温州某办公楼大底盘地下室结构设计

2015-03-23熊海丰王静民

浙江建筑 2015年6期

熊海丰，王静民

XIONG Haifeng1，WANG Jingmin2

(1.浙江工业大学建筑规划设计研究院有限公司，浙江杭州310014;2.浙江建筑特种技术工程公司，浙江杭州310014)

1 工程概况

某办公楼位于温州瑞安市瑞祥新区。地上2 幢建筑，多层5 层高度23.50 m;高层25 层高度98.0 m，总建筑面积约7.65 万m2。其中地下室2 层，平面尺寸为120.0 m×118.0 m，面积约2.83 万m2，层高均为3.80 m，主要功能为汽车库、设备区域，局部人防。地下室及多层采用框架结构，高层主楼采用框剪结构。结构安全等级为二级，抗震设防烈度6 度，设防类别为丙类，地震分组第二组。基本风压0.6 kN/m2。建筑平面见图1。

图1 建筑平面

2 地质条件

场地所处为冲海积平原，地势较平坦，浅部主要由高压缩性的淤泥组成。场地类别Ⅳ类，特征周期0.75 s。地基土主要分层为:淤泥层，厚度约28.5 m;黏土层，厚度约60 m，中部夹杂0～1.50 m 不等的圆砾;含碎石黏土层，厚度约10 m，Es=4.6 MPa，qsia=27 kPa，qpa=500 kPa;全风化凝灰岩，厚度3～12 m，qpa=600 kPa;强风化凝灰岩，厚度0.8～3.2 m，qpa=1500 kPa;中风化凝灰岩，揭露厚度3～8.10 m，qpa=3500 kPa。

3 基础及底板设计

3.1 基础方案

根据工程经验［1］，本项目采用钻孔灌注桩基础。经计算，以基岩为桩端持力层时，承载力已超过C35 的桩身混凝土强度，即基岩埋藏深，承载能力不能充分利用。经过对荷载与桩承载力匹配分析，最终采用摩擦桩，以深部的黏土层作为持力层。桩直径φ700 mm，桩长60 m，特征值取2200 kN，抗拔特征值取540，980 kN。桩直径φ800 mm，桩长80 m，特征值取3850 kN。

底板若采用梁板式，其整体刚度好，不易出现裂缝及漏水，对不均匀沉降有较强的调节能力。但梁板式忽略了板自身的承载能力，经济性较差。经计算，地梁截面为500 mm×1300 mm，板厚为650 mm。采用无梁筏板式，板受力与实际相符，经计算，板厚取700 mm，经济性较优。事实上，采用无梁筏板已成为底板设计的趋势。尤其在常规柱网，承台净距不大时，可优先选择无梁筏板方案。本项目选定桩加无梁筏板作为基础方案，桩承台兼做筏板的柱帽。

3.2 底板抗浮荷载计算

建筑±0.00 m 相对黄海标高4.90 m，底板面标高为-9.20 m。温州地区暴雨多发，抗浮水位取室外地坪，即-0.30 m。底板厚取700 mm，则板底水头高度为9.60 m。JCCAD 桩筏筏板有限元荷载图中水压力标准值即为96 kPa。在采用Slabcad 计算底板时，水压力标准值:96-(0.7×25+0.1×17)=76.8 kPa，自动计算板自重，按正向恒荷载输入时扣除自重，取为59.3 kPa。

3.3 无梁筏板的设计

采用PKPM-JCCAD 桩筏筏板有限元模块，按照弹性地基梁板模型，依据常规桩基的规范要求进行设计计算。在承载力、桩反力及筏板内力计算时，勾选“底板抗浮验算”，根据桩的预估沉降量，指定桩的刚度。在沉降计算时，按单向压缩分层总和法-弹性解模型计算，桩的刚度由软件依据地质资料计算确定。结果显示，主楼沉降为29～40 mm，多层及纯地下室沉降为5～28 mm，沉降不均匀表现较明显。为此，沿主楼周边设置了沉降后浇带。用Slabcad复核计算了底板的内力，依据两者的结果确定底板配筋为 18@140 双层双向。主楼核心筒筏板，采用JCCAD 建模计算，有限元网格取0.8 m，筏板厚度2.3 m，筏板底筋 25@100 双向局部附加 25@200双向;筏板面 18@140 双向加 25@150 双向，两层布置。

主楼与地下室以42°斜向交叉，若底板钢筋在交叉处断开搭接，则削弱了地下室底板与主楼的连接。考虑到两方向配筋相同，斜交角近似45°，正交分解后，两方向各自的配筋量仍然相同。所以底板面筋设计为全部拉通，底筋斜交锚入主楼承台。为了使底板受力合理，方便施工，三桩承台均设计为矩形，钢筋按正交布置，见图2。

图2 三桩承台的设计

4 顶板设计

4.1 室内顶板设计

上部结构嵌固部位选择在地下室顶板是经济合理的。室内顶板面标高为± 0. 00 m，室外为-1.50 m，两者高差1.5 m。在计算负一层与1 层的侧向刚度比时，不考虑“相关范围”的贡献。为了满足抗震规范［2］对嵌固端的刚度要求，结合人防墙，水池墙的布置在地下室增设部分混凝土墙并适当加大柱截面，以满足刚度比K-1/K1＞2 的要求。室内顶板厚180 mm，配筋 10@150 双层双向。在主楼周边框架轴线处设置内外加腋，进一步保证高差部位主楼基底剪力向大地下室的传递。同时，提高周边挡墙的配筋率，使其能分担一部分边柱的剪力，使整体抗剪承载能力得到提高。

