某银行档案馆结构设计要点及优化探讨

武逸铭 曹国治 黄何烽

（浙江蓝绿双城建筑设计有限公司，浙江 杭州 311215）

1 工程概况

该项目为南方某银行省分行的档案馆，位于城市繁华地段。地上主楼为14层，1～2层为营业用房，3～14层为密集柜档案库房，房屋高度为56.300m，地上建筑面积为22000m，结构类型为框架-抗震墙结构。裙房为3层，结构类型为框架结构。地下1层为人防地下室，人防等级为甲类核六级常六级。根据总行印发的档案管理中心建设规范（2018年版）省分行、直属分行档案中心等级参照乙级档案馆，因此该工程档案馆等级为乙级，耐火等级为一级。设计使用年限为50年。结构重要性系数为1.0。根据《档案馆建筑设计规范》JGJ25—2010，6度区重要城市的乙级档案馆宜按7度设防，因此该工程设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1g，设计地震分组为第一组，抗震设防类别为丙类，场地类别为II类。特征周期为0.35s。基本风压：0.35kN/㎡，基本雪压：0.50kN/㎡。主楼剪力墙抗震等级为二级，框架抗震等级为三级。裙房框架抗震等级为三级。主楼墙柱混凝土强度等级：地下室～3层为C55，4～6层为C50，7～8层为C45，9～10层为C40，11～12层为C35，13～屋顶层为C30。梁板混凝土强度等级：地下室～13层为C35，13～屋顶层为C30。

基础采用旋挖钻孔灌注桩，以5-3层中风化砂岩为桩基持力层。建筑桩基设计等级为甲级。该工程主楼采用桩径Φ1000mm（扩底D=1400mm），裙房和纯地下车库部分桩径为Φ800mm（不扩底）、Φ800mm（扩底D=1200mm）两种。抗浮设防水位根据地勘提供为室外地坪以下500mm（即-0.800m）。纯地下车库顶板标高为-1.800m，室外地坪-0.300m，地下室底板面标高为-7.000m。

2 密集柜档案库荷载输入及荷载效应组合

在设计含有密集柜档案库等功能房间的民用建筑结构房屋时，由于档案库等的楼面活荷载组合值系数、频遇值系数、准永久值系数、重力荷载代表值系数比普通活荷载要大，现有版本PKPM软件不能区分档案库和普通房间活荷载组合值系数的差异，且提供的楼板活荷载类型定义功能仅用于活荷载工况折减，若直接按普通楼面活荷载输入模型中计算会导致计算结果不准确。此时可以通过PKPM提供的荷载补充菜单中的自定义工况功能，自定义档案库荷载，并在SATWE分析时修改荷载工况参与整体计算即可解决此问题。

首先，查《建筑结构荷载规范》GB50009—2012表5.1.1可知密集柜档案库的活载组合值系数为0.9，准永久值系数为0.8，频遇值系数为0.9。另据《建筑抗震设计规范》GB50011—2010（2016年版）中5.1.3条规定，密集柜档案库重力荷载代表值系数为0.8。而PKPM软件默认的普通活载组合值系数为0.7，准永久值系数为0.5，频遇值系数为0.6，重力荷载代表值系数为0.5。建模时先输入非档案库区域的楼面活荷载，档案库区域活荷载输入0。然后在PKPM 荷载补充菜单中，自定义一个档案库活载。在荷载补充菜单中选取”档案库荷载工况”，输入档案库区域活荷载为12kN/m，普通区域活荷载输入0。

荷载输入完成，转到SATWE中，在荷载组合选项中多了一个“档案库荷载工况”，手动修改档案库荷载组合值系数、重力荷载代表值系数、准永久值系数、频遇值系数为规范规定值。最后，在组合信息中选择“自定义活载工况”为叠加，同时考虑档案库活荷载与普通活荷载，这样就保证了荷载输入和工况组合正确。

3 结构梁格布置形式优化

3.1 地下室顶板采用加腋大板的经济性分析

地下室顶板采用加腋大板的楼盖形式，因其较主次梁结构体系更经济合理，且增加了地下室净高。该工程选取X、Y方向各三跨8.1m×8.1m的柱网为例建模，大板结构按弹性板6参与整体计算板计算方法为有限元法。主楼截面为400mm×800mm，柱截面为500mm×500mm。恒载取27kN/m，活荷载取5kN/m。现研究板不同加腋形式对结构经济指标的影响。1）当加腋宽度相同，加腋高度变化时：板厚取250mm，板加腋宽度取1000mm，加腋高度分别取150mm、200mm、250mm。分析结果见表1（混凝土按500元/m，钢筋按5000元/t）。2）加腋高度相同，加腋宽度变化时：板厚取250mm，板加腋高度取200mm，加腋宽度分别取800mm，1000mm，1200mm。分析结果见表2。

从表1可知：板加腋高度取200mm时总造价最低。从表2可知：随着板加腋宽度增加，总砼用量逐渐增加，而总造价增加的幅度不明显。综上所述，加腋高度可取200mm，加腋宽度可取1000mm，经济效果最佳。

