地下室结构选型分析0217.docx

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地下室结构选型分析0217

南京高淳面粉厂住宅项目地下车库顶板、底板以及基础抗浮方案选型分析

华森建筑与工程设计顾问有限公司

2012年02月17日

一、地下车库顶板结构方案的比较

由于地下室顶板的设计荷载大（考虑绿化覆土等），面积大，其造价占整个项目的比重也较大。

故在保证结构安全性和使用性的前提下，还应兼顾其经济性指标。

因此，以下给出几种选型方案并进行分析，通过结构合理性和造价经济性等方面比较，从而选择确定最优的顶板结构方案。

（一）根据建筑方案图纸，初步确定主楼外地下室柱跨为8.4×8.4m，顶板覆土厚度为1.2m。

梁、板混凝土强度等级采用C30，梁纵筋采用HRB400，箍筋采用HRB400，板钢筋采用HRB400。

（二）方案类型：

无次梁大板、加腋大板、十字次梁双向板三种方案供选择。

（三）荷载取值：

无次梁大板板厚取h=350mm,

q1=0.35x25+1.2x18+0.5=30.85,取值为31.0kN/m2;

加腋大板根部厚度取h=450mm,跨中厚度取h=300mm,

q2=q1=30.85,取值为31.0kN/m2;

十字次梁双向板板厚取为h=250mm,q3=0.25x25+1.2x18+0.5=28.4,取值为28.5kN/m2。

地下车库顶板活载取为5.0kN/m2。

（消防车道和消防登高面除外）

（四）计算并分析：

1、方案一：

无次梁大板结构，板厚为350mm,结构布置及计算结果如下：

图一结构布置及梁、板配筋

（一）

现按图一配筋计算经济指标（按图1中粗虚线范围计算）：

梁混凝土：

0.5x0.85x15.6x4=26.52m3;

板混凝土：

15.8x15.8x0.35=87.3m3；

梁纵筋:

[（14x16.8+5x11.6+6x9.0）x4x490.9+2x113.1x5.5x4+16x16.8x153]/106=0.7279m3；

梁箍筋：

[122x50.3x（2.74+2.10）x4]/106=0.1188m3；

板底筋：

[785x15.8x2x16.8]/106=0.4167m3；

板面筋：

[（770x15.8x2x16.8+1005x15.8x2x7.4）]/106=0.6438m3；

每平米混凝土含量：

（26.52+87.024）/16.8x16.8=0.402m3/m2；

每平米钢筋含量：

[（0.7279+0.1188+0.4167+0.6438）]/16.8x16.8

=0.00676m3/m2=53.0Kg/m2.

2、方案二：

加腋大板结构，根部厚度取h=450mm,跨中厚度取h=300mm,结构布置及计算结果如下：

图二结构布置及梁、板配筋

（二）

现按图二配筋计算经济指标（按图2中粗虚线范围计算）：

梁混凝土：

0.5x0.85x15.6x4=26.52m3;

板混凝土：

（7.9x7.9x0.3+7.9x1.6x0.15x0.5x4）x4=90.06m3；

梁纵筋:

[（14x16.8+5x11.6+6x9.0）x4x490.9+2x113.1x5.5x4+16x16.8x153]/106=0.7279m3；

梁箍筋：

[122x50.3x（2.74+2.10）x4]/106=0.1188m3；

板底筋：

[873x15.8x2x16.8]/106=0.4636m3；

板面筋：

[（565x15.8x2x16.8+770x15.8x2x9）]/106=0.5189m3；

每平米混凝土含量：

（26.52+90.06）/16.8x16.8=0.413m3/m2；

每平米钢筋含量：

[（0.7279+0.1188+0.4636+0.5189）]/16.8x16.8

=0.00648m3/m2=50.90Kg/m2.

