摘要：隨著城市化發(fā)展以及建筑用地的緊張，建筑高度日益增加，且伴隨地下空間資源的開發(fā)利用，地下室越趨復(fù)雜。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)在主要成為結(jié)構(gòu)相關(guān)工程設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)工作重點(diǎn)和難點(diǎn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅應(yīng)保證高層建筑具有足夠的安全性，還應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性、合理性。本文結(jié)合筆者工程實(shí)際對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題進(jìn)行探討。 

　　關(guān)鍵詞：成本控制；抗��；結(jié)構(gòu)安全 

　　一、荷載合理取值 

　　通過降低成本以求提高經(jīng)濟(jì)效益是房地產(chǎn)行業(yè)共同追求和努力的目標(biāo)之一，而結(jié)構(gòu)成本的控制是房地產(chǎn)項(xiàng)目成本控制的關(guān)鍵。而結(jié)構(gòu)荷載的合理取值，直接影響到結(jié)構(gòu)的安全，也是土建成本的決定性因素。 

　　為滿足建筑消防要求，大型地下室頂板面經(jīng)常根據(jù)需要布置消防行車道路。消防車荷載標(biāo)準(zhǔn)值很大，根據(jù)消防車道作用范圍荷載的合理取值，對受力構(gòu)件截面尺寸的選取及配筋計(jì)算至關(guān)重要，甚至影響到地下室層高的要求，將直接影響到工程成本。新的《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 5009-2012版的頒布，增加了條文，當(dāng)頂板有覆土?xí)r，可根據(jù)覆土厚度、不同板跨對活荷載經(jīng)行折減。另筆者認(rèn)為，在實(shí)際工程中，在進(jìn)行梁配筋計(jì)算時(shí)可根據(jù)實(shí)際作用范圍進(jìn)行繼續(xù)折減，在實(shí)際設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)人員對沿消防車道作用板是滿布荷載計(jì)算，而在實(shí)際中每跨板不可能同時(shí)作用消防荷載，如柱網(wǎng)6mx6m地下室頂板，雙向板樓蓋，主梁上布置十字交叉次梁劃分3mx3m跨度樓板，按規(guī)范表5.1.1及5.1.2條，板荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)取28KN/㎡（不考慮覆土折減），僅是傳遞到每條主梁上總重為504KN>大于規(guī)范適用的300KN的消防車總重量，因此可在進(jìn)行梁計(jì)算時(shí)按實(shí)際最不利荷載作用位置再合理折減取值。特別在消防車回轉(zhuǎn)車道范圍內(nèi)，更應(yīng)按實(shí)際情況考慮折減，在計(jì)算梁時(shí)不應(yīng)按各板跨同時(shí)滿布計(jì)算。 

　　另規(guī)范新增加5.1.3條，設(shè)計(jì)墻、柱時(shí)，消防車活荷載按實(shí)際考慮，設(shè)計(jì)基礎(chǔ)時(shí)可不考慮消防車活荷載。消防車活荷載按覆土厚度的折減系數(shù)按規(guī)范B規(guī)定確定。消防車荷載標(biāo)準(zhǔn)值很大，但出現(xiàn)幾率很小作用時(shí)間很短，在墻柱設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)容許較大的折減，由設(shè)計(jì)人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定折減系數(shù)。在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣，同時(shí)為減少平時(shí)使用時(shí)產(chǎn)生的不均勻沉降，允許不考慮消防車通道的消防車活荷載。但筆者認(rèn)為，在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)區(qū)分對待。依據(jù)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范在按地基承載力確定基礎(chǔ)底面積及埋深或單樁承載力確定樁數(shù)時(shí)，傳至基礎(chǔ)及承臺(tái)底面上的作用效應(yīng)按正常使用狀態(tài)下作用的標(biāo)準(zhǔn)組合。因消防車作用是臨時(shí)荷載，短期作用不會(huì)產(chǎn)生較大沉降影響結(jié)構(gòu)安全，且?guī)r土破壞的極限值遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)采用的特征值無需考慮是合理的。但按地基規(guī)范在確定高度、截面配筋及驗(yàn)算材料強(qiáng)度等時(shí)，應(yīng)按承載力極限狀態(tài)下作用的基本組合，這與荷載規(guī)范本身用于承載能力極限狀態(tài)計(jì)算的時(shí)候應(yīng)考慮荷載偶然組合不符，由于消防車荷載較大，在此時(shí)不考慮其作用將直接影響到結(jié)構(gòu)的安全。 

