某填方区框架结构设计要点浅析

杨宗宇 柴 健

(1.北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京 100082； 2.北京城建设计发展集团股份有限公司，北京 100037)

0 引言

本工程位于宁夏回族自治区银川市，建设场地自然地面较设计点低约6 m～7 m，需要对整个厂区地基进行强夯处理。然后在建筑位置重新开挖至持力层。待基础施工完毕之后，重新回填，分层压实。由于基础及地下柱施工完成后，回填较困难，容易造成地面不均匀沉降。另外本工程大部分建筑较一般工程埋深较大，首层柱计算长度较高。计算模型取地下室层数为0或者取地下室层数为1，以及嵌固部位的选取对结构计算结果影响很大。本文以本工程A楼为例，通过地基基础设计及上部结构分析，选取合适的地基与结构设计方案，减少地基沉降，保证结构安全。对于同类场地条件下建筑基础的合理选型及上部框架结构的计算，具有一定的参考意义。

1 结构概况

根据地勘报告，本场地抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g，设计地震分组为第二组，基本地震动加速度反应谱特征周期为0.40 s。本场区各岩土层整体稳定性较好，除表层人工填土及①-2层粉质黏土(含结晶盐)质随环境及时间变化力学性能变化较大外(设计对该层应谨慎使用)，其他土层作为持力层承载力较好。部分建筑建议持力层局部存在粉土粉砂互层或粉质黏土夹层。本工程A楼单体为地上3层，结构类型为框架结构，现浇钢筋混凝土楼盖，无地下室。抗震设防类别为丙类，建筑结构抗震等级为二级。A楼平面轴线尺寸为24.05 m×52.5 m，纵向为4柱3跨，横向为8柱7跨，最大跨度为7.5 m。首层平面布置图如图1所示。

2 地基基础

2.1 防腐蚀设计

根据水、水腐蚀性评价结果，本场区地下水、土对建筑材料腐蚀性较强。根据《工业建筑防腐蚀设计标准》[1]，本工程原设计基础垫层为C20沥青混凝土，实际施工中发现沥青凝固较快，只能通过专用机械运输至基底。本工程基坑深度超过6 m，专用沥青运输车辆行动不便，沥青铺设困难，施工极为不便。而且沥青需要通过施工机械压实，对已经完成的基底扰动较大。因此根据规范[1]，并结合现场实际情况，可采用C20掺加抗硫酸盐阻锈防腐剂的混凝土。基础外侧与水土接触部位采用环氧沥青涂层，厚度不小于500 μm。

另外，参考规范[2]8.1.15条规定，强腐蚀环境下，基础设计时需验算裂缝。根据规范[3]，基础裂缝控制宽度可取0.3 mm，裂缝计算时混凝土的保护层厚度取30 mm。

2.2 基础设计

A楼基础底标高为-6.3 m，±0.000对应的绝对标高为1 066.600 m。根据详勘，以2层～3层为基础持力层，局部进行换填处理，采用级配砂石回填，地基承载力特征值为fak=170 kPa。采用独立基础。由于基础埋深较大，为防止室内地面沉降，基础施工完毕后，地面以下800 mm厚度内回填级配碎石，800 m以下采用素土分层压实回填，回填土压实系数不小于0.96。回填完毕后方可进行上部结构施工。

3 结构计算

采用YJK系列结构计算软件YJKS2.0.0版进行计算。

3.1 首层是否设置为地下室

本工程基础埋深较大，首层层高如图2所示，若按照无地下室计算，会造成首层层高较大，进而导致整个建筑的实际高度增加。下面对两种计算方法的结果进行对比分析。

按1层地下室计算，根据计算结果，首层的Ratx和Raty为1.0，均大于0.5时，嵌固端只能取在基础顶。经过计算，首层中间框架柱截面取500×500，边跨框架柱取600×600，角柱取600×750，满足计算要求。

按地下室取0计算，嵌固端在基础顶。经过计算，首层中间框架柱截面取600×750，边跨框架柱取600×800，角柱取800×1 000，满足计算要求。

比较两个模型计算结果(见表1)。有地下室及无地下室的建筑物整体刚度存在差异，无地下室计算模型的自振周期变大。根据地震系数影响曲线[4](见图3)，两种情况下，结构的自振周期均位于Tg～5Tg曲线下降段，随着周期的增大，地震力随之降低。实际计算的地震力也与该结论符合。

表1 有无地下室计算模型结果对比

图4～图7所示为两种计算模型下的楼层剪力，如比较两种情况下底部剪力，按地下室为1的结果为5 874 kN，按地下室层数为0结果为5 791 kN。实际上0.000 m以下部分与土体直接接触，地震波通过介质(土)已经传播出去。按有地下室计算时的地震剪力不小于按无地下室模型计算的地震剪力，计算按地下室层数为1输入认为合理可行。

而且通过对比工程量及断面配筋，按地下室为1层计算，能够显著降低工程造价。

3.2 基础埋深较大时框架结构的计算

埋深较大时，地下柱的弯曲变形主要集中在土体以下一定深度内。因此嵌固端不能取在地面层。本工程计算基础嵌固部位取在基础底，按地下室计算时，YJK软件并不能模拟周边土体对柱侧的刚度贡献，这样会造成结果又偏于保守，并造成某些计算指标不满足规范的情况发生。本工程计算结果显示，地下室所在层受剪承载力之比为0.63，不满足规范[4]中3.4.4-2-3条，但是规范中尚不明确该条是否适用于地下室层。为保证结构安全，针对该情况下，对结构做如下处理：1)在地面层设置地梁及刚性地坪。本工程刚性地坪做法为：200 mm厚C20混凝土，内配8@150×150双向钢筋网。2)计算时应保证地梁层以下的框架柱配筋按不低于地面层以上的配筋的1.1倍设置。3)地下部分与土直接接触，土体对于地震波扩散及对框架柱的约束情况实际存在，可以考虑回填土对地下柱侧向刚度的贡献。本文参考文献[5]取刚度放大系数3倍～5倍，现考虑按增大柱截面方法增加柱侧向刚度3倍。通过等代刚度EI，增大刚度后的截面为1.4a×1.4b(a,b分别为原柱截面长宽尺寸)。通过重新计算整体指标，得到地下室层受剪承载力比为0.75，能够满足规范要求。

4 结语

通过对强腐蚀地区深埋无地下室框架结构的计算对比分析，得出几点合理化建议，实际工程计算时可按照图8实施。

1)地基土对钢筋混凝土结构有强腐蚀性时，采用沥青混凝土垫层施工不便，应采用掺加抗硫酸盐阻锈防腐剂的混凝土。为防止沉降，地面以下2 m范围内应采用级配砂石回填压实。

2)基础埋深较大时的无地下室框架结构，结构计算可按照带一层地下室框架结构计算。前提为带地下室模型计算时，首层地震剪力不小于按无地下室计算时的地震剪力。

3)基础埋深较大时的无地下室框架结构，嵌固端可取在基础顶，计算整体指标时，应考虑回填土对地下柱侧向刚度的贡献，并通过等效刚度的处理方式，增大地下柱的截面，核算整体指标。