某銀行檔案館結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及優(yōu)化探討

武逸銘 曹國治 黃何烽

（浙江藍(lán)綠雙城建筑設(shè)計(jì)有限公司，浙江 杭州 311215）

1 工程概況

該項(xiàng)目為南方某銀行省分行的檔案館，位于城市繁華地段。地上主樓為14層，1～2層為營業(yè)用房，3～14層為密集柜檔案庫房，房屋高度為56.300m，地上建筑面積為22000m，結(jié)構(gòu)類型為框架-抗震墻結(jié)構(gòu)。裙房為3層，結(jié)構(gòu)類型為框架結(jié)構(gòu)。地下1層為人防地下室，人防等級為甲類核六級常六級。根據(jù)總行印發(fā)的檔案管理中心建設(shè)規(guī)范（2018年版）省分行、直屬分行檔案中心等級參照乙級檔案館，因此該工程檔案館等級為乙級，耐火等級為一級。設(shè)計(jì)使用年限為50年。結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.0。根據(jù)《檔案館建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ25—2010，6度區(qū)重要城市的乙級檔案館宜按7度設(shè)防，因此該工程設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.1g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，抗震設(shè)防類別為丙類，場地類別為II類。特征周期為0.35s?；撅L(fēng)壓：0.35kN/㎡，基本雪壓：0.50kN/㎡。主樓剪力墻抗震等級為二級，框架抗震等級為三級。裙房框架抗震等級為三級。主樓墻柱混凝土強(qiáng)度等級：地下室～3層為C55，4～6層為C50，7～8層為C45，9～10層為C40，11～12層為C35，13～屋頂層為C30。梁板混凝土強(qiáng)度等級：地下室～13層為C35，13～屋頂層為C30。

基礎(chǔ)采用旋挖鉆孔灌注樁，以5-3層中風(fēng)化砂巖為樁基持力層。建筑樁基設(shè)計(jì)等級為甲級。該工程主樓采用樁徑Φ1000mm（擴(kuò)底D=1400mm），裙房和純地下車庫部分樁徑為Φ800mm（不擴(kuò)底）、Φ800mm（擴(kuò)底D=1200mm）兩種?？垢≡O(shè)防水位根據(jù)地勘提供為室外地坪以下500mm（即-0.800m）。純地下車庫頂板標(biāo)高為-1.800m，室外地坪-0.300m，地下室底板面標(biāo)高為-7.000m。

2 密集柜檔案庫荷載輸入及荷載效應(yīng)組合

在設(shè)計(jì)含有密集柜檔案庫等功能房間的民用建筑結(jié)構(gòu)房屋時(shí)，由于檔案庫等的樓面活荷載組合值系數(shù)、頻遇值系數(shù)、準(zhǔn)永久值系數(shù)、重力荷載代表值系數(shù)比普通活荷載要大，現(xiàn)有版本PKPM軟件不能區(qū)分檔案庫和普通房間活荷載組合值系數(shù)的差異，且提供的樓板活荷載類型定義功能僅用于活荷載工況折減，若直接按普通樓面活荷載輸入模型中計(jì)算會導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確。此時(shí)可以通過PKPM提供的荷載補(bǔ)充菜單中的自定義工況功能，自定義檔案庫荷載，并在SATWE分析時(shí)修改荷載工況參與整體計(jì)算即可解決此問題。

首先，查《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009—2012表5.1.1可知密集柜檔案庫的活載組合值系數(shù)為0.9，準(zhǔn)永久值系數(shù)為0.8，頻遇值系數(shù)為0.9。另據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011—2010（2016年版）中5.1.3條規(guī)定，密集柜檔案庫重力荷載代表值系數(shù)為0.8。而PKPM軟件默認(rèn)的普通活載組合值系數(shù)為0.7，準(zhǔn)永久值系數(shù)為0.5，頻遇值系數(shù)為0.6，重力荷載代表值系數(shù)為0.5。建模時(shí)先輸入非檔案庫區(qū)域的樓面活荷載，檔案庫區(qū)域活荷載輸入0。然后在PKPM 荷載補(bǔ)充菜單中，自定義一個(gè)檔案庫活載。在荷載補(bǔ)充菜單中選取”檔案庫荷載工況”，輸入檔案庫區(qū)域活荷載為12kN/m，普通區(qū)域活荷載輸入0。

