修改方案后既有基礎(chǔ)的利用

謝慶杰

摘要：在我們的日常結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，經(jīng)常會(huì)遇到工程停工后修改建筑方案，致使已施工的部分需要滿足新方案的要求。但新方案與原方案差別較大，已施工的部分就要進(jìn)行再計(jì)算和增補(bǔ)加固等措施夠滿足新方案的需要。通過(guò)本文對(duì)工程設(shè)計(jì)中遇到問(wèn)題的闡述，形成建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中主要的邏輯思路。

關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)，再利用，既有

1工程概況

本工程為寧夏某住宅小區(qū)內(nèi)一幢住宅樓，原設(shè)計(jì)為框架剪力墻結(jié)構(gòu)的公寓，地下一層，地上九層，建筑高度27.7米，2015年12月設(shè)計(jì)完成，現(xiàn)場(chǎng)施工基礎(chǔ)后停工，2017年由于規(guī)劃修改為普通住宅，且軸網(wǎng)變化較大，原有豎向構(gòu)件基本均無(wú)法重合使用。

原工程安全等級(jí)二級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限50年，工程抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi)，抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，設(shè)防地震加速度值為0.20g，建筑場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)?；撅L(fēng)壓0.65kN/m2，基本雪壓為0.20kN/m2，地面粗糙度B類(lèi)。

本次為二次設(shè)計(jì)，二次設(shè)計(jì)時(shí)間為2017年，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（2016版）項(xiàng)目所在地的設(shè)計(jì)地震分組修改為第三組。自然條件其它未發(fā)生變化，設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮了已施工的基礎(chǔ)如何處理問(wèn)題，及一些處理的細(xì)節(jié)。設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是新的建筑方案、原有基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和既有基礎(chǔ)和鋼筋的檢測(cè)鑒定報(bào)告。

2結(jié)構(gòu)方案的確定驗(yàn)算

由于上部結(jié)構(gòu)體系由原來(lái)的框架剪力墻改為剪力墻結(jié)構(gòu)，原有框架柱和墻體的預(yù)留鋼筋無(wú)法與新方案重合使用，原有基礎(chǔ)如全部拆除存在困難也不利于節(jié)約能源與環(huán)境保護(hù)，所以設(shè)計(jì)初期考慮基礎(chǔ)的再次利用，利用基礎(chǔ)現(xiàn)狀來(lái)滿足上部結(jié)構(gòu)對(duì)基礎(chǔ)的要求。

1）提出問(wèn)題，工程現(xiàn)狀和條件

原基礎(chǔ)形式為0.7米厚筏板基礎(chǔ)，原框架柱位置設(shè)置有2x2x0.5米高的上柱墩，地下室為一層，層高6.250米，基礎(chǔ)筏板的通長(zhǎng)鋼筋設(shè)置基本剛剛滿足筏板的最小配筋率0.15%的構(gòu)造要求（上下鐵通長(zhǎng)鋼筋X向?18@200，Y向?20@200），已由建設(shè)單位出具既有基礎(chǔ)的檢測(cè)和鑒定。

2）分析問(wèn)題，新結(jié)構(gòu)的方案的可行性

原基礎(chǔ)頂標(biāo)高為-6.250米，新方案的地下室層數(shù)也為地下一層，設(shè)計(jì)中考慮到電梯基坑及集水坑與原基坑不重合，但原基礎(chǔ)不準(zhǔn)備拆除來(lái)設(shè)置集水坑，經(jīng)與建筑專(zhuān)業(yè)討論決定壓低建筑層高至-4.2米，增加兩米的夾層回填土用來(lái)滿足新方案設(shè)置集水坑和電梯基坑。

因?yàn)樾路桨傅慕ㄖ叨扰c原建筑高度基本無(wú)變化，初步估計(jì)原有筏板的厚度應(yīng)該能滿足墻下的抗剪要求。

因?yàn)檩S線與原軸線無(wú)關(guān)系，原基礎(chǔ)的跨中和支座的附加鋼筋不能確定能利用，可利用的只有原來(lái)的通長(zhǎng)鋼筋，但通長(zhǎng)鋼筋僅剛剛能滿足筏板的最小配筋率。所以新基礎(chǔ)的計(jì)算鋼筋均不能超過(guò)通長(zhǎng)鋼筋的面積，不管是跨中和支座，均應(yīng)為構(gòu)造配筋，所以需要調(diào)整上部剪力墻布置以滿足鋼筋面積。

