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        汕尾某商業(yè)地產(chǎn)項目地下室結(jié)構(gòu)設計與優(yōu)化

        2022-01-20 11:09:20禹曼琳
        關鍵詞:經(jīng)濟性

        【摘要】本文通過一個商業(yè)地產(chǎn)項目地下室結(jié)構(gòu)基礎及頂板的選型與優(yōu)化,反映了基礎概念設計對工程造價控制的重要性,以及加腋大板體系在地下室頂板設計中的優(yōu)越性,并就加腋大板設計過程中的細節(jié)問題進行了探討。

        【關鍵詞】結(jié)構(gòu)選型;加腋大板;經(jīng)濟性

        【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.01.040

        1、工程概況

        汕尾某高層商業(yè)地產(chǎn)項目,總建筑面積39.54萬平方米,其中地下室面積約8萬平方米,東側(cè)為兩層地下室,西側(cè)為單層地下室。地下室采用框架結(jié)構(gòu),頂板主要覆土厚度為1.2米,設計時以負二層頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端。

        本工程所在地基本地震烈度為7度(0.10g),地震分組為第一組,場地土類別Ⅱ類,場地特征周期0.35s。

        2、基礎選型與優(yōu)化

        本項目建設場地土層分布不均勻,下部風化基巖巖面起伏變化大,軟硬相間。但總體來看,場地中西部微風化巖埋深較淺,場地東部相同標高處卻主要為殘積沙質(zhì)粘土及全風化巖??紤]到首開區(qū)對工程造價和項目工期的控制非常嚴格,設計方建議將原定西側(cè)的兩層地下室移動至場地東側(cè),調(diào)整后的西側(cè)一層地下室在基坑開挖后已達到地勘建議的微風化巖持力層。如此,可大大減少對場地西側(cè)大范圍微風化巖的爆破工作,同時也降低了兩層地下室區(qū)域基坑的開挖難度,節(jié)省了項目一期工程基礎部分的工期和造價。

        針對場地中西部的一層地下室的基礎選型,因微風化巖層開挖爆破困難,在現(xiàn)場踏勘及與施工方溝通后,排除掉獨立基礎+防水板及筏板加下柱墩的基礎形式,采用較厚的平板式筏形基礎。雖然材料成本稍貴,但平板式筏形基礎相較其它基礎形式的實際操作性強,施工速度快。后施工現(xiàn)場反饋因巖石爆破深度和范圍難以精細化控制,現(xiàn)場各爆破點實際深淺不一,基坑表面凹凸不平,在清理完爆破殘渣后,采用了C15素混凝土填平場地。

        針對場地東部的兩層地下室基礎選型,考慮到底板標高處存在微風化巖或中風化巖、強風化巖、全風化巖及局部填土三種地質(zhì)情況,為緩解不均勻沉降,微風化巖或中風化巖區(qū)域采用700厚平板式筏基,強風化巖、全風化巖及局部填土區(qū)域均采用500厚筏板加下柱墩的基礎形式,并用C15素混凝土替換填平局部填土區(qū)域。

        本工程的平板式筏基的厚度由沖切控制,通過計算比較發(fā)現(xiàn),提高混凝土強度等級和設置抗沖切箍筋,均可以有效降低筏板的厚度,由于筏板的計算結(jié)果大部分為構(gòu)造配筋,減小筏板的厚度可以有效地節(jié)約基礎造價。本工程實際選用了500厚C35混凝土并配置抗沖切箍筋的筏基形式。

        3、地下室頂板選型與優(yōu)化

        3.1 頂板情況介紹

        本工程地下室負一層結(jié)構(gòu)層高為4.0m,典型柱網(wǎng)尺寸為8.1mx8.6m,框架柱截面尺寸為500mmx600mm,嵌固端在負二層頂板。頂板覆土厚度為1.2m,頂板方案選型時不考慮消防車荷載,板面附加恒載按22kN/m,活載考慮施工荷載按5.0kN/m考慮。梁板混凝土強度等級均為C35,鋼筋為HRB400。

        根據(jù)《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》GB50108-2008中的要求,地下工程防水混凝土結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)厚度不應小于250mm,故本工程地下室頂板的板厚取為不小于250mm。

        3.2 樓蓋選型測算

        因甲方不考慮使用無梁樓蓋,故測算加腋大板、十字梁、井字梁及單向雙次梁四種梁板方案,選取5x5跨(40.5mx43m)標準連續(xù)跨為研究對象,板厚均為250mm,相應的結(jié)構(gòu)布置如圖1。造價計算時,C35混凝土材料單價按645元/m,鋼筋材料單價按6100元/t取值,各體系的測算結(jié)果見表2。

        通過對不同樓蓋形式的模型計算及造價比較,得出的結(jié)論如下:

        (1)四種梁板體系中,加腋大板的經(jīng)濟性最好,單向雙次梁次之,井字梁造價最高。

        (2)十字梁體系因雙向受力形式類似,主梁跨中受到集中荷載,導致兩個方向的主梁梁高均較大,對地下室凈高影響不利。但因次梁數(shù)較少,且互為支撐,梁的總體配筋量較小。

