一.工程實例概況:
某制藥廠制藥廠房, 長72米, 寬52米, 主要軸網尺寸基本為8x7.5米左右, 地上高度14.55米, 現澆鋼筋混凝土框架結構, 占地面積約3744平方米, 地上兩層?？拐鹪O防烈度8度, 地基情況較好。由于場地限制和工藝需要, 必須設置局部地下室。地下室為長x寬=8x15米, 設置范圍為一個開間兩跨, 地下室深度5.1米, 占地面積比僅為3.2%。地下室墻體周邊防水層保護墻采用實心磚砌體。本文僅以此例就局部地下室結構計算及設計進行論述, 以表達在底層廠房建筑結構設計中應注意的事項。
二.結構特殊性和經濟性:
由于局部地下室面積很小, 地下室像楔子嵌入地基土中。如果將地下室作為基礎另外計算, 則地下室處與上部相連的框架柱受力情況和框架柱與基礎的剛性連接假定有一定差別。另外, 若將地下室以外框架柱底標高全部位于地下室底面同一深度, 對于很小的地下室以外的框架柱而言, 不能較好利用較淺的地基土作為基礎持力層, 且土方開挖和回填量大, 所占建設費用比例較高, 經濟性較差。
三.結構設計計算:
1. 結構模型建立方法的選擇:
按照PKPM系列軟件之《多層及高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件 (墻元模型) 用戶手冊》的方法, 分別按照逐層建模和修改柱底標高以及調整節點高度的方法進行了計算計算對比, 從設計結果的角度來看, 構件內力差別較大。因此, 按照軟件建議, 采用逐層建模的方式, 將地下全部構件設為地下一層, 無地下室部分梁間大開洞?？紤]到經濟性問題和廠房特點, 對地下室周邊框架柱底標高按照基礎凈距與高差之比不小于2設置柱底標高, 盡量利用較淺的地基持力層, 且減少施工工程量。
2. 結構嵌固層位置的選取:
由于本工程地下室頂板面積較小, 無地下室部分面積較大, 且梁間均開設洞口, 不能滿足《建筑地基基礎設計規范》GB5007-2011第8.4.25條和《建筑抗震設計規范》GB50011-2010第6.1.14條的規定。故模型計算時, 嵌固端均應設在地下室柱底部位。
3. 地基土對地下結構構件的約束:
在設計中采用不同的土層水平抗力系數的比例系數進行分析比較。為使結果對比明顯, 易于判斷, 分別采用考慮和不考慮兩種方式。
4. 模型計算 (對兩模型采用PKPM第V2.2版SATWE-8模塊計算) 。
1) 模型1:將地下全部柱和部分梁設為地下一層。無地下室部分大開洞, 地下室周邊框架柱底標高按照基礎凈距與高差之比不小于2調整?？紤]土的水平抗力系數的比例系數。
2) 模型2:除不考慮土體約束, 即土的水平抗力系數的比例系數=0外, 其它同模型1。
5. 模型計算結果
5.1 計算周期比 (平動系數均為x+y)
5.2 本層與下層側移剛度比
從上表中可以看出:土體對地下構件的約束, 將導致了震動周期的不同, 從而引起地震作用下構件內力的的不同。
6. 構件受力對比:
梁的彎矩M和軸力N對比 (模型1和模型2分別用M1、M2和N1、N2表示) :
地下室頂板連梁內力:M1
地上二層樓面及屋面梁的內力則M1>M2。
四.注意事項:
通過上述計算結果的比較, 在局部地下室設計中, 選取較為合理的土層水平抗力系數的比例系數值對結構構件內力影響不可忽視。對此, 不僅要考慮土的分類和工程特性指標, 還應結合建筑專業在地下室外側墻防水的保護材料綜合確定, 這也是結構設計時容易忽略的一個問題。通常, 地下室建筑防水層的保護構造做法有實心磚墻和柔性保護 (如聚苯板) 方式, 設計中必須注意柔性保護層如果變形較大, 則可能導致模型中地下室土體約束項與計算假定不符, 使設計結果出現較大偏差, 影響結構安全。
設計中尚應注意以下事宜:
1.地下室墻體在模型中輸入, 借助于軟件的計算功能, 使結構受力分析完整。同時, 建議地下部分應具有較強的側向剛度, 其頂板及梁、柱配筋按照作為嵌固部位的要求設置。
2.當地下室需要分層建立模型時, 在分層處需設支撐墻體構件, 單靠設置連梁則不能準確的計算結構內力和墻板的內力及配筋。
3.當地下室外墻靠建筑外道路時, 應考慮運輸車輛或消防車輛通行可能產生的附加水平壓力影響。車間內的地下室墻面應考慮地面荷載 (包括堆載、較大設備) 產生的水平壓力。以確保構件安全性。
4.地面處的躍層柱的配筋應取兩層配筋圖中的較大值連通配筋, 并對加密區高度補充說明。
5.需要按照規范規定對進行地基變形計算并滿足要求。
結束語:
房屋結構設計事關安全性和經濟合理性。設計中應針對工程特點, 在滿足國家及行業有關規范、標準、規定的前提下, 從整體概念角度并綜合考慮有關因素影響, 認真分析其結構及構件的受力合理性、可靠性, 必要時應進行多種模型計算比較, 才能取得較為滿意的結果。
摘要：在醫藥工業廠房設計中, 由于生產工藝需要以及其它因素影響, 有時會遇到局部設置地下室用作設備間的情況, 而且有的地下室面積相對較小。對此, 本文結合以往的工程設計實例, 對運用PKPM軟件結構計算及注意事項進行比較, 以實現結構安全、經濟、合理的目的。
關鍵詞：低層醫藥工業廠房,局部地下室,PKPM
參考文獻
[1] 《建筑抗震設計規范》GB50011-2010
[2] 《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2011
[3] 《全國民用建筑工程設計技術措施結構 (地基與基礎) 》2009中國計劃出版社2010.12
[4] 《SATWE5-3多層及高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件 (墻元模型) 用戶手冊》