某填方區(qū)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)淺析

楊宗宇 柴 健

(1.北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京 100082； 2.北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京 100037)

0 引言

本工程位于寧夏回族自治區(qū)銀川市，建設(shè)場地自然地面較設(shè)計(jì)點(diǎn)低約6 m～7 m，需要對(duì)整個(gè)廠區(qū)地基進(jìn)行強(qiáng)夯處理。然后在建筑位置重新開挖至持力層。待基礎(chǔ)施工完畢之后，重新回填，分層壓實(shí)。由于基礎(chǔ)及地下柱施工完成后，回填較困難，容易造成地面不均勻沉降。另外本工程大部分建筑較一般工程埋深較大，首層柱計(jì)算長度較高。計(jì)算模型取地下室層數(shù)為0或者取地下室層數(shù)為1，以及嵌固部位的選取對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果影響很大。本文以本工程A樓為例，通過地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及上部結(jié)構(gòu)分析，選取合適的地基與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，減少地基沉降，保證結(jié)構(gòu)安全。對(duì)于同類場地條件下建筑基礎(chǔ)的合理選型及上部框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算，具有一定的參考意義。

1 結(jié)構(gòu)概況

根據(jù)地勘報(bào)告，本場地抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.20g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，基本地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜特征周期為0.40 s。本場區(qū)各巖土層整體穩(wěn)定性較好，除表層人工填土及①-2層粉質(zhì)黏土(含結(jié)晶鹽)質(zhì)隨環(huán)境及時(shí)間變化力學(xué)性能變化較大外(設(shè)計(jì)對(duì)該層應(yīng)謹(jǐn)慎使用)，其他土層作為持力層承載力較好。部分建筑建議持力層局部存在粉土粉砂互層或粉質(zhì)黏土夾層。本工程A樓單體為地上3層，結(jié)構(gòu)類型為框架結(jié)構(gòu)，現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓蓋，無地下室?？拐鹪O(shè)防類別為丙類，建筑結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為二級(jí)。A樓平面軸線尺寸為24.05 m×52.5 m，縱向?yàn)?柱3跨，橫向?yàn)?柱7跨，最大跨度為7.5 m。首層平面布置圖如圖1所示。

2 地基基礎(chǔ)

2.1 防腐蝕設(shè)計(jì)

根據(jù)水、水腐蝕性評(píng)價(jià)結(jié)果，本場區(qū)地下水、土對(duì)建筑材料腐蝕性較強(qiáng)。根據(jù)《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[1]，本工程原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)墊層為C20瀝青混凝土，實(shí)際施工中發(fā)現(xiàn)瀝青凝固較快，只能通過專用機(jī)械運(yùn)輸至基底。本工程基坑深度超過6 m，專用瀝青運(yùn)輸車輛行動(dòng)不便，瀝青鋪設(shè)困難，施工極為不便。而且瀝青需要通過施工機(jī)械壓實(shí)，對(duì)已經(jīng)完成的基底擾動(dòng)較大。因此根據(jù)規(guī)范[1]，并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，可采用C20摻加抗硫酸鹽阻銹防腐劑的混凝土?；A(chǔ)外側(cè)與水土接觸部位采用環(huán)氧瀝青涂層，厚度不小于500 μm。

另外，參考規(guī)范[2]8.1.15條規(guī)定，強(qiáng)腐蝕環(huán)境下，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)需驗(yàn)算裂縫。根據(jù)規(guī)范[3]，基礎(chǔ)裂縫控制寬度可取0.3 mm，裂縫計(jì)算時(shí)混凝土的保護(hù)層厚度取30 mm。

2.2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

A樓基礎(chǔ)底標(biāo)高為-6.3 m，±0.000對(duì)應(yīng)的絕對(duì)標(biāo)高為1 066.600 m。根據(jù)詳勘，以2層～3層為基礎(chǔ)持力層，局部進(jìn)行換填處理，采用級(jí)配砂石回填，地基承載力特征值為fak=170 kPa。采用獨(dú)立基礎(chǔ)。由于基礎(chǔ)埋深較大，為防止室內(nèi)地面沉降，基礎(chǔ)施工完畢后，地面以下800 mm厚度內(nèi)回填級(jí)配碎石，800 m以下采用素土分層壓實(shí)回填，回填土壓實(shí)系數(shù)不小于0.96?；靥钔戤吅蠓娇蛇M(jìn)行上部結(jié)構(gòu)施工。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算

采用YJK系列結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件YJKS2.0.0版進(jìn)行計(jì)算。

3.1 首層是否設(shè)置為地下室

本工程基礎(chǔ)埋深較大，首層層高如圖2所示，若按照無地下室計(jì)算，會(huì)造成首層層高較大，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)建筑的實(shí)際高度增加。下面對(duì)兩種計(jì)算方法的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