        (3)單向雙次梁體系在平行于次梁方向的主梁梁高較小,可沿該方向布置設備管線。但另一向的主梁尺寸較大,影響地下室的凈高,且板跨較小,無法充分發(fā)揮250厚頂板的強度作用。

        (4)井字梁體系主次梁梁高適中且受力均勻,裂縫及撓度相對較小,但因梁數(shù)量較多,混凝土及鋼筋用量最大,經(jīng)濟性不強。

        (5)加腋大板體系充分發(fā)揮了250厚樓板的強度和剛度作用,顯著減少了主梁梁高及配筋量,經(jīng)濟性好,且柱跨內(nèi)無次梁,整體空間通透,使用觀感較優(yōu)。

        這一測算結(jié)論與韓建飛和張穎,文元對地下室頂板不同梁板形式的經(jīng)濟性對比中的得出的結(jié)論基本一致。故本項目地下室頂板最終選用加腋大板體系。

        3.3 加腋大板的理論基礎

        傅學怡在《實用高層建筑結(jié)構(gòu)設計》中提出,不考慮現(xiàn)澆梁板的相互作用,會無法正確反映因支座梁剛度不同導致的板塊內(nèi)力的不同走向;不考慮樓板的實際翼緣作用,會造成實際設計的框架梁支座截面受彎承載力過高,從而使梁端的塑形耗能能力大為下降,不利于結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟性。

        加腋大板為雙向拱殼空間結(jié)構(gòu),通過板加腋段的斜向壓應力,抵消部分板面豎向荷載與板底拉應力,提高樓板抗彎和抗裂的性能。同時,加腋大板支座處的水平加腋設置,使得樓板局部厚度增加,對應位置處的樓板負彎矩增大,而樓板跨中的正彎矩減小,使樓板的內(nèi)力分布更均勻,有效提高了加腋大板的設計跨度與承載力;通過較厚的樓板以及樓板加腋的自身強度及剛度,將荷載較為均勻地傳遞給框架梁,有效降低框架梁的彎矩峰值,使框架梁的截面承載力得到充分均勻的使用 。

        加腋大板通過梁板協(xié)同作用的計算模式,讓結(jié)構(gòu)整體受力形態(tài)更均勻,有利于結(jié)構(gòu)的安全性;同時充分挖掘結(jié)構(gòu)構(gòu)件各部分的承載能力,在混凝土用量增加不明顯的情況下,顯著優(yōu)化了結(jié)構(gòu)的用鋼量,提高了結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性。對于有板厚要求的地下室頂板來說,加腋大板體系是安全、經(jīng)濟且美觀的選擇。

        3.4加腋大板的模型設置

        本項目地下室使用YJK建模計算,與傳統(tǒng)梁板結(jié)構(gòu)不同的模型參數(shù)設置如下:

        (1)加腋大板區(qū)域在前處理的板屬性模塊中需設置為彈性板6,考慮樓板面內(nèi)、面外剛度;

        (2)加腋大板區(qū)域在前處理的特殊梁模塊中修改梁扭矩折減系數(shù)為1,因拱殼結(jié)構(gòu)受力形式對梁產(chǎn)生的扭矩較大,尤其對于邊跨梁扭矩按照默認的0.4折減偏于不安全;

        (3)在計算參數(shù)中,勾選“生成繪等值線用數(shù)據(jù)”,用于生成彈性板有限元的等值線計算結(jié)果;

        (4)在計算參數(shù)中,仍然可以勾選“梁剛度放大系數(shù)按10版《砼規(guī)》5.2.4條取值”,已設置為彈性板6的區(qū)域,YJK會自動把梁剛度系數(shù)調(diào)整為1.0,即按照梁板實際剛度計算分配內(nèi)力;

        (5)在計算參數(shù)中,勾選“梁與彈性板變形協(xié)調(diào)”;

        (6)在計算參數(shù)中,當計算梁配筋時,不勾選“彈性板與梁協(xié)調(diào)時考慮梁向下相對偏移”,提高梁配筋的安全儲備;當計算板配筋時,勾選此項,按照梁板實際偏移狀態(tài)模擬,避免板配筋偏少。

        3.5 加腋大板的設計

        3.5.1 加腋大板的尺寸設計

        李光雨針對樓板加腋高度和加腋寬度對梁板配筋的影響進行了研究,結(jié)果顯示隨著樓板加腋高度的增加,梁板配筋均會明顯變小;隨著樓板加腋寬度的增長,梁板配筋也會變小。李光雨建議板加腋的高度比板厚稍大即可,加腋寬度可取梁跨的1/9~1/7。

        劉維亞等也針對加腋大板的尺寸設計進行了研究,發(fā)現(xiàn)隨著板厚的增加,樓板的加腋效果會變?nèi)?,樓板的彎矩值會變大,反彎點會往支座方向移動;加腋寬度越大,板配筋越小,當加腋寬度為梁跨的1/4時,樓板的跨中彎矩值最小。