荷載輸入完成，轉(zhuǎn)到SATWE中，在荷載組合選項(xiàng)中多了一個(gè)“檔案庫荷載工況”，手動修改檔案庫荷載組合值系數(shù)、重力荷載代表值系數(shù)、準(zhǔn)永久值系數(shù)、頻遇值系數(shù)為規(guī)范規(guī)定值。最后，在組合信息中選擇“自定義活載工況”為疊加，同時(shí)考慮檔案庫活荷載與普通活荷載，這樣就保證了荷載輸入和工況組合正確。

3 結(jié)構(gòu)梁格布置形式優(yōu)化

3.1 地下室頂板采用加腋大板的經(jīng)濟(jì)性分析

地下室頂板采用加腋大板的樓蓋形式，因其較主次梁結(jié)構(gòu)體系更經(jīng)濟(jì)合理，且增加了地下室凈高。該工程選取X、Y方向各三跨8.1m×8.1m的柱網(wǎng)為例建模，大板結(jié)構(gòu)按彈性板6參與整體計(jì)算板計(jì)算方法為有限元法。主樓截面為400mm×800mm，柱截面為500mm×500mm。恒載取27kN/m，活荷載取5kN/m?，F(xiàn)研究板不同加腋形式對結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的影響。1）當(dāng)加腋寬度相同，加腋高度變化時(shí)：板厚取250mm，板加腋寬度取1000mm，加腋高度分別取150mm、200mm、250mm。分析結(jié)果見表1（混凝土按500元/m，鋼筋按5000元/t）。2）加腋高度相同，加腋寬度變化時(shí)：板厚取250mm，板加腋高度取200mm，加腋寬度分別取800mm，1000mm，1200mm。分析結(jié)果見表2。

從表1可知：板加腋高度取200mm時(shí)總造價(jià)最低。從表2可知：隨著板加腋寬度增加，總砼用量逐漸增加，而總造價(jià)增加的幅度不明顯。綜上所述，加腋高度可取200mm，加腋寬度可取1000mm，經(jīng)濟(jì)效果最佳。

3.2 上部樓蓋結(jié)構(gòu)梁布置形式技術(shù)指標(biāo)比較

上部結(jié)構(gòu)密集柜檔案庫區(qū)域在9.0m×9.0m的柱網(wǎng)下，標(biāo)準(zhǔn)層不同的梁布置形式：1）大板結(jié)構(gòu)（圖1）; 2）一道次梁（圖2）; 3）十字交叉梁（圖3）; 4）兩縱一橫次梁（圖4）。標(biāo)準(zhǔn)層面積為1406.57m。

表1 加腋寬度相同，加腋高度變化時(shí)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

表2 加腋高度相同，加腋寬度變化時(shí)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

表3 不同結(jié)構(gòu)梁布置形式技術(shù)指標(biāo)比較

從表3可知，混凝土用量一道次梁最少，但與其他形式相比，含砼量相差不大，兩縱一橫次之；用鋼量方面則是兩縱一橫次梁最省。綜上所述，采用兩縱一橫次梁布置方案最經(jīng)濟(jì)合理。

圖1 大板結(jié)構(gòu)

圖2 一道次梁

圖3 十字交叉梁

圖4 兩縱一橫次梁

4 地下室基礎(chǔ)底板和錨桿優(yōu)化

4.1 基礎(chǔ)概況

目前地下車庫底板無梁樓蓋方案應(yīng)用較廣泛，因其無須做磚胎膜，減少土方開挖量，施工方便，造價(jià)比普通梁板結(jié)構(gòu)低，受到建設(shè)單位的青睞。該工程純地下車庫底板厚為300mm，底板承受的水浮力標(biāo)準(zhǔn)值為65kN/m。底板及面層自重標(biāo)準(zhǔn)值為0.30×25+0.1×20=9.5kN/m。地下車庫底板采用無梁樓蓋加柱下樁基承臺形式，承臺作為底板的柱帽，板下布置抗拔錨桿。

4.2 基礎(chǔ)土層參數(shù)