按1層地下室計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，首層的Ratx和Raty為1.0，均大于0.5時(shí)，嵌固端只能取在基礎(chǔ)頂。經(jīng)過計(jì)算，首層中間框架柱截面取500×500，邊跨框架柱取600×600，角柱取600×750，滿足計(jì)算要求。

按地下室取0計(jì)算，嵌固端在基礎(chǔ)頂。經(jīng)過計(jì)算，首層中間框架柱截面取600×750，邊跨框架柱取600×800，角柱取800×1 000，滿足計(jì)算要求。

比較兩個(gè)模型計(jì)算結(jié)果(見表1)。有地下室及無地下室的建筑物整體剛度存在差異，無地下室計(jì)算模型的自振周期變大。根據(jù)地震系數(shù)影響曲線[4](見圖3)，兩種情況下，結(jié)構(gòu)的自振周期均位于Tg～5Tg曲線下降段，隨著周期的增大，地震力隨之降低。實(shí)際計(jì)算的地震力也與該結(jié)論符合。

表1 有無地下室計(jì)算模型結(jié)果對(duì)比

圖4～圖7所示為兩種計(jì)算模型下的樓層剪力，如比較兩種情況下底部剪力，按地下室為1的結(jié)果為5 874 kN，按地下室層數(shù)為0結(jié)果為5 791 kN。實(shí)際上0.000 m以下部分與土體直接接觸，地震波通過介質(zhì)(土)已經(jīng)傳播出去。按有地下室計(jì)算時(shí)的地震剪力不小于按無地下室模型計(jì)算的地震剪力，計(jì)算按地下室層數(shù)為1輸入認(rèn)為合理可行。

而且通過對(duì)比工程量及斷面配筋，按地下室為1層計(jì)算，能夠顯著降低工程造價(jià)。

3.2 基礎(chǔ)埋深較大時(shí)框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算

埋深較大時(shí)，地下柱的彎曲變形主要集中在土體以下一定深度內(nèi)。因此嵌固端不能取在地面層。本工程計(jì)算基礎(chǔ)嵌固部位取在基礎(chǔ)底，按地下室計(jì)算時(shí)，YJK軟件并不能模擬周邊土體對(duì)柱側(cè)的剛度貢獻(xiàn)，這樣會(huì)造成結(jié)果又偏于保守，并造成某些計(jì)算指標(biāo)不滿足規(guī)范的情況發(fā)生。本工程計(jì)算結(jié)果顯示，地下室所在層受剪承載力之比為0.63，不滿足規(guī)范[4]中3.4.4-2-3條，但是規(guī)范中尚不明確該條是否適用于地下室層。為保證結(jié)構(gòu)安全，針對(duì)該情況下，對(duì)結(jié)構(gòu)做如下處理：1)在地面層設(shè)置地梁及剛性地坪。本工程剛性地坪做法為：200 mm厚C20混凝土，內(nèi)配8@150×150雙向鋼筋網(wǎng)。2)計(jì)算時(shí)應(yīng)保證地梁層以下的框架柱配筋按不低于地面層以上的配筋的1.1倍設(shè)置。3)地下部分與土直接接觸，土體對(duì)于地震波擴(kuò)散及對(duì)框架柱的約束情況實(shí)際存在，可以考慮回填土對(duì)地下柱側(cè)向剛度的貢獻(xiàn)。本文參考文獻(xiàn)[5]取剛度放大系數(shù)3倍～5倍，現(xiàn)考慮按增大柱截面方法增加柱側(cè)向剛度3倍。通過等代剛度EI，增大剛度后的截面為1.4a×1.4b(a,b分別為原柱截面長寬尺寸)。通過重新計(jì)算整體指標(biāo)，得到地下室層受剪承載力比為0.75，能夠滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)語

通過對(duì)強(qiáng)腐蝕地區(qū)深埋無地下室框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算對(duì)比分析，得出幾點(diǎn)合理化建議，實(shí)際工程計(jì)算時(shí)可按照?qǐng)D8實(shí)施。

1)地基土對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有強(qiáng)腐蝕性時(shí)，采用瀝青混凝土墊層施工不便，應(yīng)采用摻加抗硫酸鹽阻銹防腐劑的混凝土。為防止沉降，地面以下2 m范圍內(nèi)應(yīng)采用級(jí)配砂石回填壓實(shí)。

2)基礎(chǔ)埋深較大時(shí)的無地下室框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)計(jì)算可按照帶一層地下室框架結(jié)構(gòu)計(jì)算。前提為帶地下室模型計(jì)算時(shí)，首層地震剪力不小于按無地下室計(jì)算時(shí)的地震剪力。

3)基礎(chǔ)埋深較大時(shí)的無地下室框架結(jié)構(gòu)，嵌固端可取在基礎(chǔ)頂，計(jì)算整體指標(biāo)時(shí)，應(yīng)考慮回填土對(duì)地下柱側(cè)向剛度的貢獻(xiàn)，并通過等效剛度的處理方式，增大地下柱的截面，核算整體指標(biāo)。