3.2 上部楼盖结构梁布置形式技术指标比较

上部结构密集柜档案库区域在9.0m×9.0m的柱网下，标准层不同的梁布置形式：1）大板结构（图1）; 2）一道次梁（图2）; 3）十字交叉梁（图3）; 4）两纵一横次梁（图4）。标准层面积为1406.57m。

表1 加腋宽度相同，加腋高度变化时经济指标

表2 加腋高度相同，加腋宽度变化时经济指标

表3 不同结构梁布置形式技术指标比较

从表3可知，混凝土用量一道次梁最少，但与其他形式相比，含砼量相差不大，两纵一横次之；用钢量方面则是两纵一横次梁最省。综上所述，采用两纵一横次梁布置方案最经济合理。

图1 大板结构

图2 一道次梁

图3 十字交叉梁

图4 两纵一横次梁

4 地下室基础底板和锚杆优化

4.1 基础概况

目前地下车库底板无梁楼盖方案应用较广泛，因其无须做砖胎膜，减少土方开挖量，施工方便，造价比普通梁板结构低，受到建设单位的青睐。该工程纯地下车库底板厚为300mm，底板承受的水浮力标准值为65kN/m。底板及面层自重标准值为0.30×25+0.1×20=9.5kN/m。地下车库底板采用无梁楼盖加柱下桩基承台形式，承台作为底板的柱帽，板下布置抗拔锚杆。

4.2 基础土层参数

由勘察报告可知，地基土层参数见表4。

表4 土层参数表

4.3 抗浮锚杆布置形式及优化

4.3.1 底板下均匀布置锚杆的传统做法

抗浮锚杆设计直径为150mm，单根锚杆抗拔承载力特征值为200kN。底板承受的向上的荷载标准值如下。

常见锚杆布置方案有两种，即锚杆布置于柱下基础和锚杆在防水板下均匀布置。前者用于整体抗浮，而后者主要依靠锚杆的抗拔力抵抗水浮力，可用于整体抗浮和局部抗浮。而该工程底板受到的水浮力大，水浮力为控制荷载，靠底板自身刚度抵抗水浮力，底板厚度和配筋会很大，不经济。若采用在防水板下均匀布置锚杆方案，按传统做法，锚杆间距S=200/61.05=3.27m，取1.80m×1.80m间距布置锚杆，将锚杆视为板的不动支座，锚杆承担全部水浮力，防水板按构造配筋即可。但是该传统做法未考虑锚杆和防水板的变形协调问题，水浮力作用于底板，使底板产生变形，底板的变形会使锚杆产生变形，锚杆产生拉力又会约束底板的变形，锚杆和防水板实际上是作为一个整体来共同抵抗水浮力的。因此不能将锚杆视为板的不动支座，而应简化为特定刚度的弹簧，水浮力在锚杆和防水板间的分配与两者的相对刚度密切相关。上述传统做法不仅浪费而且存在安全隐患。

4.3.2 考虑锚杆和防水板的共同工作布置锚杆

该工程以8.1m×8.1m的柱网为例，将锚杆均匀布置在板底（图5），通过JCCAD有限元分析结果发现，均匀布置的锚杆反力差异很大，靠近板中心区域锚杆反力最大达217kN，已经超过锚杆抗拔承载力特征值，而靠近柱边区域的反力则很小，锚杆作用未充分发挥。因此必须考虑锚杆和防水板的变形协调，取锚杆抗拔刚度为180kN/m，优化锚杆布置，在板中心受水浮力较大的区域集中布置锚杆，而在柱边少布置锚杆，由优化后锚杆抗拔承载力验算结果（图6）可知：1）集中布置的锚杆反力比较均匀，锚杆抗拔力得到充分发挥，锚杆数量相较均匀布置得少了6根，节约了30%以上的造价，经济效益显著，受力也更加合理。2）当锚杆刚度较小，防水板刚度较大时，锚杆受到的反力较小，水浮力主要通过防水板传给支座。当锚杆刚度较大时，锚杆承担的水浮力显著增加，可有效减少防水板传给支座的水浮力，从而提高锚杆的承载力。因此抗浮设计时考虑锚杆和防水板的共同作用更经济合理。

5 总结

该文以某银行档案馆为例，介绍了在结构设计流程中档案库荷载的输入问题，切不可盲目采用软件的默认值，因密集柜档案库活荷载相关系数值均比普通活载要大，其取值的准确性直接影响结构总体计算指标和配筋结果，这是保障结构安全的前提。

分析比选结构方案，采用更加经济合理的结构。对地下室顶板采用加腋大板受力合理也更经济，而上部结构采用主次梁体系更经济合理。

在地下室抗浮设计时，可考虑锚杆和底板变形协调，根据锚杆抗拔承载力和变形结果优化锚杆布置方式，取得较好的效果。

图5 锚杆抗拔承载力验算结果（均匀布置）

图6 锚杆抗拔承载力验算结果（集中布置）