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1工程概況及周邊環境

項目位于西咸新區，西側自北向南分別為未開發地塊，B地塊、D地塊和F地塊。東側為規劃地鐵16號線。建筑面積約為4.8萬m2，自北向南長度約為760m，根據使用功能分為ABC三個區。主要功能為地下商業、車庫和設備用房，局部兼顧人防工程。主體結構主要柱網尺寸9.0m×9.0m，采用鋼筋混凝土主梁大板結構，頂板厚400mm，局部采用鋼結構屋面。主體結構和地下管廊、環隧統籌建設，為上下共構，與地鐵車站、區間脫開，總平面圖及周邊環境見圖1。工程抗震設防烈度為8度，基本地震加速度為0.2g，設計地震分組為第二組，抗震設防類別為重點設防類（乙類），場地類別為Ⅲ類。設計使用年限為50年（與管廊、環隧共構段100年），擬建場地的特征周期Tg為0.35s。結構的安全等級為二級（和管廊、環隧共構部位為一級），地下室防水等級為一級，地基基礎設計等級為甲級。

2圍護結構設計

本工程周邊緊鄰地塊與地鐵車站和區間，結合周邊情況，基坑采用不同的圍護結構方案。基坑深度約10~17m，基坑側壁土層主要由人工填土層、黃土狀土、細砂層及中砂層組成。A區基坑深度15~17m，西側現狀為空地，采用樁錨支護方案，東側G地塊的支護形式為樁錨支護，基坑已開挖，且距離本項目較近，同期施工將兩基坑中間挖通，統一按一個大基坑合并考慮進行支護。B區基坑深度10~16m，西側B地塊基坑深度約13m，D地塊基坑深度約14m，均為樁錨支護，基坑均已開挖，與本工程基坑相鄰，不具備分別圍護的場地條件。D地塊的基坑深度和本工程基坑深度接近，B地塊基坑深度比本工程深，將B、D地塊基坑靠近本側的土層及支護結構分層分段挖除至本工程基底，基坑合并一起考慮進行支護。C區基坑深度約15m，西側F地塊基坑深度約16m，該范圍支護形式采用對拉錨索。地下空間東側為規劃地鐵16號線的車站和區間，基坑深度約17.1~21.3m。該范圍地鐵采用明挖方案。地下空間與地鐵車站共基坑方案。

3地下室抗浮設計

基礎采用筏板基礎，持力層主要位于細砂層和中砂層。地下空間東側為地下一層結構，局部地下二層，位于地鐵區間上方。根據地質勘察結果，抗浮水位取地面以下7.9m。經抗浮計算，位于地鐵區間上方的結構，水浮力較小，通過頂板覆土配重和結構自重解決抗浮問題。埋深較大的地下二層結構僅靠自重以及頂板覆土配重不能滿足抗浮要求。因此考慮附加抗浮措施，與配重聯合使用，抗拔錨桿施工簡單，但容易受地下水侵蝕，而且土層抗拔錨桿，在長期荷載作用下存在應力松弛問題。相較于抗拔錨桿，抗拔樁的性能更穩定，本工程水頭大，對抗浮要求較高，弱腐蝕性環境，擬采用抗拔樁參與抗浮。關于抗拔樁的布置，要綜合考慮基礎受壓和抗浮兩個問題。樁布置在柱下，既要滿足抗浮水位工況下樁的抗拔，也要滿足低水工況下樁的受壓。抗拔樁均勻布置在底板跨中，柱下一定范圍底板水浮力由主體結構恒載抵消，該范圍以外水浮力由抗拔樁承擔。本工程基底位于中砂層，地基承載力300kPa，采用抗拔樁均勻布置在底板跨中的方案。該方案抗拔樁直接平衡水浮力，減少傳力路徑，經濟性更好。抗拔樁采用樁徑600mm、樁長13m的鉆孔灌注樁，以4.2m等間距布置在底板中心。設計等級為甲級的建筑樁基，承載力應通過靜載試驗確定，設計提供依據的試驗樁，根據現場試樁報告，各試驗點均在終止荷載1340kN作用下變形穩定，滿足相關規范要求，單樁豎向抗拔承載力特征值為670kN。對抗拔樁的檢測，由樁身抗裂條件控制，抗拔加載取樁的承載力設計值。

4主體結構設計

根據《建筑工程抗震設防分類標準》[1]，結合本工程的建筑功能，地下車庫為標準設防，地下商業為重點設防。根據專家評審意見，本工程全部按照重點設防確定抗震等級。本工程為單建式地下結構，針對屋面局部開洞，采取相應措施。仍然按照地下結構設計，根據《建筑抗震設計規范》[2]（簡稱《抗規》）第14章確定抗震等級。第14章確定抗震等級提到的烈度是本地區的設防烈度，不再按《抗規》6.1.3條乙類建筑提高一度確定抗震等級。本工程抗震等級為二級。對于局部大跨度相關的水平及豎向構件等重要構件，構件的抗震等級提高為一級。結構重要性系數是與結構安全等級與設計使用年限有關的系數，是對荷載效應設計值的調整。設防分類是對設防標準的調整，主要針對抗震措施及其中的抗震構造措施的調整。本工程抗震設防類別為重點設防類（乙類），安全等級根據破壞后果確定，本工程安全等級為二級，結構重要性系數γ0=1.0。B區西側平面開洞較大，洞口沿縱向狹長，形成通透的光廊的建筑效果，西側鄰近地塊建筑，受用地場地限制，無法設置扶壁墻。通高的懸臂式擋土墻無法承擔土壓力作用，設計中控制樓板開洞尺寸，開洞處在樓層位置設置橫梁，橫梁按受彎構件進行設計，作為擋土墻的側向支撐。開洞范圍以外的地下室外墻，土壓力傳遞至洞口以外的樓板。本工程與地塊外墻之間采用混凝土實心磚填筑，剖面圖見圖2。A區地下一層樓板中庭開洞較大，有效樓板寬度約為典型樓板寬度的40%，混凝土頂板局部開洞，南北向洞口尺寸71.5m，為改善為西側擋土墻提供側向支撐的樓板開洞的不利影響，在西側一跨內樓梯間兩側沿橫向設置一定數量的混凝土墻，混凝土墻按深受彎構件設計。頂板鋼屋蓋支撐在其下混凝土梁上，局部支撐在懸挑梁上，懸挑梁挑出長度5.3~8.1m，頂板有大面積種植土，鋼屋蓋周圍覆土厚度1.4m，荷載較大，為控制結構變形，梁中設置一定數量緩粘結預應力筋，設計時考慮豎向地震作用。