　　在工程設(shè)計(jì)中，由于不了解電梯工作機(jī)理，不少設(shè)計(jì)人員只依據(jù)荷載規(guī)范在電梯機(jī)房考慮了活荷載及機(jī)房頂?shù)募�中荷載，其實(shí)這兩項(xiàng)為檢修電梯荷載，而未考慮電梯實(shí)際工作中的荷載作用。設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)選用的電梯型號，根據(jù)廠家提高資料按實(shí)際考慮集中荷載作用在支撐構(gòu)件上。 

　　二、抗浮設(shè)計(jì) 

　　在工程設(shè)計(jì)中，往往會(huì)遇到純地下或地下室埋深大的高層建筑裙房，就出現(xiàn)了抗浮設(shè)計(jì)問題，在暴雨來臨，施工期間一旦未及時(shí)采取降水措施就會(huì)積水產(chǎn)生浮起，使用期間若不將四周的回填土采用粘性土分層夯實(shí)形成止水層，也同樣會(huì)產(chǎn)生水浮力，有不少地下室因?yàn)樵O(shè)計(jì)未考慮周全或施工階段未做好降水排水工作出現(xiàn)工程事故。 

　　在《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中僅對有關(guān)浮力問題進(jìn)行了定性的描述，并未對如何驗(yàn)算進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)定。只有《給排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50069提到了關(guān)于水浮力可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)問題�！督o排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50069-2002第5.2.2條和5.2.3條中有表述，對于抗浮結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，地表水或地下水作用應(yīng)是第一可變荷載，1）在進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，它的分項(xiàng)系數(shù)取為1.27；2）當(dāng)計(jì)算整體抗浮的穩(wěn)定性時(shí)，抵抗力只計(jì)入永久作用，可變作用和側(cè)壁上的摩擦力不應(yīng)計(jì)入。此時(shí)上浮設(shè)計(jì)穩(wěn)定性抗力系數(shù)Ks取1.05，即抵抗力/水浮力標(biāo)準(zhǔn)值>1.05時(shí)滿足。 

　　地下室抗浮驗(yàn)算的基本原則：1、地下建筑物埋于不透水層，周邊填土為密實(shí)的不透水土，當(dāng)場地?zé)o積水時(shí)，依據(jù)水文地質(zhì)資料抗浮水位位于地下室底板之下時(shí)，可不考慮水的浮力作用。 2、地下水最高水位的確定在計(jì)算浮力時(shí)，地下水最高水位對浮力的大小起著關(guān)鍵作用，其取值原則如下：①若有長期水文觀測資料或歷史水位記錄時(shí)，浮力的計(jì)算可取歷史最高水位；若無長期水文觀測資料或歷史水位記錄時(shí)，可采用中水期最高穩(wěn)定水位。②場地有承壓水且承壓水與潛水有水力聯(lián)系時(shí)，應(yīng)按承壓水和潛水的混合最高水位計(jì)算。 　　三、基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 

　　基礎(chǔ)做為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最重要的部分，基礎(chǔ)部分往往在整個(gè)建筑物投資中占據(jù)了很大的比例，往往也影響到整個(gè)項(xiàng)目的周期，且關(guān)系到建筑的安全。因此如何選擇合理的基礎(chǔ)形式對于保證安全節(jié)約投資、降低造價(jià)起著舉足輕重的作用。基礎(chǔ)部分無疑是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最重要的部分，在這一階段，所出現(xiàn)的問題也有可能更加嚴(yán)重甚至造成無法估量的損失，這就要求我們設(shè)計(jì)人員對每個(gè)建筑物的勘察報(bào)告進(jìn)行仔細(xì)分析選擇一個(gè)最優(yōu)化的基礎(chǔ)方案，能熟悉掌握規(guī)范，合理設(shè)計(jì)，做到安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、確保質(zhì)量、保護(hù)環(huán)境。地質(zhì)報(bào)告要正確反映土層性質(zhì)、地下水和土工試驗(yàn)情況，并結(jié)合設(shè)計(jì)要求，對地基作出正確評估，否則就會(huì)給設(shè)計(jì)人員造成分析、判斷的錯(cuò)誤。結(jié)合最近遇到的實(shí)際工程對基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中值得注意的問題進(jìn)行探討。 

