高层建筑群共用大底盘地下室结构设计.pdf

第十九届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 6年 高层建筑群共用大底盘地下室结构设计 中预应力技术的应用 张明 粗建林同掖工程咨询有限公司 福州3 5 O 加s l 提要 关健词 本文通过对某一实际工程设计过程中的方案比 较， 提出了预应力技术应用在高层建筑群 共用大底盘地下室结构设计中的实际 工程技术惫义 和工程经济意义。 预应力大底盘高层建筑群无梁板 近年来，随着高层建筑技术的发展，高层建筑越来越多地出现在公共及住宅项目 中， 同时也相应出 现了许多的高层建筑组团。地面建筑出于规划要求、 采光日 照需求及使用功 能需要，单幢间往往都有相当的退距。 但地面以 下就不同了，为了 保证高层建筑的 配套使 用要求 如 停车、 设备用房、 人防地下室等 ， 及最大限度地让有限土地资源创造出更大 价值， 高层建筑下的地下室范围 越扩越大， 越做越深。 在由 多幢高层建筑组成的组团 地下， 往往需在设置一个连成一体的共用地下室， 这样的 地下室在平面尺寸上较以往单幢高层下 地下室是超长、超宽的，这是我们结构设计遇到的新课题。 日 前，我们承担设计的福州某住宅小区项目正是这样一种情况，总平如下图 张明。 男， 1 9 7 3年z 月出生 一级注册结构师 - 8 5 2- 第十九届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 6年 在一个共用的地下室底盘上，座落着 1 6 座 1 2 -1 8 层的高层，小高层住宅， 地下室总 建筑面积约3 . 3 9 万m ， 东西向 以下称X 轴方向 最长距离2 5 5 M , 南北向 C Y 轴方向 最 长 距 离2 0 8 M ， 地 下 室 设 计 为 平 战 结 合设 计 ， 和 平 时 期 主 要 功 能 为 ①大 型 地 下 停 车 库②设 备用房 变配电 房、 发电 机房， 泵房、 生活水池、 消防水池、 空调机房等 ; 战争时期为抗 力等级六级的人民防空地下室， 地下室顶板以 上除上部建筑主体轮廓范围内以外，室外部 分均为小区绿化及道路 消防车道 设计。 绿化部分除在顶板极土层 厚约7 0 c m 上植花 种草外， 还有相当 大的水景设计。由于顶板筱土层内 埋设有水、电专业的各种管道，且为 了 顶板排水顺畅，所以 对结构专业要求顶 板梁不得上反。 另外， 本工 程位于福州南台岛，南北两江 闽 江及阂江分支乌龙江夹抱， 典型地勘 钻孔剖面如下圈 工 粗 地 皿 俐 面 圈 协 门 凡 启 早 卜 . .. 宜卜 心 . 粤 下.”侧帕翁协二 到 图二 典 型 地 质 f [I T 可以看到在底板挖深范围附近存在强 透水层， 相似场地的工程施工经验及教训告诉我 们， 是否处理得当， 对工程造价 降水及基坑费用 、 工期影响非常大。 曾 经有相似场地工 程因为降水不成功。工期延误近一年，且大t抽水造成对周边建 筑影响巨大， 投资方经济 利益受到相当大的损失. 这样，我们在设计前就明 确以 下几点突出问题须解决 1 . 合理，安全的传力体系， 确保承受顶板较大且较为复 杂的荷载。 2 . 尽t压缩地下室高度，减少开挖深度。 3 . 超长地下室顶板开裂问题. 为了比 较出一个较为合理的结构方案， 在施工图设计前， 我们根据实际跨度数据建 了 一个典型 结构模型， 如下图 飞 . g 5 3 . 第十九届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 6 年 图三 典 型 给 构 v V 可以 看 出 这 是 一 个 传 统 的 现 浇 钢 筋 硷 梁 板 体 系 ， ④一⑧轴 间 为 人防 区 域， ⑧一⑥轴 间为非人防区域，柱距X 向5 跨 7 . 8 M X 5 Y向由下到上为4 . 9 M , 6 . 5 M , 5 . 5 M , 5 . 4 M , 6 . 4 M , 5 . 7 M . 承受荷载主要为结构自 重，项板援土 或水景水体 ，消防车道行车荷载，人防顶板 等 效 静 荷 载 仅④一⑥轴 顶 板 硅 C 3 5 泵 送 碎 石 硷. 经结构电 算，主要构件尺寸及配筋见下表 构件 人防 区 域 ④一 ⑧轴非 人 防 区 域 ⑧⑥轴 尺寸 .配筋尺寸 .配筋 板2 5 0 厚 x 向双面1 4 2 0 0 Y 向双面1 4 1 6 0 2 0 0厚 x向 双面1 2 2 0 0 Y向 双面1 主 梁xA 4 0 0 X 9 5 0 底筋1 2 2 5 负筋1 3 2 5 支座 箍筋1 0 - 1 0 0 / 1 5 0 4 4 0 0 X 8 0 0 底筋1 4 2 5 负筋1 2 2 5 支座 2 2 5 2 1 2 拉通 箍筋 1 0 - 1 0 0 / 1 5 0 4 “ 8 5 4 “ 第十九届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 6 年 YI7 4 0 0 X 9 0 0 底筋1 2 2 5 负筋 9 2 5 支座 箍筋1 0 - 1 0 0 / 1 5 0 4 4 0 0 X 7 0 0 底筋1 2 2 5 负筋1 3 2 5 支座 2 2 5 2 1 2 拉通 箍筋 1 0 - 1 0 0 / 1 5 0 4 次 粱xh 4 0 0 X 7 的 底筋，4 2 2 负筋 6 2 5 支座 抢筋1 0 -2 0 0 4 3 5 0 X 6 0 0 底筋4 2 2 负筋5 2 5 支座 2 2 5 2 1 2 拉通 箍筋 1 0 - 1 0 0 / 1 5 0 4 以上数据仅为典型值 相同情况下 柱距，荷载均同建立了预应力无梁板结构，如下图 因困因因 冈冈冈冈 冈因 因冈 团冈 团因 图四 顶 应 力 结 构 平 11 人 防 部 分 板 厚3 5 0 m m ， 非 人 防 部 分 消 防 车 道 板 厚2 5 0 - . 