大型地下商業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

導(dǎo)語：大型地下商業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計分析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1工程概況及周邊環(huán)境

項目位于西咸新區(qū)，西側(cè)自北向南分別為未開發(fā)地塊，B地塊、D地塊和F地塊。東側(cè)為規(guī)劃地鐵16號線。建筑面積約為4.8萬m2，自北向南長度約為760m，根據(jù)使用功能分為ABC三個區(qū)。主要功能為地下商業(yè)、車庫和設(shè)備用房，局部兼顧人防工程。主體結(jié)構(gòu)主要柱網(wǎng)尺寸9.0m×9.0m，采用鋼筋混凝土主梁大板結(jié)構(gòu)，頂板厚400mm，局部采用鋼結(jié)構(gòu)屋面。主體結(jié)構(gòu)和地下管廊、環(huán)隧統(tǒng)籌建設(shè)，為上下共構(gòu)，與地鐵車站、區(qū)間脫開，總平面圖及周邊環(huán)境見圖1。工程抗震設(shè)防烈度為8度，基本地震加速度為0.2g，設(shè)計地震分組為第二組，抗震設(shè)防類別為重點設(shè)防類（乙類），場地類別為Ⅲ類。設(shè)計使用年限為50年（與管廊、環(huán)隧共構(gòu)段100年），擬建場地的特征周期Tg為0.35s。結(jié)構(gòu)的安全等級為二級（和管廊、環(huán)隧共構(gòu)部位為一級），地下室防水等級為一級，地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級。

2圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

本工程周邊緊鄰地塊與地鐵車站和區(qū)間，結(jié)合周邊情況，基坑采用不同的圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案。基坑深度約10~17m，基坑側(cè)壁土層主要由人工填土層、黃土狀土、細(xì)砂層及中砂層組成。A區(qū)基坑深度15~17m，西側(cè)現(xiàn)狀為空地，采用樁錨支護(hù)方案，東側(cè)G地塊的支護(hù)形式為樁錨支護(hù)，基坑已開挖，且距離本項目較近，同期施工將兩基坑中間挖通，統(tǒng)一按一個大基坑合并考慮進(jìn)行支護(hù)。B區(qū)基坑深度10~16m，西側(cè)B地塊基坑深度約13m，D地塊基坑深度約14m，均為樁錨支護(hù)，基坑均已開挖，與本工程基坑相鄰，不具備分別圍護(hù)的場地條件。D地塊的基坑深度和本工程基坑深度接近，B地塊基坑深度比本工程深，將B、D地塊基坑靠近本側(cè)的土層及支護(hù)結(jié)構(gòu)分層分段挖除至本工程基底，基坑合并一起考慮進(jìn)行支護(hù)。C區(qū)基坑深度約15m，西側(cè)F地塊基坑深度約16m，該范圍支護(hù)形式采用對拉錨索。地下空間東側(cè)為規(guī)劃地鐵16號線的車站和區(qū)間，基坑深度約17.1~21.3m。該范圍地鐵采用明挖方案。地下空間與地鐵車站共基坑方案。

3地下室抗浮設(shè)計

基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)，持力層主要位于細(xì)砂層和中砂層。地下空間東側(cè)為地下一層結(jié)構(gòu)，局部地下二層，位于地鐵區(qū)間上方。根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果，抗浮水位取地面以下7.9m。經(jīng)抗浮計算，位于地鐵區(qū)間上方的結(jié)構(gòu)，水浮力較小，通過頂板覆土配重和結(jié)構(gòu)自重解決抗浮問題。埋深較大的地下二層結(jié)構(gòu)僅靠自重以及頂板覆土配重不能滿足抗浮要求。因此考慮附加抗浮措施，與配重聯(lián)合使用，抗拔錨桿施工簡單，但容易受地下水侵蝕，而且土層抗拔錨桿，在長期荷載作用下存在應(yīng)力松弛問題。相較于抗拔錨桿，抗拔樁的性能更穩(wěn)定，本工程水頭大，對抗浮要求較高，弱腐蝕性環(huán)境，擬采用抗拔樁參與抗浮。關(guān)于抗拔樁的布置，要綜合考慮基礎(chǔ)受壓和抗浮兩個問題。樁布置在柱下，既要滿足抗浮水位工況下樁的抗拔，也要滿足低水工況下樁的受壓。抗拔樁均勻布置在底板跨中，柱下一定范圍底板水浮力由主體結(jié)構(gòu)恒載抵消，該范圍以外水浮力由抗拔樁承擔(dān)。本工程基底位于中砂層，地基承載力300kPa，采用抗拔樁均勻布置在底板跨中的方案。該方案抗拔樁直接平衡水浮力，減少傳力路徑，經(jīng)濟(jì)性更好。抗拔樁采用樁徑600mm、樁長13m的鉆孔灌注樁，以4.2m等間距布置在底板中心。設(shè)計等級為甲級的建筑樁基，承載力應(yīng)通過靜載試驗確定，設(shè)計提供依據(jù)的試驗樁，根據(jù)現(xiàn)場試樁報告，各試驗點均在終止荷載1340kN作用下變形穩(wěn)定，滿足相關(guān)規(guī)范要求，單樁豎向抗拔承載力特征值為670kN。對抗拔樁的檢測，由樁身抗裂條件控制，抗拔加載取樁的承載力設(shè)計值。

