某配餐楼位于北京, 总建筑面积18328.63㎡, 地上三层, 局部地下一层, 地下一层、一层、二层层高均为5.5m, 三层4.5m, 出屋面层3.0m, 建筑高度22.3m。建筑主体平面呈矩形, 东西轴线长88米, 南北轴线宽64米, 主要轴网尺寸8mx8m。建筑性质为多层厂房。
主体结构设计使用年限为50年, 安全等级为二级, 建筑抗震设防类别为丙类, 结构重要性系数为1.0。拟建场区的抗震设防烈度为8度, 设计地震分组为第二组, 建筑场地类别为III类。场地多遇地震特征周期为0.55s, 设计基本地震加速度值为0.20g。地面粗糙度类别为B类, 基本风压0.45k N/m2, 基本雪压0.40 kN/m2。框架抗震等级为二级, 抗震构造措施为二级。
本工程为多层厂房, 结构较规则, 采用现浇钢筋混凝土框架结构。配餐楼工艺复杂, 荷载较大, 楼面活荷载为1t/m2, 各类库房、厨房等楼面活荷载为1.5t/m2, 水处理间为3.5t/m2。
分别将嵌固端选取在基础顶和地下室顶进行计算, 比较后发现嵌固在地下室顶时, 地下一层框架梁及框架柱配筋较大, 而嵌固在基础顶时, 配筋较小, 地下一层框架柱基本为构造配筋。因此取包络设计, 嵌固端选择在地下室顶板。同时, 根据抗震规范, 对地下室顶板采取了以下措施:
(1) 地下室楼板混凝土强度等级为C35, 厚度取为180mm, 采用双层双向配筋, 且每层每个方向的配筋率均不小于0.25%, 以增加楼层平面刚度;
(2) 地下室柱截面每侧的纵向钢筋面积除符合计算要求外, 均不小于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍, 增加侧向刚度, 通过配筋增大柱截面实际受弯承载力, 确保塑性铰只出现在上柱底部截面。
(3) 无地下室部分的柱子在双方向均设置基础拉梁, 确保楼层整体性。
配餐楼设备多, 荷载大, 专业管线错综复杂, 要在层高有限的情况下保证净空, 对梁高的限制比较大, 为保证配筋率, 受力筋均采用四级钢。经计算, 将框架梁截面降到750mm, 结构无不规则项且给各专业管线留出足够的排布空间。
根据勘察报告, 拟建场地勘察深度范围内表层为人工填土层, 其下为黏性土、粉土, 再下为一般第四系冲洪积成因的黏性土、粉土及砂类土。拟建场地内除存在地面沉降外, 无其它不良地质作用, 地基土不液化。拟建场地地基土的标准冻结深度为0.8m。地下土对混凝土结构具有微腐蚀性。
本工程地基基础设计等级为二级, 基础形式:地下室部分采用筏板基础, 无地下室部分采用独立基础。
地下室筏板基础持力层为2层黏质粉土—砂质粉土 (fka=120kPa或21层黏土—重粉质黏土 (fka=90kPa) , 计算时地基承载力特征值均取较小值90kPa;无地下室部分独立基础持力层为2层黏质粉土—砂质粉土 (fka=120kPa) 。由于上部结构荷载较大, 且基础形式不同, 经计算, 天然地基承载力无法满足要求且独立基础沉降量较大, 需进行地基处理。
换填法是将基础底面以下一定范围内的软弱土挖去, 然后回填强度高, 压缩性较低, 并且没有侵蚀性的材料的方法, 适用于处理范围较大, 深度不大, 土质较差, 无法直接作为基础持力层的情况。
垫层按换填材料的不同分为多种, 其中2:8或3:7灰土垫层和级配砂石垫层在工程中最为常用:灰土垫层具有一定的强度, 水稳定性和抗渗性;级配砂石垫层提高了地基承载力, 减少沉降, 由于砂石透水性大, 可做良好的排水层, 还可以加速软弱土层的排水固结。地下室筏板下采用级配砂石换填, 压实系数不小于0.97。根据规范, 修正后的地基承载力公式为, 其中, 经过地基处理的基础承载力修正系数ηb=0, ηd=1.0。配餐楼筏板底标高-6.9m, 标准组合下基底最大压力fa=324kPa, 带入公式计算得, 处理后的地基承载力标准值≥250kPa。
CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称, CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接, 荷载由桩与桩间土共同承担。因其能有效提高承载力, 减小沉降, 且施工工艺简单, 造价低, 已经成为一种较为常见的地基处理方式。
根据《建筑地基处理技术规范》, 复合地基承载力特征值计算公式为:, 式中单桩承载力发挥系数λ、桩间土承载力发挥系数β均取0.9, 桩径取400mm, 桩截面积Ap=0.1256m2, 按桩间距4d、正方形布桩, 则置换率m=4.9%。
独立基础底标高为-5.0m, 考虑基础下100mm厚垫层和200mm褥垫层厚度, CFG桩桩顶标高为-5.3m, 桩顶土层为2层粘质粉土-砂质粉土层 (fsk=120kPa) , 有效桩长取20m, 桩端持力层为5层细砂层。单桩竖向承载力特征值为, 经计算Ra可取670kPa。带入公式可得复合地基承载力特征值为338kpa, 取fspk=300kpa。经验算, 承载力满足要求且最终沉降量S=16mm<30mm, 相邻柱基的沉降差满足允许值0.002L。故要求独立基础下CFG桩处理后地基承载力特征值不小于300kPa, 并由具有相应资质的地基处理设计单位进行二次设计。
有局部地下室的结构嵌固端选取在地下室顶时, 地下一层框架柱及框架梁配筋较大, 为包络设计, 但因基础形式不同, 需采取构造措施增大楼层刚度和结构整体性;天然地基承载力较低且沉降较大时需进行地基处理, 不同基础形式可选取不同的处理方式, 筏板下采用换填法, 独基下采用CFG桩复合地基处理, 能有效提高承载力并减小不同基础间的沉降量。
摘要：某配餐楼位于北京, 建筑高度22.3m, 地上三层, 有局部地下室。分别将嵌固端选取在基础顶和地下室顶进行计算, 经比较, 嵌固端选取在地下室顶时为包络设计。由于天然地基承载力较低且不同基础间沉降差较大, 需进行地基处理, 筏板下采用换填法, 独基下采用CFG桩复合地基处理, 有效提高了承载力并减小不同基础之间的沉降量。
关键词：嵌固端,换填法,CFG桩复合地基
[1] GB50011-2010建筑抗震设计规范 (2016年版) , 北京, 中国建筑工业出版社, 2016
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