由勘察報(bào)告可知，地基土層參數(shù)見表4。

表4 土層參數(shù)表

4.3 抗浮錨桿布置形式及優(yōu)化

4.3.1 底板下均勻布置錨桿的傳統(tǒng)做法

抗浮錨桿設(shè)計(jì)直徑為150mm，單根錨桿抗拔承載力特征值為200kN。底板承受的向上的荷載標(biāo)準(zhǔn)值如下。

常見錨桿布置方案有兩種，即錨桿布置于柱下基礎(chǔ)和錨桿在防水板下均勻布置。前者用于整體抗浮，而后者主要依靠錨桿的抗拔力抵抗水浮力，可用于整體抗浮和局部抗浮。而該工程底板受到的水浮力大，水浮力為控制荷載，靠底板自身剛度抵抗水浮力，底板厚度和配筋會很大，不經(jīng)濟(jì)。若采用在防水板下均勻布置錨桿方案，按傳統(tǒng)做法，錨桿間距S=200/61.05=3.27m，取1.80m×1.80m間距布置錨桿，將錨桿視為板的不動支座，錨桿承擔(dān)全部水浮力，防水板按構(gòu)造配筋即可。但是該傳統(tǒng)做法未考慮錨桿和防水板的變形協(xié)調(diào)問題，水浮力作用于底板，使底板產(chǎn)生變形，底板的變形會使錨桿產(chǎn)生變形，錨桿產(chǎn)生拉力又會約束底板的變形，錨桿和防水板實(shí)際上是作為一個(gè)整體來共同抵抗水浮力的。因此不能將錨桿視為板的不動支座，而應(yīng)簡化為特定剛度的彈簧，水浮力在錨桿和防水板間的分配與兩者的相對剛度密切相關(guān)。上述傳統(tǒng)做法不僅浪費(fèi)而且存在安全隱患。

4.3.2 考慮錨桿和防水板的共同工作布置錨桿

該工程以8.1m×8.1m的柱網(wǎng)為例，將錨桿均勻布置在板底（圖5），通過JCCAD有限元分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，均勻布置的錨桿反力差異很大，靠近板中心區(qū)域錨桿反力最大達(dá)217kN，已經(jīng)超過錨桿抗拔承載力特征值，而靠近柱邊區(qū)域的反力則很小，錨桿作用未充分發(fā)揮。因此必須考慮錨桿和防水板的變形協(xié)調(diào)，取錨桿抗拔剛度為180kN/m，優(yōu)化錨桿布置，在板中心受水浮力較大的區(qū)域集中布置錨桿，而在柱邊少布置錨桿，由優(yōu)化后錨桿抗拔承載力驗(yàn)算結(jié)果（圖6）可知：1）集中布置的錨桿反力比較均勻，錨桿抗拔力得到充分發(fā)揮，錨桿數(shù)量相較均勻布置得少了6根，節(jié)約了30%以上的造價(jià)，經(jīng)濟(jì)效益顯著，受力也更加合理。2）當(dāng)錨桿剛度較小，防水板剛度較大時(shí)，錨桿受到的反力較小，水浮力主要通過防水板傳給支座。當(dāng)錨桿剛度較大時(shí)，錨桿承擔(dān)的水浮力顯著增加，可有效減少防水板傳給支座的水浮力，從而提高錨桿的承載力。因此抗浮設(shè)計(jì)時(shí)考慮錨桿和防水板的共同作用更經(jīng)濟(jì)合理。

5 總結(jié)

該文以某銀行檔案館為例，介紹了在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程中檔案庫荷載的輸入問題，切不可盲目采用軟件的默認(rèn)值，因密集柜檔案庫活荷載相關(guān)系數(shù)值均比普通活載要大，其取值的準(zhǔn)確性直接影響結(jié)構(gòu)總體計(jì)算指標(biāo)和配筋結(jié)果，這是保障結(jié)構(gòu)安全的前提。

分析比選結(jié)構(gòu)方案，采用更加經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)。對地下室頂板采用加腋大板受力合理也更經(jīng)濟(jì)，而上部結(jié)構(gòu)采用主次梁體系更經(jīng)濟(jì)合理。

在地下室抗浮設(shè)計(jì)時(shí)，可考慮錨桿和底板變形協(xié)調(diào)，根據(jù)錨桿抗拔承載力和變形結(jié)果優(yōu)化錨桿布置方式，取得較好的效果。

圖5 錨桿抗拔承載力驗(yàn)算結(jié)果（均勻布置）

圖6 錨桿抗拔承載力驗(yàn)算結(jié)果（集中布置）