荆州市景湖花园人防地下室结构方案设计优选

王拥军 (荆州市城市规划设计研究院,湖北 荆州 434000)

荆州市景湖花园人防地下室结构方案设计优选

王拥军 (荆州市城市规划设计研究院,湖北 荆州 434000)

以荆州市景湖花园人防工程的设计为实例，通过对梁板结构和有柱帽无梁楼盖结构2种结构方案优化比选, 并进行技术经济分析，阐明了有柱帽无梁楼盖结构在人防地下室的应用优势。实际施工证明了其正确性，可供同类工程借鉴。

人防地下室; 梁板结构；有柱帽无梁楼盖结构

1 工程概况

湖北省荆州市景湖花园地下一层甲类人防地下室平时为汽车库,战时为核6级二等人员掩蔽所，防常规武器抗力级别为6级，防核武器抗力级别为6级, 建筑面积为2399m2,防护区面积为1998m2，为一个防护单元。地下室顶板标高-0.800，覆土800mm，底板标高-5.250,工程采用无梁楼盖结构,梁板筏式基础。抗震设防烈度为6°，设计基本地震加速度值为0.05g；设计地震分组为第1组。场地类别为II类建筑场地。勘探期间测得承压地下水位埋深2.5～3.0m,历史最高水位29.29m。地形地貌及土层分布—拟建场地土层分布自上而下是：1层为杂填土、2层为粉质粘土、3层为淤泥粉质粘土、4层为粉砂夹粘土、5层为粉细砂、5层为细砂、6层为细砂夹圆砾、7层为卵石。

2 结构方案设计优选

2.1结构选型

1)方案1:梁板结构 该方案传力清晰，抗震性能好，技术成熟，应用广泛，安全可靠。不足是梁高度大，影响使用空间，经济性效益差。图1为按梁板结构用PKPM软件计算出来的梁板局部配筋图。

图1 按梁板结构用PKPM软件计算出来的梁板局部配筋图

2)方案2:有柱帽无梁楼盖结构 该方案节省使用空间，板底平整，构造简单，整体性好，建筑空间大，可有效地增加层高。采用无梁楼盖体系建筑物的地震效应也要明显小于层高较大的梁板结构体系的建筑物。在施工方面,采用无梁楼盖结构体系的建筑物具有施工支模简单，楼面钢筋绑扎方便,设备安装方便等优点,从而大大提高了施工速度。但无梁楼盖结构体系也有其自身的缺点,由于取消了肋梁,使无梁楼盖结构体系的抗弯刚度减小，挠度增大,柱子周边的剪应力高度集中,可能会引起局部板的冲切破坏;侧向刚度比较差,层数较少时可以设置板柱结构来抵抗水平荷载,当层数较多或要求抗震时,一般需要设剪力墙来增加侧向刚度。图2为按无梁楼盖结构用Strat软件计算出来的板局部配筋图。

图2 按无梁楼盖结构用Strat软件计算出来的板局部配筋图

2.2经济比较

取B,C轴交⑤,⑥轴范围内的屋盖板分析。有柱帽无梁楼盖结构需混凝土用量24.3m3，三级钢钢筋用量2.8t；梁板结构需混凝土用量24.01m3，二级钢筋用量2.7t，一级钢0.026t。2种结构形式混凝土和钢筋用量相当。因有柱帽无梁楼盖结构在空间和施工速度方面的优势，决定采用结构方案2。

3 部分结构详细设计

图3 地下室剖面图

3.1抗浮验算

由于该工程是地下一层地下室且地下水位埋深较浅, 所以地下室抗浮验算尤为重要。由于地质报告未提供抗浮设防水位，按《全国民用建筑工程设计技术措施》7.1.4条,抗浮设防水位可采用丰水期最高水位确定。根据地质报告，历史最高水位为29.29m,又根据建筑总平面，室外地面设计标高29.90m，所以抗浮设防水位取室外地面以下0.6m考虑。该工程按照《全国民用建筑工程设计技术措施》的抗浮验算公式进行抗浮验算：

G/S>K

式中，G为结构自重及其上作用的永久荷载标准值的总和；S为地下水对建筑物托力标准值；K为安全系数，取1.05。地下室剖面如图3所示。

每平米顶板覆土重和自重标准值分别为：

0.8m×20kN/m3=16kN/m20.45m×25kN/m3=11.25kN/m2

每平米底板自重荷载和覆土重标准值分别为:

0.5m×25kN/m3=12.5kN/m21.1m×18kN/m3=19.8kN/m2

每平米结构自重及其上作用的永久荷载标准值的总和：

G=16+11.25+12.5+19.8=59.55kN/m2

每平米地下水对建筑物托力标准值：

S=(5.25+0.5-0.6)×10=51.5kN/m2

G/S=59.55/51.5 =1.16>K=1.05，抗浮满足要求。

3.2柱对顶板冲切验算

顶板截面尺寸除满足《人民防空地下室设计规范》(GB50038-2005)[1]相关规定,同时应满足顶板冲切要求。柱对板冲切验算如下(取板+柱帽厚(450mm+300mm)验算):