3、方案三：

十字次梁双向板结构，板厚为250mm,结构布置及计算结果如下：

图三结构布置及梁、板配筋（三）

现按图三配筋计算经济指标（按图3中粗虚线范围计算）：

梁混凝土：

0.5x0.85x15.6x4+0.3x0.7x15.6x4=39.62m3；

板混凝土：

16.8x（16.8-4x0.3-4x0.5）x0.25=57.12m3；

主梁纵筋：

[（16x16.8+5x11.2+5x9.0）x4x490.9+2x113.1x5.5x4+16x16.8x153]/106=0.7724m3；

次梁纵筋：

[（4x11.6+4X8.9）x490.9+2x113.1x5.6x2+4x380x16.8+2x16.8x113]x4

/106=0.2882m3；

主梁箍筋：

[122x50.3x（2.74+2.10）x4]/106=0.1188m3；；

次梁箍筋：

8x79x50.3x2.00/106=0.06358m3；

板底筋：

524x15.2x2x16.8/106=0.2676m3；

板面筋：

524x15.2x2x16.8/106=0.2676m3；

每平米混凝土含量：

（39.624+57.12）/16.8x16.8=0.3428m3/m2；

每平米钢筋含量：

[（0.7724+0.2882+0.1188+0.06358+0.2676X2）]/16.8x16.8=0.00630m3/m2=49.5Kg/m2。

（五）分析比较与选择：

混凝土用量比较表（以16.8mx16.8m范围计算）

梁混凝土用量（m3）

板混凝土用量（m3）

混凝土总用量（m3）

混凝土含量（m3/m2）

无次梁大板

26.52

87.30

113.82

0.402

加腋大板

26.52

90.06

116.58

0.413

十字次梁板

39.62

57.12

96.74

0.343

钢筋用量比较表（以16.8mx16.8m范围计算）

梁纵筋

（m3）

梁箍筋

（m3）

板筋

（m3）

钢筋总量

（m3）

钢筋含量

（kg/m2）

无次梁大板

0.7279

0.1188

1.0605

1.9072

53.0

加腋大板

0.7279

0.1188

0.9825

1.8292

50.9

十字次梁板

1.0606

0.1824

0.5352

1.7781

49.5

由上表可知，仅从结构的角度来看，十字次梁板方案的混凝土用量和钢筋含量最省；加腋大板方案钢筋含量次之，但混凝土用量最高；无次梁大板钢筋含量最高，但混凝土用量居中。

若考虑设备因素，无次梁大板以及加腋大板的消防喷淋数量在8.4mx8.4m标准跨内需9个，而十字次梁板方案的消防喷淋数量需16个；无次梁大板以及加腋大板的烟感报警数量在8.4mx8.4m标准跨内需2个，而十字次梁板方案的需4个。