　　南寧某住宅小區(qū)，采用剪力墻結(jié)構(gòu)，上部26層、地下室2層。場地內(nèi)巖土層由素填土第四系土層和第三系強(qiáng)風(fēng)化硅質(zhì)巖組成，從上到下依次分述如下： 

　　1）、素填土①層：平均厚1.30m～3m。 

　　2）、粘土②層。該層中進(jìn)行標(biāo)貫試驗(yàn)平均8.7擊/30cm；本層分布于整個(gè)場地，分布厚1.3～12.3m，原巖土工程勘察報(bào)告提供地基承載力特征值為fak=200KPa。 

　　3） 粉質(zhì)粘土③：本層分布于整個(gè)場地，層面埋深12.5m～26.2m，為砂質(zhì)巖全風(fēng)化殘積形成。本層進(jìn)行標(biāo)貫試驗(yàn)平均12擊/30cm，原巖土工程勘察報(bào)告提供地基承載力特征值為fak=230KPa。 

　　4）強(qiáng)風(fēng)化硅質(zhì)巖④：巖體易破碎，取樣成碎石、角礫、粗（礫）砂狀態(tài)。該層層面埋深13m～45m，未鉆穿該層厚，該層分布均勻，但層面起伏較大。地基承載力特征值fak=8000KPa，樁極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpk=2200Kpa�？辈靻挝粩M建議采用鉆孔灌注樁，以強(qiáng)風(fēng)化硅質(zhì)巖④作為樁端持力層，而不建議采用靜壓樁，原因是考慮到巖石起伏較大，巖石埋設(shè)較深。根據(jù)初步估算結(jié)果，由于樁端持力層承載力較低，樁屬于端承摩擦樁，設(shè)計(jì)樁長為30米時(shí)，1米樁徑單樁豎向承載力特征值僅為2500KN，不經(jīng)濟(jì)；由于場地巖面起伏大，不利于樁基的穩(wěn)定，更不利于基礎(chǔ)的沉降控制；且設(shè)計(jì)樁長較長，易產(chǎn)生崩孔現(xiàn)象，成樁難度大，不利于控制樁身質(zhì)量；采用鉆孔灌注樁施工工期較長，樁基施工時(shí)現(xiàn)場不文明，排漿困難，對環(huán)境有污染。 

　　經(jīng)過分析，當(dāng)以粉質(zhì)粘土③為持力層時(shí)，土面埋深為14米處，根據(jù)深度修正后承載力可達(dá)510Kpa，按平均每層17KN/㎡樓面折算荷載考慮則為30x17=510KN/㎡，剛好滿足。后經(jīng)方案研究選用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（PHC樁），樁頂采用筏形承臺(tái)，做為地基處理方案，全部選用直徑400mm管樁，按樁長14米設(shè)計(jì)，初步設(shè)計(jì)單樁承載特征值為1000KN，樁距按1.4米考慮，則折算到每平米有效地基承載力特征值為1000/1.4/1.4=510.0KPa，滿足承載力要求。采用此樁根據(jù)結(jié)構(gòu)布置墻柱荷載分布調(diào)整樁疏密分布，樁頂與承臺(tái)斷開連接，樁頂設(shè)100mm厚砂墊層點(diǎn)式分布（即以各樁位中心點(diǎn)周邊600mmx600mm范圍設(shè)置，用素混凝土設(shè)擋邊阻隔地下室水影響，防止砂流失），達(dá)到調(diào)節(jié)沉降作用，在主體完成時(shí)最大沉降觀測點(diǎn)僅為12mm。由于使用小直徑密樁布置，相比更節(jié)省了承臺(tái)的配筋。合理的基礎(chǔ)方案選取，不僅加快了施工速度、不影響周邊環(huán)境，且在節(jié)省了工程造價(jià)的情況下，使結(jié)構(gòu)更安全進(jìn)一步降低了建筑的沉降差和沉降量。 

　　結(jié)語 

　　在今后的工作中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員需要重新認(rèn)識(shí)自己工作的重要性，明確自己的責(zé)任，提高對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量安全問題的辨別能力，能熟悉掌握規(guī)范，積累結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作經(jīng)驗(yàn)，做到安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、確保質(zhì)量、保護(hù)環(huán)境。 

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