浅析大柱网地下室抗浮结构优化设计

浅析大柱网地下室抗浮结构优化设计

发表时间：2018-07-04T13:31:27.423Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第2期作者：林玉琼[导读] 翔栩?富民花园工程地下1层，地上4栋30层建筑，工程位于普宁国际服装城西侧。

广东中美建筑设计院有限公司广东 515000

摘要：近年来，随着房地长行业高涨，高层建筑利用地下室布置大柱网结构上增加车库空间，控制结构成本，提高经济利益成为当今建筑行业共同关注的主题。大柱网地下室结构设计成为主流，而抗浮设计是难题。通过建筑物结构计算优化基础抗浮设计，具有重要的现实意义。

关键词：大柱网地下室抗浮

引言

以下为本人任结构专业设计人在2017年为普宁市翔栩嘉信投资有限公司设计《翔栩?富民花园》工程项目为例，浅述大柱网地下室基础抗浮优化设计。

1.工程概况

翔栩?富民花园工程地下1层，地上4栋30层建筑，工程位于普宁国际服装城西侧，设计等级为特级（民用建筑工程设计等级分类）。项目总用地面积21906.56m2，项目建筑面积162276.17m2：地下室1层为车库，建筑面积14860.82m2。本工程抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第二组，场地类别Ⅲ类，设计特征周期为0.55s。

2.设计难点

为保证建筑功能，地下室车库柱距8mx8m，最大柱距达到8.9mx8.1m，地下室底板标高为-4m，室外地坪标高-0.2m，地下水位设计标高为-0.4m，首层裙楼标高6.8m，屋面花园覆土厚度0.4m。大柱距带来的结构设计难题为：1.地下室抗浮设计难以满足，2.柱对底板内力冲切剪切比过大。一般做法：1.增加桩数来增加抗拔承载力；2.增大地下室底板厚度满足内力冲切剪切比。受限于现场施工工艺及现实情况，需对地下室基础抗浮进行优化设计。

3.优化方案

1）按柱底内力标准组合数值计算确定桩数；

2）按整体地下室底板构造需求计算厚度；

3）柱脚位置设置柱帽，范围和高度满足柱对板冲切验算；

4）以柱帽代替原承台，承台配筋按柱帽底筋配筋；

5）验算地下室局部抗浮；

6）地下室底板配筋整体计算，柱脚位置另增加局部面筋钢筋。

4.工程内力分析

冲切是大柱网地下室抗浮设计难题，若加大底板厚度则增加了开挖深度、则增大了地下水计算高度、增加了水浮力对底板作用力，故我利用柱脚设置柱帽局部加大厚度来满足冲切要求，另加底板附加钢筋，以图中阴影位置（柱距8.9mx8.1m）计算：1）桩数确定：柱500X500，内力组合值为N=1688，MX=12，MY=0，VX=0，VY=-11采用 PHC-AB400（95）管桩，单桩竖向承载力特征值为Ra=1000KN，抗拔承载力R=250KN，确定二桩；

2）底板厚度为0.4m，计算钢筋面积900mm2，实配通长双层双向钢筋C 16@200；3）柱脚设置柱帽，截面为3mx3m，高度0.8m，柱对板冲切验算：

τunb，max=αoxMunb，xax/Icx+αoyMunb，yay/Icy （混凝土规范F.0.1-6）

=0.40*18.43*0.84/4.190+0.40*0.65*0.84/4.190=1.53kN/m2

Fl，eq=Fl+τunb，max*um*h0 （混凝土规范6.5.1-1）

=（2129.88+1.53*6.720*1.18）=2142.01kN

≤0.7*βhp*ft*η*um*h0=0.7*0.97*1800*1.00*6.72*1.180=9658.25kN

柱帽对板冲切验算：

τunb，max=αoxMunb，xax/Icx+αoyMunb，yay/Icy （混凝土规范F.0.1-6）

=0.40*18.43*1.69/9.813+0.40*0.65*1.69/9.813=1.31kN/m2

Fl，eq=Fl+τunb，max*um*h0 （混凝土规范6.5.1-1）

=（1988.34+1.31*13.520*0.38）=1995.10kN

≤0.7*βhp*ft*η*um*h0=0.7*1.00*1800*0.78*13.52*0.380=5056.13kN

冲切比=2.53>1满足要求

[轴压比][配筋面积]（篇幅限制略）

4）按内力计算结论，柱帽（承台）底筋X向配筋面积为2636mm2，Y向为2468mm2，分别实配C 20@100和C 18@100。

5）验算局部抗浮：

计算如下：

水浮力 Nwk=γ0*A2*H=2448.43kN

总面抹灰层重F0=（h0*A2）*γ2+0.05*A1*γ2+0.05*A3*γ2=291.36kN

砼顶板重力 F1=A1*h1*γ1=280.80kN

砼底板重力 F2=A2*h2*γ1=694.00kN

砼二层板重力 F3=A3*h3*γ1=249.6kN

基础重力F4=（γ1-γ0）*A4*（h4-h2）= 54.72kN

柱重力 F5=γ1*A5*h5=67.50kN

砼梁重力 F6=γ1*b*l*h=199.23kN

土重力 F7=18*A3*h10=199.23kN

抗拔承载力F7=2*250=500.0kN（两桩）

总重GK=F0+F1+F2+F3+F4+F5+F6+F7=2674.17kN

抗浮稳定性=Gk/Kwk=1.092>1.05满足《建筑地基基础设计规范》5.4.3

6）地下室柱节点面筋计算面积分别为X向1461mm2，Y向1369mm2，原底板面筋通长钢筋C 16@200，此时仅需在节点X向另加C 12@200（实配面积1005+565=1570 >1461 mm2，满足要求），Y向另加C 12@200（实配面积1005+565=1570 >1369 mm2，满足要求）。

5.计算结果比较

位置常规计算优化计算

底板厚度 600mm 400mm

基础桩数 4 2

底板贯通筋 C20@200 C 16@200

底板附加面筋（柱节点） C20@200 C 12@200

6.结束语

从以上结果比较，能清晰的认识到在建筑同一内力分布，所受影响因素一致情况下，常规计算和优化计算的巨大差别，优化计算体现