4主體結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》[1]，結(jié)合本工程的建筑功能，地下車庫為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防，地下商業(yè)為重點設(shè)防。根據(jù)專家評審意見，本工程全部按照重點設(shè)防確定抗震等級。本工程為單建式地下結(jié)構(gòu)，針對屋面局部開洞，采取相應(yīng)措施。仍然按照地下結(jié)構(gòu)設(shè)計，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》[2]（簡稱《抗規(guī)》）第14章確定抗震等級。第14章確定抗震等級提到的烈度是本地區(qū)的設(shè)防烈度，不再按《抗規(guī)》6.1.3條乙類建筑提高一度確定抗震等級。本工程抗震等級為二級。對于局部大跨度相關(guān)的水平及豎向構(gòu)件等重要構(gòu)件，構(gòu)件的抗震等級提高為一級。結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)是與結(jié)構(gòu)安全等級與設(shè)計使用年限有關(guān)的系數(shù)，是對荷載效應(yīng)設(shè)計值的調(diào)整。設(shè)防分類是對設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)整，主要針對抗震措施及其中的抗震構(gòu)造措施的調(diào)整。本工程抗震設(shè)防類別為重點設(shè)防類（乙類），安全等級根據(jù)破壞后果確定，本工程安全等級為二級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0=1.0。B區(qū)西側(cè)平面開洞較大，洞口沿縱向狹長，形成通透的光廊的建筑效果，西側(cè)鄰近地塊建筑，受用地場地限制，無法設(shè)置扶壁墻。通高的懸臂式擋土墻無法承擔(dān)土壓力作用，設(shè)計中控制樓板開洞尺寸，開洞處在樓層位置設(shè)置橫梁，橫梁按受彎構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計，作為擋土墻的側(cè)向支撐。開洞范圍以外的地下室外墻，土壓力傳遞至洞口以外的樓板。本工程與地塊外墻之間采用混凝土實心磚填筑，剖面圖見圖2。A區(qū)地下一層樓板中庭開洞較大，有效樓板寬度約為典型樓板寬度的40%，混凝土頂板局部開洞，南北向洞口尺寸71.5m，為改善為西側(cè)擋土墻提供側(cè)向支撐的樓板開洞的不利影響，在西側(cè)一跨內(nèi)樓梯間兩側(cè)沿橫向設(shè)置一定數(shù)量的混凝土墻，混凝土墻按深受彎構(gòu)件設(shè)計。頂板鋼屋蓋支撐在其下混凝土梁上，局部支撐在懸挑梁上，懸挑梁挑出長度5.3~8.1m，頂板有大面積種植土，鋼屋蓋周圍覆土厚度1.4m，荷載較大，為控制結(jié)構(gòu)變形，梁中設(shè)置一定數(shù)量緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，設(shè)計時考慮豎向地震作用。