5超長結構應對措施

本工程沿南北向總長度約580m，沿東西向50m~135m，遠遠超過《混凝土結構設計規范》[3]對現澆結構不設伸縮縫最大間距的規定。為了解決溫度變化對結構的影響，針對超長結構無縫設計需采取多種措施。在平面輪廓變化處及荷載變化處，設置兩道變形縫，將結構劃分成3個區段。每個區段之間合理設置后澆帶，由于后澆帶封閉前，后澆帶處梁板的模板支撐不得拆除，為了不影響施工材料的運輸，后澆帶的位置應結合設計要求及施工方案合理確定，后澆帶間距大于55m時，后澆帶與后澆帶之間設置膨脹加強帶。變形縫、后澆帶與膨脹加強帶的布置見圖3。對于A區頂板局部設置鋼結構屋面，為非全埋的地下結構，溫度變化影響較大，尚應進行溫度應力分析，混凝土收縮是一個長期過程，設置施工后澆帶，能有效釋放施工階段早期混凝土收縮應力，使用階段的混凝土收縮在結構內部仍會產生拉應力，與降溫類似，故可把后澆帶封閉后的收縮變形等效為結構的整體溫差，混凝土收縮扣除后澆帶合攏前的收縮量。取最高氣溫與后澆帶封閉時的溫度之差作為升溫溫差，季節性溫差與混凝土收縮當量溫差之和為降溫溫差。經YJK軟件計算，按1.5MPa的溫度應力進行預應力配筋，由于柱網較為復雜，僅在板中布置無粘結預應力筋，梁板截面折合板厚約270mm。預應力筋為直徑D=15.2mm，抗拉強度標準值fptk=1860MPa，張拉控制應力系數為0.75，面積Ap=140mm2，預應力損失為30%，單根有效拉力Np=136.7kN，經計算，每米配置3根預應力筋，實配2根集束間距650mm。在地下室外墻的設計中，將水平筋設置在豎向筋外側，結構主體均使用補償收縮混凝土，采用間隔跳段施工，同時頂板采取建筑保溫減小溫度變化對主體結構的影響。

6鋼屋蓋設計

A區大跨度屋蓋采用空間鋼結構方案，屋蓋平面尺寸沿南北向長71.5m，屋蓋采用門形框架和人字形組合的輕鋼框架結構，最大跨度約15m，最大高度約7.75m，建筑特點為整個鋼結構沿縱向為曲面漸變且各榀跨度均在變化，受建筑外觀影響，不宜設置交叉支撐，各榀系桿不在一條直線上。鋼柱支撐于下部混凝土結構的梁柱上，采用鉸接柱腳，構件主要采用H型鋼或方鋼。點支玻璃幕墻和屋面，節點以剛接為主。中間鋼平臺采用玻璃屋面，跨度21m，沿東西向設置5根變截面實腹鋼梁，鉸接于兩側混凝土牛腿上。主要構件尺寸見表1。鋼屋蓋采用MidasGEN軟件計算，三維模型見圖4。地下混凝土結構與其上部的鋼結構剛度相差較大，同時地下室周圍土體的約束限制了結構的側移，減小了對屋蓋受力的影響，根據YJK計算結果，地下室頂層柱頂最大側向位移為2.8mm，因此在計算鋼屋蓋時僅考慮上部屋蓋模型進行分析。經計算分析可知，構件的最大應力比約為0.8，在恒載加活載工況下的最大豎向位移為27mm，最大位移處對應的位移跨度比值為1/785<1/400，滿足要求。在恒載加風作用工況下的最大水平位移為38mm，主要計算結果見圖5~圖7。

7結語

地下空間的基坑工程應結合地質條件與周邊環境，綜合考慮施工場地、工期、交通導改、管線保護等統籌安排，合理進行設計與施工。抗浮設計時抗拔樁要綜合考慮基礎受壓和抗浮兩個問題，從抗浮角度考慮，抗拔樁設置在底板跨中經濟性更好。地下結構樓板開洞較多時，通過設置橫梁或橫向混凝土墻作為擋土墻的側向支撐，能夠有效解決擋土墻的受力問題。通過合理設置變形縫、后澆帶，進行溫度應力分析，采用預應力鋼筋和補償收縮混凝土，間隔跳段施工以及建筑保溫等綜合措施，應對超長結構溫度應力的影響。

參考文獻：

[1]GB50223-2008，建筑工程抗震設防分類標準[S].中國建筑工業出版社，2008.

[2]GB50011-2010，建筑抗震設計規范[S].中國建筑工業出版社，2016.

[3]GB50010-2010，混凝土結構設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2015.

作者：劉鑫 單位：北京城建設計發展集團股份有限公司