某地下室结构优化设计

汪钧荣,刘志荣

(1.杭州贝邸欧建筑设计咨询有限公司,浙江 杭州 310021；2.杭州杰优建筑设计咨询有限公司,浙江 杭州 310052)



某地下室结构优化设计

汪钧荣1,刘志荣2

(1.杭州贝邸欧建筑设计咨询有限公司,浙江 杭州 310021；2.杭州杰优建筑设计咨询有限公司,浙江 杭州 310052)

现有住宅小区和商业建筑一般设有一层或多层地下室,如何设计一个既安全又经济的地下室一直是设计人员较为关心的问题,设计时应该对地下室梁板结构作不同方案的比选。今结合某工程地下室的设计实例,对地下室顶板荷载取值、无梁底板、大板楼盖顶板、地下室外墙等,在结构设计时提出如何优化的建议。

地下室；大板楼盖顶板；无梁底板

1　工程概况

项目位于安徽省滁州市。该工程由22栋住宅楼及地下室、幼儿园和社区配套商业用房组成。工程所在地为6度区,地震加速度为0.05g,Ⅱ类场地,地震分组为第2组,特征周期为0.40s,50年一遇的基本风压为0.35kN/m,雪压为0.50kN/m,地面粗糙度为B类,基础设计等级为甲级;场地地下水抗浮设防水位采用地下室室外地坪以下0.8m。地下室顶板覆土厚度为1.3m,地下室层高为4m,整个场地平面呈北低南高的状态。

地下室挖深范围内土层为第①层填土、第②层粉质黏土、第②1层粉质黏土。其中第②层粉质黏土承载力特征值为125kPa,第②1层粉质黏土承载力特征值为70kPa。

地下室抗浮水位的取值,地勘报告提供的意见为室外地坪以下0.8m,由于整个场地呈北低南高的状态,而且场地周边道路更低,所以抗浮水位可取项目北面主要入口处的地坪标高以下0.8m的位置。抗浮水位取值的高低对地下室底板和外墙的厚度及配筋影响是巨大的,一定要慎重考虑。

2　地下室顶板的荷载取值

首先消防车荷载应严格按荷载规范附录B中考虑覆土影响的折减系数,在基础设计时不能考虑消防车荷载,消防车荷载的布置范围要严格按消防车道布置,不可以随意扩大布置范围[1]。地下室顶板有覆土处活荷载(非消防车道处)根据《建筑结构荷载规范(GB50009—2012)》第5.5.1条及其条文说明，《建筑结构专业技术措施》第2.0.3条,顶板活荷载取4.0kN/m2,许多设计人员顶板活荷载(非消防车道处)在考虑覆土重量后再附加10.0kN/m2的施工荷载不经济。

3　地下室基础底板方案确定

首先考虑到基底范围内土质分布不均匀,有②层粉质黏土和②1层粉质黏土,其中②1层土承载力太差,无法采用柱下独立基础。结合施工进度和地质情况最终选择预应力管桩基础,管桩为PHC400A95 ,有效桩长13m,单桩竖向抗压承载力特征值根据现场静载荷实验确定为1 150kN。

方案一：考虑常规设计思路,采用“承台+地梁+防水板”方案,用PKPM软件中JCCAD模块进行计算,取最大的柱网(6.6m×7.7m)处5×5跨进行试算,得出结果为：三桩承台(1 000mm厚)+地梁(截面为350mm×900mm)+350mm厚底板,并采用倒楼盖设计进行复核计算,设计结果见图1。

方案二：通过方案一的计算得知底板厚度要取到350mm,可以考虑充分利用厚板的弹性变形能力,取消地梁,采用“承台+防水板”方案[2]。用PKPM软件的SLABCAD模块,取相同位置进行无梁楼盖试算,柱帽采用矩形便于受力分析,平面尺寸为2 600mm×2 800mm,厚度为1 000mm。得出结果为：板配筋大部分与方案一相同,在板与承台的交接位置需要增设部分钢筋。最后还采用盈建科YJK软件的基础设计模块进行了对比计算,结果与SLABCAD基本一致。设计结果见图2。

图1　方案一：承台+地梁+防水板

图2　方案二：承台+防水板

构件方案一钢筋量/t混凝土量/m3方案二钢筋量/t混凝土量/m3基础梁086536600承台0236200405473防水板1656179513541795合计2757236117592268

注：取6.6m×7.7m板跨内进行比较。

由以上对比可知,方案二无论是含钢量还是含混凝土量均占有明显的优势,而且方案二因为没有基础梁,将大幅度减少土方开挖量及模板用量,进一步缩短了施工周期。所以底板方案选择方案二：“承台+防水板”方案。

4　地下室顶板的方案选择

根据地下室顶板板厚、荷载,满足净空要求的最大梁高等条件,进行井字梁、十字梁、单向板、大板楼盖、无梁楼盖、预应力等多种顶板结构方案的比较。考虑到《高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3—2010)》第3.6.3条规定作为上部结构嵌固部位的地下室楼层的顶楼盖应采用梁板结构，再由于《地下工程防水技术规范(GB50108—2008)》第4.1.7 条规定防水混凝土结构厚度不应小于250mm。则大板楼盖体系更为节省,因没有次梁施工更方便，所以大板楼盖体系为最优结构方案。

5　地下室外墙设计

地下室外墙设计时要选择合理的计算简图,当地下室施工采用护坡或连续墙支护时,外墙土压力计算中,可以考虑基坑支护与地下室外墙的共同作用,按静止土压力乘以折减系数0.66近似计算(静止土压力系数Ka=0.5×0.66=0.33),对墙体厚度及配筋的优化有一定的影响[3]。 墙与基础底、顶板及楼板交界处不设置基础梁及暗梁,减少配筋量。

本工程通过不同方案的比选,并在构造细节上进行精选,节约了用钢量,降低了施工难度,取得了经济合理、施工方便的良好效果。

6　结　语

由于地下室造价占整个项目造价的比重也相当大,所以设计时对地下室的结构选型和优化设计非常重要,在方案阶段就应该因地制宜地对多个方案进行详细的比较、论证,选出最优方案。值得注意的是,最优方案不是一成不变的,关键在于要熟悉各种方案的特点,选出最经济最合适的方案。

[1]姜学诗.建筑结构施工图设计文件审查常见问题分析[M]. 北京:中国建筑工业出版社,2009.

[2]邹齐,傅学怡.钢筋混凝土带承台柱帽无梁筏板在地下室底板中的应用[C]∥第十八届全国高层建筑结构学术会议论文. 重庆：中国建筑科学研究院,2004:89-93.

[3]程懋堃,吴学敏,汪大绥,等.全国民用建筑工程设计技术措施(地基与基础)[M].2009版.北京:中国计划出版社,2010.

Optimum Design of a Basement Structure

WANG Junrong1, LIU Zhirong2

2016-05-16

汪钧荣(1983—),男,安徽黄山人,工程师,从事建筑设计优化工作。

TU

B