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

【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(chǔ)及頂板的選型與優(yōu)化，反映了基礎(chǔ)概念設(shè)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(shè)計中的優(yōu)越性，并就加腋大板設(shè)計過程中的細節(jié)問題進行了探討。

【關(guān)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(shè)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(chǔ)選型與優(yōu)化

本項目建設(shè)場地土層分布不均勻，下部風(fēng)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(fēng)化巖埋深較淺，場地東部相同標(biāo)高處卻主要為殘積沙質(zhì)粘土及全風(fēng)化巖?？紤]到首開區(qū)對工程造價和項目工期的控制非常嚴(yán)格，設(shè)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(fēng)化巖持力層。如此，可大大減少對場地西側(cè)大范圍微風(fēng)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(chǔ)部分的工期和造價。

針對場地中西部的一層地下室的基礎(chǔ)選型，因微風(fēng)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(chǔ)+防水板及筏板加下柱墩的基礎(chǔ)形式，采用較厚的平板式筏形基礎(chǔ)。雖然材料成本稍貴，但平板式筏形基礎(chǔ)相較其它基礎(chǔ)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(chǔ)選型，考慮到底板標(biāo)高處存在微風(fēng)化巖或中風(fēng)化巖、強風(fēng)化巖、全風(fēng)化巖及局部填土三種地質(zhì)情況，為緩解不均勻沉降，微風(fēng)化巖或中風(fēng)化巖區(qū)域采用700厚平板式筏基，強風(fēng)化巖、全風(fēng)化巖及局部填土區(qū)域均采用500厚筏板加下柱墩的基礎(chǔ)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(shè)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(chǔ)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)連續(xù)跨為研究對象，板厚均為250mm，相應(yīng)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(dǎo)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(shè)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(chǔ)

傅學(xué)怡在《實用高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)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(dǎo)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(shè)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(yīng)力，抵消部分板面豎向荷載與板底拉應(yīng)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(shè)置，使得樓板局部厚度增加，對應(yīng)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(shè)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(shè)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(shè)置如下：

（1）加腋大板區(qū)域在前處理的板屬性模塊中需設(shè)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(shè)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(dāng)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(dāng)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(shè)計

3.5.1 加腋大板的尺寸設(shè)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(shè)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(dāng)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(dāng)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(shè)計細節(jié)

經(jīng)過與設(shè)計同行和施工方的討論交流，針對加腋大板的細部設(shè)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?zé)o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(dāng)加強;

（4）當(dāng)因凈高要求，加腋大板的框架梁需上反時，應(yīng)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(yīng)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(yīng)，為防止樓板支座處開裂，實際配筋時，可以適當(dāng)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(shè)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(shè)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(shè)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(yán)格，本文主要從基礎(chǔ)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(shè)計過程中進行的選型、經(jīng)濟性比較和設(shè)計細節(jié)思考，可供類似地下室項目參考。

參考文獻：

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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(shè)工作。