        本項目中,考慮到地下室的建筑觀感和使用凈高,普通地下室頂板處,樓板厚度為250mm,加腋高度為250mm,加腋寬度為1200mm,約為梁跨的1/7;在消防車道處,適當加大樓板尺寸,使樓板配筋量不至過大,樓板厚度取為300mm,加腋高度為300mm,加腋寬度為1500,約為梁跨的1/6~1/5。

        3.5.2 加腋大板的設計細節(jié)

        經(jīng)過與設計同行和施工方的討論交流,針對加腋大板的細部設計,有如下幾條建議:

        (1)同一柱跨內(nèi)各個樓板加腋高度和寬度盡量保持一致,如此既可簡化圖紙表達,又方便施工時加腋斜板的模板制作與安裝;

        (2)盡量避免單側(cè)加腋情況的發(fā)生,否則加腋側(cè)的樓板支座彎矩無法平衡;如存在大小板相連,交界處大板有加腋而小板加腋施工困難的情況,可以采用增加小板厚度的方法來平衡支座彎矩;

        (3)邊跨可以不加腋,一則加腋后支座彎矩加大,不利于彎矩平衡;二則邊跨處可視為簡支段,加腋反而可能造成配筋結(jié)果加大;但對邊跨梁的抗扭箍筋和腰筋需適當加強;

        (4)當因凈高要求,加腋大板的框架梁需上反時,應保證板下的梁剩余高度不小于兩個方向的樓板加腋高度,即框架梁無法像普通樓板一樣做到梁底平樓板底;

        (5)地下室樓板后澆帶應盡量避免沿樓板加腋位置布置,以免施工不便;

        (6)因框架梁配筋在采用彈性板6計算后,計算配筋量只有剛性板方案計算結(jié)果的0.5~0.6倍,考慮到框架梁可能出現(xiàn)的塑形受力狀態(tài),實際配筋時可以將梁配筋計算結(jié)果放大1.2倍作為安全儲備;

        (7)因加腋大板的拱殼效應,為防止樓板支座處開裂,實際配筋時,可以適當放大支座處的樓板負筋;

        (8)YJK樓板有限元計算結(jié)果宜采用單元中心值進行配筋,且板單元尺寸宜劃分小一點,以使框架梁位置處的樓板計算結(jié)果能單獨成格顯示,避免拉大樓板配筋計算值;

        (9)為實現(xiàn)框架梁兩側(cè)彎矩平衡,盡管梁兩側(cè)板加腋部分的底筋計算結(jié)果可能不同,但盡量人為調(diào)整成配筋一致。

        3.5.3 加腋大板的構(gòu)造與圖紙表達

        目前加腋大板的施工圖表達尚沒有統(tǒng)一的規(guī)定,現(xiàn)介紹本項目使用的加腋大板表達方法,供各位同行交流指正。

        本工程地下室頂板圖紙中,板加腋部分在垂直加腋寬度方向的配筋根據(jù)有限元計算結(jié)果確定,平行加腋寬度方向的板底配筋統(tǒng)一按構(gòu)造設置 12@150,非加腋部分的樓板底筋按照列表法表達。因同一跨內(nèi)樓板加腋的尺寸相同,故在列表法中通過加腋板編號,可以同時表達樓板的厚度、加腋尺寸及非加腋部分的鋼筋設置。加腋板的模板尺寸及板底配筋的具體表達方式詳圖2。

        根據(jù)樓板有限元計算結(jié)果,加腋大板的內(nèi)力分布與無梁樓蓋類似,存在類似“柱上板帶”的區(qū)域,故本工程地下室頂板板頂配筋使用“加強板帶”的形式,通過區(qū)分“加強板帶”與“其余區(qū)域”,并使用板頂通長筋和附加筋相結(jié)合的方式,較為經(jīng)濟地設計和表達加腋大板的上層鋼筋。具體表達詳圖3。

        結(jié)語:

        大型商業(yè)地產(chǎn)項目往往對工程造價控制嚴格,本文主要從基礎與地下室頂板兩方面介紹了一個大型商業(yè)地產(chǎn)地下室在結(jié)構(gòu)設計過程中進行的選型、經(jīng)濟性比較和設計細節(jié)思考,可供類似地下室項目參考。

        參考文獻:

        [1]韓劍飛.地下室頂板常用結(jié)構(gòu)形式的經(jīng)濟性探討[J].住宅與房地產(chǎn),2020(05):36+49.

        [2]張穎,文元.地下室頂板不同梁板布置形式的經(jīng)濟性探討[J].建筑結(jié)構(gòu),2013,43(S2):59-62.

        [3]傅學怡.實用高層建筑結(jié)構(gòu)設計[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010.

        [4]劉維亞,何遠明,鄧毅,黎少峰.加腋大板設計方法研究[J].建筑結(jié)構(gòu),2016,46(15):5-10.

        [5]成佳泰.地下室頂板加腋的設計方法及應用探討[J].工程建設,2018,50(07):42-46+61.

        [6]李光雨.加腋大板樓蓋受力性能研究[J].建筑技術(shù)開發(fā),2018,45(01):9-11.

        作者簡介:

        禹曼琳(1992-),女,漢族,碩士,工程師,主要從事結(jié)構(gòu)設工作。

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