3）解決問(wèn)題，初步確定設(shè)計(jì)方案

根據(jù)以上分析可初步確定基礎(chǔ)再利用的方案可行，由于新剪力墻的暗柱鋼筋和公布鋼筋的植筋間距盡量放大，所以建模計(jì)算時(shí)可把原6.25米高的地下一層分為兩層計(jì)算（在-4.25米處設(shè)置樓板），使地下一層與首層的的剛度比滿足正負(fù)零嵌固的要求，如此地下二層可不需設(shè)置約束邊緣構(gòu)造，且暗柱計(jì)算結(jié)果也會(huì)較小，使墻在原基礎(chǔ)上的植筋生根滿足加固規(guī)范的植筋間距不小于100mm的要求。

適當(dāng)調(diào)整剪力墻布置，使墻間距不會(huì)過(guò)大，以滿足可利用通長(zhǎng)鋼筋的面積?；A(chǔ)布置如下圖一：

3設(shè)計(jì)階段問(wèn)題的解決

1）如何保證原有鋼筋能夠滿足計(jì)算要求

可利用的基礎(chǔ)筏板通長(zhǎng)鋼筋設(shè)置剛剛滿足筏板的最小配筋率0.15%的構(gòu)造要求（上下鐵通長(zhǎng)鋼筋X向?18@200，Y向?20@200），在剪力墻布置時(shí)根據(jù)建筑布置控制了剪力墻的開(kāi)間不大于4米，經(jīng)過(guò)試計(jì)算，有些角部應(yīng)力集中處還是有配筋不足處，通過(guò)調(diào)整周邊的剪力墻布置也可調(diào)節(jié)，由于需要增加的剪力墻有時(shí)會(huì)影響標(biāo)準(zhǔn)層住宅的建筑布置，只能僅在地下室增加墻體，但為滿足墻體豎向荷載和剛度能正常傳至基礎(chǔ)，此墻體不能過(guò)多且不能過(guò)長(zhǎng)，如有些墻長(zhǎng)需延長(zhǎng)時(shí)控制尺寸為1米。

基礎(chǔ)配筋不足時(shí)建筑內(nèi)部可采取增加剪力墻來(lái)解決，但由于新方案南側(cè)建筑收進(jìn)較多，導(dǎo)致南側(cè)基礎(chǔ)沒(méi)有墻體布置，形成基礎(chǔ)懸挑較多的情況，經(jīng)過(guò)計(jì)算此部分的基礎(chǔ)挑出方向的下鐵不足，下鐵增加因難，開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)考慮在挑出方向布置挑出地梁，但此法存在幾點(diǎn)問(wèn)題：挑梁下鐵只能為筏板的下鐵鋼筋且再增加困難，為使配筋滿足只能增高截面，但增高截面會(huì)導(dǎo)致最小構(gòu)造配筋增加，通長(zhǎng)鋼筋還是易滿足要求，且無(wú)法設(shè)置箍筋，所以此法基本不可行。經(jīng)過(guò)反復(fù)推敲后，以地下層設(shè)置一定長(zhǎng)度的250mm厚墻體代替挑出地梁，墻體下可不設(shè)置箍筋，下鐵只需滿足基礎(chǔ)有限元計(jì)算即可，墻體設(shè)置的長(zhǎng)度以筏板計(jì)算滿足要求控制，增加墻體在地下室以外不會(huì)影響建筑使用，確定此法可行。

2）新舊連接處抗剪問(wèn)題

（1）地震剪力下抗剪

地震作用下墻體生根最為重要，在不考慮新舊混凝土之間的摩擦和墻體豎筋的情況下，在墻與基礎(chǔ)連接時(shí)增加抗剪短筋，計(jì)算方法參考《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中預(yù)埋件的抗剪錨筋計(jì)算方法。

通過(guò)查詢(xún)計(jì)算結(jié)果，以有代表性的一段墻體為例，

底部最大剪力VX=12391kN，VY=15133kN

單根16抗剪鋼筋抗剪承載力（參照混凝土規(guī)范9.7.2錨筋抗剪計(jì)算）：

考慮到抗剪短筋為多層錨筋取值較規(guī)范中四層錨筋的更低值，

錨筋影響系數(shù)αr=0.7

X向需要鋼筋根數(shù)：VX/V16=419根

X向墻總長(zhǎng)約為174m，折合每米需要2.4根，取雙排?16@500。

Y向需要鋼筋根數(shù)：VY/V=512根

Y向墻總長(zhǎng)約為180m，折合每米需要2.8根，取雙排?16@500。

通過(guò)上面計(jì)算確定增加的抗剪短筋為雙排?16@500，為保證墻厚方向的鋼筋不與墻體鋼筋重復(fù)而造成植筋困難，在墻與基礎(chǔ)接觸位置加寬，同時(shí)可增加墻與基礎(chǔ)的混凝土接觸面，提高連接效果。如下圖：