由于设备数量的增加，其设备用房的面积也要作相应增加。

若考虑施工因素，无次梁大板最省；加腋大板由于板底不平，十字次梁板方案由于次梁的存在，故两者的模板量均较无次梁大板大。

综上所述，建议本工程的顶板方案优选加腋大板，无次梁平板次之，最后为十字次梁方案。

二、地下车库底板结构方案的比较

由于地下室底板的面积大，其造价占整个项目的比重也较大。

故在保证结构安全性和使用性的前提下，还应兼顾其经济性指标。

因此，以下给出几种选型方案并进行分析，通过结构合理性和造价经济性等方面比较，从而选择确定最优的顶板结构方案。

（一）以地下室柱跨为8.4×8.4m进行比较计算，底板混凝土强度等级采用C30，钢筋采用HRB400。

（二）方案类型：

柱下独立基础加防水板、带下柱墩的筏板基础二种方案供选择。

（三）计算并分析：

方案一：

柱下独立基础加防水板，主要计算结果如下：

1、柱下独立基础荷载计算

恒载计算：

（1）、1200mm厚覆土181.2=21.6KN/M2

（2）、350mm厚顶板250.35=8.75KN/M2

（3）、顶板主梁自重

[0.5x（0.85-0.25）x7.8x2x25]/8.4x8.4=1.66KN/M2

（4）、底板自重0.50x25=12.50KN/M2

（5）、底板面层0.20x15=3.0KN/M2

（6）、柱自重

0.6x0.6x25x3.9/8.4x8.4=0.50KN/M2

合计：

48.01KN/M2

活载计算：

顶板：

5.0KN/M2

底板：

4.0KN/M2

活载合计：

9.0KN/M2

标准组合：

57.01KN/M2

单柱轴力：

57.01x8.4x8.4=4022KN

2、柱下独立基础截面尺寸

4022/220=20.11M2，取平面尺寸4.4mx4.4m，基础厚度0.85m，基础底部配筋C14@120双向。

3、地下车库底板尺寸及配筋

底板承受的水压力计算：

（1）、依据地质报告，抗浮设计水位标高为室外地面下1.0m（考虑室内外高差0.3m），地下室底板面标高-5.550，地下室底板底标高-6.050，则抗浮水位高度为6.05-1.3=4.75m。

（2）、底板自重计算

底板自重0.50x25=12.50KN/M2

底板面层0.15x20=3.0KN/M2

合计：

15.50KN/M2

（3）、底板活载4.0KN/M2

（4）、地下室底板根据受力特点，分别按承受正向荷载和反向荷载两种工况，对于正向荷载，结构采用正向楼盖模型，对于反向荷载，结构建模时采用倒楼盖模型。

（5）、正向荷载取值

恒载：

15.50KN/M2

活载4.0KN/M2

（6）、反向荷载取值

水位按恒载取值并扣除底板自重，计算如下：

（倒楼盖计算时荷载按恒载输入计算）

（1.2x47.5-1.0x15.50）/1.35=30.8KN/M2取为31.0KN/M2

经计算，取板厚500mm，配筋在柱下板带区域上下均为C14@150，在跨中板带区域上下均为C12@150。

4、底板用钢量和混凝土量计算

底板混凝土量：

（0.5x8.4x8.4+4.5x4.5x0.35）/8.4x8.4=0.586m3/m2；

底板钢筋量：

[（4.2x1026x8.4x2+4.2x754x8.4x2）x2/8.4x8.4]/106=0.00356m3/m2=28.5Kg/m2。

独立基础钢筋量：

[（5.8x1283x5.4x2/8.4x8.4]/106=0.00114m3/m2=9.0Kg/m2。

总的钢筋含量：

28.5＋9.0=37.5Kg/m2

方案二：

带下柱墩的筏板基础，本次计算采用JCCAD程序计算，主要计算结果如下：

1、下柱墩截面尺寸

平面尺寸3.0mx3.0m，厚度（不包括底板厚度）0.5m，配筋C16@100双向。

2、地下车库底板尺寸及配筋

经计算，取板厚500mm，配筋在柱下板带区域下为C12@125、上为C12@150；在跨中板带区域上下均为C12@150。

3、底板用钢量和混凝土量计算

底板混凝土量：

（0.5x8.4x8.4+4.5x4.5x0.3）/8.4x8.4=0.564m3/m2；

底板钢筋量：

[（4.2x1659x8.4+4.2x754x8.4x2）x2/8.4x8.4]/106=0.00316m3/m2=24.8Kg/m2。

下柱墩钢筋量：

[（5.0x2011x4.0x2/8.4x8.4]/106=0.00114m3/m2=9.0Kg/m2。

总的钢筋含量：

24.8＋9.0=33.8Kg/m2

（四）分析比较与选择：

材料用量比较表（以8.4mx8.4m范围计算）

混凝土含量（m3/m2）

钢筋含量（kg/m2）

柱下独立基础加防水板

0.586

37.5

带下柱墩的筏板

0.564

33.8

由上表可知，柱下独立基础加防水板无论是混凝土含量还是钢筋含量均高于带下柱墩的筏板，且柱下独立基础加防水板需在防水板下设置易压缩材料（如聚苯板），一方面增加了工程造价，同时，防水板与下部土层脱开，使得地下水易于进入地下室底板下，增加了渗漏的可能性。