预 应力板硷强度等级C 3 5 ， 预应力 筋均为3 D 1 5 . 2 低松弛1 8 6 0 级有粘结 钢较线。 - 8 5 5- 第十九届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 6 年 具体预应筋配束分布如下图 X向 3 Y 1 2 1 4 0 0 16 Y 1 2 7 0 0 1 2 Y 1 2 1 3 8 4 16 Y 1 2 7 0 0 1 2 Y 1 2 1 3 8 42 Y 1 2 1 3 8 4 7 0 0 4 2 0 0 7 65 0 1 7 5 0 1 1 7 5 0 1 4 1 5 0 1 1 7 5 0 1 1 7 5 0 7 加 7 65 0 4 15 0 765 0415076 50 图五 X向 预 应 力 E M Y向 图六 丫 向 预 应 力 配 1 , 图中单粗实线为柱支座.双粗实线为墙支座 柱头设柱帽Z M I .柱帽做法见下图 芝 a 祀 图七 柱 帽 大 样 图 预应力板中尚 配有普通钢筋， 人防部分 x 向 双层 1 2 . 2 0 0 ， Y 向 双层 1 4 . 2 0 0 ，非 - 8 5 6- 第十九届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 6 年 人防部分双层双向1 2 . 2 0 0 . 对以上两种结构模型的设计结果， 我们专门做子工程造价比 较，比较结果是普通梁 板结构 造价 一预应力板柱结 构造价二 1 5 6 0 元， 摊到每 平方 米为 1 5 6 0 / 3 8 . 8 x 3 4 . 8 1 . 1 5 元 / m .这与 惯 常 概 念中 预 应 力 结 构 较 普 通 结 构 造 价 高 的 认 识 是 不 同 的 。 这 一比 较 是 相 当 关键的，使我们确定了采用预应力无梁板体系的设计思路。 在实际工程的设计中， 考虑到大柱距柱网 仅在单层地下室部分出现， 主体下落部分由 于上部剪力墙、柱的下落， 采用预应力无梁板体系无意义且难满足嵌固 端需要，固采取在 主体投影范围内地下室顶板仍采取正常梁板体系，但顶板面标高高于室外部分顶板面标高 这 一 做 法 能 实 现 的 原 因 为 ①室 内 外 存 在 至 少1 5 0 “以 上 的 高 差， ②室内 无 绿 化 覆 土 要求 。 这样， 地下室高度及基坑开挖深度的决定因素就是室外部分即单层地下室部分的顶 板结构 控制高 度了。比 较以 上两个方案的 结构构 件尺 寸， 我 们不 难看出 普通梁板结构的 控 制构件高度为人防工况下的主梁高度9 5 0 m， 预应力无梁板结构的 控制构件高度为人防工 况下的预应力板厚3 5 0 -， 所以 理论上可以 减少的地下室高度为 9 5 0 二一3 5 0 mm 6 0 0 mm. 考虑到地下室内 上部空间管道安装方便 主要是通风管 ， 我们在实际设计中并未把这6 0 0 mm用足，而是留了2 0 0 mm的余地， 将地下室层高压缩了4 0 0 。 但是就是这4 0 0 m m ，在工 程经济上的意义也是巨大的 ① 基 坑 土 方 开 挖， 外 运 量 减 少 减少量 3 . 3 9 万m X 0 . 4 M 1 . 3 5 6 万扩 ② 基 坑支 护费 用减少 支护面积减少 0 . 4 M X 1 3 0 3 M 5 2 1 . 2 1 0 由 于支护高度降 低， 单价也相应降低 0 降 水 费 用 减 少 ④ 所 有 地 下 室 竖向 构 件 柱、 剪 力 墙， 地 下 室 外 墙、 人 防 隔 墙 施 工 高 度 均 减 少4 0 0 画。 粗算可减少钢筋硷用量8 4 3 . 7『 。 光以 上几点算下来节省的工程造价已 是百万元级的， 如果再考虑上附加效应 如 节省 工期、 避免大量抽水造成周边索赔等 ，工程经济上的 效益是相当 可观的。 同时， 采用预应力技术，能显著提高结构的 抗裂性能。 实践证明 在大面积的结构中 采 用预应力技术， 可以 防治建筑物的裂缝通病， 使建筑具 有更优越的 使用性能， 其耐久性也大 大提高 硅设计规范G B 5 0 0 1 0 - 2 0 0 2 中 也推 荐在硅中 施加 预 应力 。 对于这 一点， 我们己 配 合 福建省建筑科学研究院设立专门 课题研究， 将以 此工程为实验依据，顶板中埋设相关检测 元件， 进行1 -2 年的数据观测与记录， 之后会有专门的 报告呈现给学术界。 通过以 上分析， 我们认为在预应力技术己 相当 成熟的 现阶段， 设计施工已无难度可言， 其产生的工程技术、 工程经上的效益确是相当 可观的， 值得大力推荐与推广. - 8 5 7 -