（2）擋土墻面外局部抗剪

考慮到擋土外墻還有外側(cè)填土傳來(lái)的土推力，此部分推力由擋土墻的豎向鋼筋抵抗。擋土墻的外側(cè)鋼筋為?16@150內(nèi)側(cè)鋼筋為?14@150，而柱腳剪力僅由地下二層2米的土側(cè)壓產(chǎn)生，經(jīng)計(jì)算墻豎向鋼筋完全可滿足墻側(cè)土推力。

4）細(xì)部問(wèn)題

在加固工程中鋼筋的植筋長(zhǎng)度和間距是影響施工難度的關(guān)鍵問(wèn)題，所以在本工程設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量減少植筋深度和間距，也就是要減小墻體縱筋的直徑和增大墻體縱筋的間距。根據(jù)抗震規(guī)范在剪力墻結(jié)構(gòu)中，底部加強(qiáng)區(qū)需要設(shè)置約束邊緣構(gòu)件且構(gòu)件內(nèi)力需根據(jù)抗震等級(jí)做加強(qiáng)調(diào)整，所以為了使構(gòu)件的設(shè)計(jì)鋼筋直徑盡量小和間距盡量增大，也就是減少構(gòu)件的配筋量，基礎(chǔ)頂不可做為嵌固端，且縱筋不可過(guò)大。如果結(jié)構(gòu)嵌固于正負(fù)零層，與基礎(chǔ)相連接的層做為地下二層，即可抗震等級(jí)下降一級(jí)和設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件，相應(yīng)的鋼筋量會(huì)減小。所以需要在較高的地下一層（6.25米）的中間設(shè)置一層樓板（在-4.2米標(biāo)高），形成兩層地下室，此板可做為地下一層的地面，結(jié)構(gòu)地下二層為與基礎(chǔ)連接的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造層，本層除電梯間和集水坑以外填土，通過(guò)模型計(jì)算和構(gòu)件設(shè)計(jì)，此辦法可以大大的減小植入基礎(chǔ)的鋼筋量。如此的層高設(shè)置（地下二層層高為2米左右）也可減小外擋土墻墻底部的負(fù)彎矩，減小擋土墻受力筋的配筋量。

（1）墻鋼筋的錨固

剪力墻分布鋼筋：通過(guò)設(shè)計(jì)，本層剪力墻的水平分布筋基本為構(gòu)件要求設(shè)計(jì)即可，除擋土墻外所有內(nèi)墻的豎向分布鋼筋取?10@200，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》和《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》中受拉鋼筋的要求，計(jì)算的植筋設(shè)計(jì)錨固深度為23倍鋼筋直徑，較易實(shí)現(xiàn)。

剪力墻邊緣構(gòu)件：由于本層為非底部加強(qiáng)區(qū)不需要配置約束邊緣構(gòu)件，本層剪力墻的的構(gòu)造邊緣構(gòu)件按構(gòu)造配置?14即可，間距基本都大于120mm，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》和《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》中受拉鋼筋的要求，計(jì)算的植筋設(shè)計(jì)錨固深度為23倍鋼筋直徑，也較容易實(shí)現(xiàn)和施工相對(duì)方便。

（2）外墻施工縫的止水處理

由于新的外墻需要設(shè)置止水措施，但止水鋼板無(wú)法提前填置，根據(jù)《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》如《圖2》設(shè)置遇水膨脹止水條，為加強(qiáng)可靠性設(shè)置兩道。如果原外墻與新外墻相距較近時(shí)，亦可按下圖的節(jié)點(diǎn)處理。

4結(jié)束語(yǔ)

本工程是比較有代表性的基礎(chǔ)再利用的項(xiàng)目，通過(guò)本工程從方案到施工圖設(shè)計(jì)，至通過(guò)施工圖審查，最后到現(xiàn)場(chǎng)施工完成，說(shuō)明此方案基本具有環(huán)保節(jié)能、節(jié)約成本、安全可靠的可行性。

參考文獻(xiàn)

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[3]GB50007-2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范