同时柱下独立基础计算时暂未考虑底部弯矩影响，若考虑，基础截面尺寸可能还要增加。

综上所述，建议本工程的底板方案优选带下柱墩的筏板。

三、地下车库基础抗浮方案的比较

（一）地下车库抗浮验算

1、自重计算

（1）、1200mm厚覆土161.2=19.2KN/M2

（2）、350mm厚顶板250.35=8.75KN/M2

（3）、顶板主梁自重

[0.5x（0.85-0.25）x7.8x2x25]/8.4x8.4=1.66KN/M2

（4）、底板自重0.50x25=12.50KN/M2

（5）、底板面层0.20x15=3.0KN/M2

（6）、柱自重

0.6x0.6x25x3.9/8.4x8.4=0.50KN/M2

合计：

45.61KN/M2

2、抗浮验算

依据地质报告，抗浮设计水位标高为室外地面下1.0m（考虑室内外高差0.3m），地下室底板面标高-5.550，地下室底板底标高-6.050，则抗浮设计水位高度为4.75m。

A、水浮力

47.5KN/M2

B、抗力

45.6KN/M2

抗力小于水浮力，故本工程需采取抗浮措施。

（二）地下车库抗浮措施的选择

上浮力标准值：

47.5x1.05-45.6=4.3KN/M2

1、减小水浮力的同时考虑增加配重（方案一）

地下室层高依据建筑方案为3.9m，若层高调整为3.7m（注意：

该方案不适用于顶板为十字次梁的方案，当顶板采用十字次梁时，主梁高度要高于大板方案的主梁），则水浮力为45.5KN/M2，则所需提供的配重为45.5x1.05-45.6=2.2KN/M2,则考虑底板厚度增加150mm，所增加的荷载为0.15x15=2.25KN/M2，刚好可以满足要求。

2、设置抗拔桩、桩型采用钻孔灌注桩（方案二）

在8.4mx8.4m标准跨内的上浮力标准值为4.3x8.4x8.4=303KN,桩长取7.5m，桩身直径采用600mm，本次计算以勘察孔JN201进行计算，如下：

Ra=（2x42x0.78+2.6x39x0.75+2.9x43x0.77）x0.6x3.14=440KN

钻孔灌注桩布置方案：

可考虑在每个下柱墩下设置一根A600钻孔灌注桩。

3、设置抗浮锚杆（方案三）

在8.4mx8.4m标准跨内的上浮力标准值为4.3x8.4x8.4=303KN,锚杆长取7.5m，锚杆锚固体直径采用150mm，锚杆钢筋直径采用36mm，锚固体强度采用C30，本次计算以勘察孔JN201进行计算，如下：

锚固体与地层的承载力：

Nak1=（2x38+2.6x35+2.9x40）x0.15x3.14=133KN

按桩基规范计算的与地层之间的承载力：

Nak2=（2x42x0.78+2.6x39x0.75+2.9x43x0.77）x0.15x3.14=111KN

锚杆钢筋与锚固体的承载力：

Nak3=0.6x3.14x0.036x2400x7.5/1.3=939KN

抗浮锚杆布置方案：

可考虑在每个下柱墩下设置3根A150抗浮锚杆。

（三）分析比较与选择：

若采用方案一，地下室层高会降低，底板厚度增加150mm；其构造配筋量会增加，由于底板厚度增加，使得开挖深度与方案二、三基本一样。

若采用方案二，在一个标准柱网内会增加一根7.5m长A600钻孔灌注桩。

造价计算如下：

（桩暂按1200元/M3计算）

3.14x0.25x0.6x0.6x1200x7.5=2543元/根

若采用方案三，在一个标准柱网内会增加三根7.5m长A150抗浮锚杆。

造价计算如下：

（抗浮锚杆暂按180元/M计算）

180x3xx7.5=4050元

综上所述，建议本工程的基础抗浮方案优选方案二，其次为方案三。