5超長結(jié)構(gòu)應(yīng)對措施

本工程沿南北向總長度約580m，沿東西向50m~135m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[3]對現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)不設(shè)伸縮縫最大間距的規(guī)定。為了解決溫度變化對結(jié)構(gòu)的影響，針對超長結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計需采取多種措施。在平面輪廓變化處及荷載變化處，設(shè)置兩道變形縫，將結(jié)構(gòu)劃分成3個區(qū)段。每個區(qū)段之間合理設(shè)置后澆帶，由于后澆帶封閉前，后澆帶處梁板的模板支撐不得拆除，為了不影響施工材料的運輸，后澆帶的位置應(yīng)結(jié)合設(shè)計要求及施工方案合理確定，后澆帶間距大于55m時，后澆帶與后澆帶之間設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶。變形縫、后澆帶與膨脹加強(qiáng)帶的布置見圖3。對于A區(qū)頂板局部設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)屋面，為非全埋的地下結(jié)構(gòu)，溫度變化影響較大，尚應(yīng)進(jìn)行溫度應(yīng)力分析，混凝土收縮是一個長期過程，設(shè)置施工后澆帶，能有效釋放施工階段早期混凝土收縮應(yīng)力，使用階段的混凝土收縮在結(jié)構(gòu)內(nèi)部仍會產(chǎn)生拉應(yīng)力，與降溫類似，故可把后澆帶封閉后的收縮變形等效為結(jié)構(gòu)的整體溫差，混凝土收縮扣除后澆帶合攏前的收縮量。取最高氣溫與后澆帶封閉時的溫度之差作為升溫溫差，季節(jié)性溫差與混凝土收縮當(dāng)量溫差之和為降溫溫差。經(jīng)YJK軟件計算，按1.5MPa的溫度應(yīng)力進(jìn)行預(yù)應(yīng)力配筋，由于柱網(wǎng)較為復(fù)雜，僅在板中布置無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，梁板截面折合板厚約270mm。預(yù)應(yīng)力筋為直徑D=15.2mm，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fptk=1860MPa，張拉控制應(yīng)力系數(shù)為0.75，面積Ap=140mm2，預(yù)應(yīng)力損失為30%，單根有效拉力Np=136.7kN，經(jīng)計算，每米配置3根預(yù)應(yīng)力筋，實配2根集束間距650mm。在地下室外墻的設(shè)計中，將水平筋設(shè)置在豎向筋外側(cè)，結(jié)構(gòu)主體均使用補(bǔ)償收縮混凝土，采用間隔跳段施工，同時頂板采取建筑保溫減小溫度變化對主體結(jié)構(gòu)的影響。

6鋼屋蓋設(shè)計

A區(qū)大跨度屋蓋采用空間鋼結(jié)構(gòu)方案，屋蓋平面尺寸沿南北向長71.5m，屋蓋采用門形框架和人字形組合的輕鋼框架結(jié)構(gòu)，最大跨度約15m，最大高度約7.75m，建筑特點為整個鋼結(jié)構(gòu)沿縱向為曲面漸變且各榀跨度均在變化，受建筑外觀影響，不宜設(shè)置交叉支撐，各榀系桿不在一條直線上。鋼柱支撐于下部混凝土結(jié)構(gòu)的梁柱上，采用鉸接柱腳，構(gòu)件主要采用H型鋼或方鋼。點支玻璃幕墻和屋面，節(jié)點以剛接為主。中間鋼平臺采用玻璃屋面，跨度21m，沿東西向設(shè)置5根變截面實腹鋼梁，鉸接于兩側(cè)混凝土牛腿上。主要構(gòu)件尺寸見表1。鋼屋蓋采用MidasGEN軟件計算，三維模型見圖4。地下混凝土結(jié)構(gòu)與其上部的鋼結(jié)構(gòu)剛度相差較大，同時地下室周圍土體的約束限制了結(jié)構(gòu)的側(cè)移，減小了對屋蓋受力的影響，根據(jù)YJK計算結(jié)果，地下室頂層柱頂最大側(cè)向位移為2.8mm，因此在計算鋼屋蓋時僅考慮上部屋蓋模型進(jìn)行分析。經(jīng)計算分析可知，構(gòu)件的最大應(yīng)力比約為0.8，在恒載加活載工況下的最大豎向位移為27mm，最大位移處對應(yīng)的位移跨度比值為1/785<1/400，滿足要求。在恒載加風(fēng)作用工況下的最大水平位移為38mm，主要計算結(jié)果見圖5~圖7。

7結(jié)語

地下空間的基坑工程應(yīng)結(jié)合地質(zhì)條件與周邊環(huán)境，綜合考慮施工場地、工期、交通導(dǎo)改、管線保護(hù)等統(tǒng)籌安排，合理進(jìn)行設(shè)計與施工。抗浮設(shè)計時抗拔樁要綜合考慮基礎(chǔ)受壓和抗浮兩個問題，從抗浮角度考慮，抗拔樁設(shè)置在底板跨中經(jīng)濟(jì)性更好。地下結(jié)構(gòu)樓板開洞較多時，通過設(shè)置橫梁或橫向混凝土墻作為擋土墻的側(cè)向支撐，能夠有效解決擋土墻的受力問題。通過合理設(shè)置變形縫、后澆帶，進(jìn)行溫度應(yīng)力分析，采用預(yù)應(yīng)力鋼筋和補(bǔ)償收縮混凝土，間隔跳段施工以及建筑保溫等綜合措施，應(yīng)對超長結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB50223-2008，建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)[S].中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]GB50011-2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].中國建筑工業(yè)出版社，2016.

[3]GB50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2015.

作者：劉鑫 單位：北京城建設(shè)計發(fā)展集團(tuán)股份有限公司