是復(fù)合地基。

        (1)經(jīng)結(jié)構(gòu)計(jì)算,單樁承載力特征值為2 500 kN,根據(jù)地質(zhì)報(bào)告估算豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值及《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB5007-2011)[2]初步設(shè)計(jì)時(shí)單樁豎向承載力特征值可按下式進(jìn)行估算Ra=qpaAp+up∑qsali,結(jié)果滿足要求。

        (2)持力層為第8層礫砂,樁段極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值為1萬kPa,樁端深度不得小于1 000 mm。按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)當(dāng)建筑物的阻尼比按有關(guān)規(guī)定不等于0.05時(shí),地震影響系數(shù)的阻尼調(diào)整系數(shù)和形狀參數(shù)應(yīng)符合下列規(guī)定。曲線下降段的衰減指數(shù)按下式確定,γ=0.9+0.05-ξ/0.3+6ξ,最后確定豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值取6 000 kPa。按規(guī)范要求進(jìn)行現(xiàn)場單樁試驗(yàn),對(duì)預(yù)制樁當(dāng)有對(duì)比試驗(yàn)時(shí),采用了高應(yīng)變檢驗(yàn)單樁豎向承載了,檢測(cè)數(shù)量不少于總樁數(shù)的5%,且不得少于5根,滿足設(shè)計(jì)要求。最后進(jìn)行破壞性試驗(yàn),結(jié)果為6 300 kN。

        4 方案確定

        業(yè)主組織召開專家論證會(huì),對(duì)施工圖初步設(shè)計(jì)進(jìn)行討論,預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù):樁直徑500 mm,樁長度22 m,承臺(tái)梁6 500×650;復(fù)合地基,承臺(tái)圓形,直接22 m,高度1.2 m,400×400砼方樁,長度22 m,按梅花形布置,間距1.2 m;增加褥墊層。灌注樁施工慢,施工質(zhì)量差,單樁承載力低,根據(jù)周邊建筑物及相關(guān)資料,綜合考慮最后確定為預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)。

        5 造價(jià)比較及施工情況

        從施工圖預(yù)算及竣工結(jié)算對(duì)比,采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)單倉造價(jià)35萬左右,如果是復(fù)合地基造價(jià)為55萬元,10座筒倉共節(jié)約造價(jià)200萬元。時(shí)間縮短了2個(gè)月,樁基礎(chǔ)施工簡單,復(fù)合地基工藝繁瑣且施工周期長,尤其南方受高溫、多雨、臺(tái)風(fēng)等天氣影響,質(zhì)量無法保證,工程結(jié)束后,在全部滿倉的情況下,按規(guī)范進(jìn)行沉降量觀測(cè),滿足規(guī)范要求。

        6 結(jié)語

        通過以上分析及工程實(shí)例可以看出,當(dāng)鋼板倉體積大、地震烈度高、地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí),在確保結(jié)構(gòu)安全的情況下,應(yīng)優(yōu)先采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ),基礎(chǔ)形式的不同,對(duì)造價(jià)和施工產(chǎn)生的差異是顯而易見的,在滿足同樣的使用條件下,可以使基礎(chǔ)造價(jià)大幅度降低。

        參考文獻(xiàn):

        [1]中華人民共和國建設(shè)部,中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010.

        [2]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50007-2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國計(jì)劃出版社,2012.

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