1)柱对板冲切力计算(平时荷载) 顶板覆土自重标准值加顶板自重标准值：

0.8m×20kN/m3+0.45m×25kN/m3=27.25kN/m2

按照《全国民用建筑工程设计技术措施》5.8.11顶板活荷载标准值5kN/m2，根据《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2001)[2]求柱顶荷载Fz:

柱对板冲切力Fl为:

Fl=2060kN-1.982m2×(27.25kN/m2×1.35+1.4×0.7×5kN/m2)=1897kN

图4 柱帽大样图

板厚h=500mm<800mm，故截面高度影响系数βh=1.0，因集中反力作用面积为矩形，长边与短边的比值为8.1/6.1=1.33<2，故长边与短边的比值影响系数βs=2。由《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)公式(6.5.1-2)得，集中反力作用面积形状的影响系数η1=0.4+1.2/βs=0.4+1.2/2=1.0。

由《混凝土结构设计规范》公式(6.5.1-1)得顶板抗冲切承载力：

F=0.7βhftημmh0=0.7×1.0×1.43×1.0×5160×690×10-3=3564(kN)>Fl=1897kN

即顶板抗冲切承载力大于顶板冲切力，满足要求。

3.3裂缝控制

该工程长60.4m，宽42.2m。根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)8.1.1条，地下室最大伸缩缝间距为40m，而在人防地下室中设置伸缩缝显然不现实。所以为减少混凝土硬化过程中的收缩应力，防止混凝土结构产生早期收缩裂缝，设计时在60.40m方向的中部设置了施工后浇带。又因为施工后浇带要在主体浇筑完1个月后浇筑，施工周期太长,建议一次完成浇筑。在参考中国建筑材料科学研究院发明的超长结构的无缝设计施工方法后，具体施工时采用了如下做法：将原1m宽施工后浇带改为2m宽膨胀加强带，加强带的两侧设密孔铁丝网，并用8mm间距100mm的立筋加固，目的是防止混凝土流入加强带。施工时，加强带外用掺10%UEA的小膨胀混凝土(C30)，浇筑到加强带时，浇筑掺14%UEA的大膨胀混凝土(C35), 浇筑到另一侧时，又改用掺10%UEA的小膨胀混凝土(C30)浇筑。浇筑完工后加强养护，尤其注意墙立面的养护。同时设计也调整了墙体钢筋的水平配筋率，使墙体钢筋的水平配筋率不小于0.5%。

4 注意事项

4.1设计荷载

人防荷载值因上部结构类型,工程地质和水文地质条件以及材料的不同有很大差别，所以特别注意正确取用人防荷载。分别查常规武器爆炸动荷载作用下结构等效静荷载与核武器爆炸动荷载作用下结构等效静荷载, 综合考虑后取值。如外墙等效荷载标准值的取用,根据地质勘探报告人防地下室周围土为粉质粘土,饱和度100%,饱和土含气量小于0.05%，顶板顶面埋深h<1.5m，这样按常规武器爆炸动荷载作用下结构等效静荷载查《人民防空地下室设计规范》(GB50038-2005)表4.7.3-2 等效静荷载为50～70kN/m2;按核武器爆炸动荷载动荷载作用下结构等效静荷载查《人民防空地下室设计规范》表4.8.3-2等效静荷载为45～60kN/m2。所以外墙等效静荷载综合按60kN/m2取用。

4.2调整参数

该工程防水等级为二级,根据《地下室防水技术规范》(GB50108-2008)[4],防水混凝土迎水面保护层应为50,所以在计算软件PKPM中的相关参数输入须将保护层厚度调整过来。特别应注意回填土侧压系数应按《人民防空地下室设计规范》(GB50038-2005)中表4.5.5设置,不能按程序的自动取值确定。程序中回填土侧压系数的自动取值为0.5，对于非人防地下室,在静止土压力情况下，该值一般偏安全。而在人防荷载作用下，根据本市的地质情况,外墙周围土位于地下水位以下一般为砂土,粉质粘土和淤泥质土。按《人民防空地下室设计规范》表4.5.5的取值,土侧压系数为0.7～0.9。该工程因外墙周围土主要为软塑状的粉质粘土，查表知土侧压系数应为0.7～1.0,考虑地下水位埋深较浅,墙周土大多处于饱和状态，土侧压系数取为0.9。根据《人民防空地下室设计规范》(GB50038-2005)在动荷载和静荷载同时作用下,材料强度可乘材料强度综合调整系数。在使用广厦软件进行人防计算时,需用手动调整材料强度。在使用计算软件PKPM进行人防计算时, 程序已自动调整材料强度,不需再手动调整。

[1] GB50038-2005，人民防空地下室设计规范[S].

[2] GB50009-2001，建筑结构荷载规范[S].

[3] GB50010-2010，混凝土结构设计规范[S].

[4] GB50108-2008，地下室防水技术规范[S].

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.09.043

TU93

A

1673-1409(2012)09-N123-04

2012-06-18

王拥军(1970-)，男，1993年大学毕业，工程师，一级注册结构工程师，现主要从事人防地下室有柱帽无梁楼盖结构方面的研究工作。

[编辑] 洪云飞