对于主楼，需复核高规［3］3.5.2 -2 款的要求。1 层是嵌固层，考虑层高修正，1 层与2 层侧向刚度比需满足K1h1/K2h2＞1. 5。以X 方向为例，一层K1=3.1163 ×106(kN/m)，层高5.40 m;2 层K2=2.5341 ×106(kN/m)，层高4.40 m;其侧向刚度比为1.51，满足要求。同理验算Y 方向。若不满足，则嵌固层为软弱层，需调整1 层的柱墙截面布置，进而影响到负一层与1 层的刚度比计算。

4.2 室外顶板方案比选

地下室柱网为8. 40 m × 8. 40 m，顶板覆土1.2 m。顶板局部为小型车停车场，其他为游憩广场。消防通道环绕多层及主楼周边。因无法设置消防车限行措施，整个顶板均考虑为消防车作业区域［4］。根据净高要求，梁高限值为1 m。本着结构性能良好、经济合理、施工方便的原则，提出了4 种顶板方案:a.井字梁;b.十字交叉梁;c.单向双次梁;d.主梁加大板等。恒荷载计算时考虑地面做法及板底悬挂荷载取:1. 2 ×20 =24 kN/m2。平时活载:5 kN/m2。

根据荷载规范［5］，考虑覆土对消防车荷载的折减，折算覆土厚度s' =1.43 stanθ。由规范条文说明及文献［4］，应力扩散角θ 取为35°，则s' =1.43 ×1.2 ×tan35° =1.2 m。根据附录B 表B.0.1(2)，按照跨度及折算覆土厚度线性插值，得到各方案考虑覆土厚度的折减系数:a 为0.844;b 为0.904;c 为0.85;d 为1.0。

双向板板跨介于3～6 m 之间时，消防车等效均布活荷载按跨度线性插值确定。矩形双向板按短边和长边边长分别确定相应数值，再取其平均值作为等效均布活荷载。按此原则，结合规范5.1.1-2 条得到各方案计算各构件时消防车荷载取值如下:

(1)计算板 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;消防车等效荷载的准永久值系数为0，板设计时，平时荷载下弹性计算并控制裂缝0.3，消防车荷载下塑性设计，板的配筋按两者的计算结果包络设计。

(2)计算次梁 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)计算主梁 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。

按上述荷载，采用PKPM2010V1. 3 版程序计算。计算参数:混凝土C35，钢筋HRB400。依据防水规范［6］，顶板最小厚度取250 mm，自动计算楼盖自重。根据计算结果进行施工图配筋见图3～6。

图3 a 方案:井字梁楼盖计算配筋结果

图4 b 方案:十字交叉梁楼盖计算配筋结果

a 和c 方案，主梁在三等分点处受较小的集中力，弯矩峰值相对较小;b 方案，主梁在跨中受到较大的集中力，产生了较大的弯矩峰值。对次梁，a 和b 方案双向协同受力，内力分配合理，次梁高度相对小;c 方案次梁受荷面积与b 相同，但无协同受力，其内力及截面都相对较大。d 方案，主梁近似承担均布荷载，受力均衡，弯矩值小且变化平缓。

从板来看:a、b 方案，板块内力均匀，配筋由平时荷载下弹性控制，为构造配筋;c 方案，板块均匀，跨度较小，但消防车等效荷载较大，其配筋由塑性设计控制;d 方案，板内力均匀，配筋由平时荷载下弹性控制。

图5 c 方案:单向双次梁楼盖计算配筋结果

图6 d 方案:主梁加大板楼盖计算配筋结果

从经济性看:井字梁方案的含钢量和混凝土用量最大;十字交叉梁次之;再次为单向双次梁;最节省的是主梁加大板方案。同时，a 与d 方案对层高有较大优势，主梁跨中截面高度为0.85 m。b、c 两方案跨中梁高为1 m。根据经验统计，层高每减少100 mm，楼面综合造价可节约15～20 元/m2。按此考虑，则b 方案最费，a 与c 方案次之，最优仍为d方案。具体结果见表1、表2。

表1 4 种方案楼盖综合含钢量对比

表2 4 种方案楼盖综合混凝土量对比

本项目最终选择d 方案主梁加大板作为地下室顶板方案。此方案充分利用了板自身的承载能力，板跨高比26.3，厚度与配筋均十分合理。板的配筋通常由平时荷载(弹性计算)控制，消防车等效荷载只需塑性计算复核。在施工方面，模板拼装简单快速，周转率高，钢筋绑扎简便，进度加快。

5 负1 层设计及构造设计

人防设置在负二层。负一层楼面，局部为人防顶板，其他为汽车库。根据人防规范［7］，人防顶板等效静荷载标准值取55 kN/m2。经过比选，负一层均采用十字交叉梁楼盖方案。人防区主梁500 mm×900 mm，次梁300 mm ×850 mm，板厚250 mm，配筋 12@180 双层双向。非人防区主梁300 mm ×800 mm，次梁250 mm×700 mm，板厚140 mm，配筋8@150 双层双向。

负一层及顶板梁均按带翼缘的T 形梁计算，以减少梁的跨中配筋。外墙、人防墙，墙顶墙底均不设暗梁。为了增强顶板高差处的整体性，对主楼嵌固端周边“相关范围”的顶板，适当提高配筋率。