王浩然

（沈陽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110168）

地震區(qū)構(gòu)筑物基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的選擇及其對造價的影響

王浩然

（沈陽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110168）

鋼板倉作為一種新的現(xiàn)代化倉儲設(shè)備，具有施工周期短、標(biāo)準(zhǔn)化程度高、基礎(chǔ)施工省等優(yōu)點，越來越多地在糧油、飼料、釀酒、化工等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。然而，鋼板倉基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的選擇顯得尤為重要，尤其是地震烈度大、沿海地區(qū)顯得非常重要。基于此，結(jié)合工程設(shè)計實例，研究在8度地震區(qū)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)選擇的重要性，以期對結(jié)構(gòu)安全、施工工藝和控制造價有一定的參考價值。

地震區(qū)；8度；基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

隨著世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，工業(yè)化程度的提高，構(gòu)筑物得到蓬勃發(fā)展。筒倉等一些新型的構(gòu)筑物在我國的應(yīng)用越來越廣泛。自20世紀(jì)80年代從美國引進(jìn)第一批鋼板倉至今已有30多年歷史，多年來幾代科學(xué)工作者不懈的努力研究，已經(jīng)取得了輝煌的成績。裝配式、焊接型等一大批新工藝、新理念的設(shè)計水準(zhǔn)均已經(jīng)達(dá)到了世界發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)水平。國家標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范也日益完善，鋼板倉作為一種新的現(xiàn)代化倉儲設(shè)備，具有施工周期短、標(biāo)準(zhǔn)化程度高、基礎(chǔ)施工省等優(yōu)點，越來越多地在糧油、飼料、釀酒、化工等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。然而，鋼板倉基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的選擇顯得尤為重要。在設(shè)計中應(yīng)考慮地質(zhì)條件、水文情況、冰凍線及深度等，尤其是地震烈度大、沿海地區(qū)顯得非常重要。

1　鋼板倉基礎(chǔ)形式及受力

1.1鋼板倉基礎(chǔ)形式

鋼板倉基礎(chǔ)屬特種結(jié)構(gòu)范疇，有別于其他建筑物，除滿足工藝要求、設(shè)備走向外，還包括底部庫房的使用，工藝要求在某種程度上限定場地的位置。基礎(chǔ)形式各不相同，受場地影響有單倉、雙倉、四倉、單排及雙排（見圖1～5），有柱支撐及砼剪力墻結(jié)構(gòu)等（見圖6、7）。

圖1　鋼板倉單倉結(jié)構(gòu)圖

圖2　鋼板倉雙倉結(jié)構(gòu)圖

圖3　鋼板倉四倉結(jié)構(gòu)圖

圖4　鋼板倉單排倉結(jié)構(gòu)圖

圖5　鋼板倉雙排倉結(jié)構(gòu)圖

圖6　柱支撐結(jié)構(gòu)圖

圖7　剪力墻結(jié)構(gòu)圖

1.2鋼板倉基礎(chǔ)受力

基礎(chǔ)受力較為復(fù)雜，單倉可容納100～5 000 t不等，而且大直徑倉體受上部鋼結(jié)構(gòu)的影響，一般5 000 t型荷載的單體倉按目前國內(nèi)外比較有名生產(chǎn)廠家提供的工藝尺寸，直徑均在20 m左右，這就說明物料的活荷載是165 kN/m2，底板的厚度350 mm。從數(shù)值上分析同民用建筑相比簡直就是天文數(shù)字，設(shè)計者必須加以重視。設(shè)計時不只是考慮自身活荷載、靜載，還要考慮動荷載，瞬間加載、空倉情況，荷載重新分配，計算難度大。資料顯示，目前大直徑鋼板倉基礎(chǔ)國內(nèi)許多設(shè)計單位采用的基礎(chǔ)形式主要有樁基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)、箱型基礎(chǔ)、復(fù)合地基等。

2　工程實例

南方一城市新建10座5 000 t鋼板倉，其平面圖見圖8。

圖8　10座5 000 t筒倉平面圖

2.1工藝參數(shù)

倉體直徑20 m，高度27 m，作用底部荷載165 kN/m2。下設(shè)2排輸送機、斗式提升機、通風(fēng)系統(tǒng)，4 m深的工具室。

2.2地質(zhì)分析

根據(jù)《巖土工程勘察報告》評價，區(qū)域地質(zhì)條件和本次勘察結(jié)果表明，場地所處地貌為海相一級階地，現(xiàn)場地開闊平坦。本次鉆探深度范圍內(nèi)，地層主要由雜填土、海相沉積土組成。場地內(nèi)第6層淤泥質(zhì)黏土為震陷軟土，而第3層粉砂、第4層中砂和第5層粉土為液化土層，場地劃分對建筑抗震不利地段，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）[1]第4.3.6條至第4.3.9條，應(yīng)采用全部消除液化沉陷，或部分消除液化沉陷且對基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)處理的措施。經(jīng)處理后本場地適宜進(jìn)行該工程建設(shè)。因第3層土粉砂、第4層中砂大部分處于基坑挖除范圍內(nèi)，所以設(shè)計時需要側(cè)重考慮第5層粉土和第6層淤泥質(zhì)黏土其相應(yīng)的負(fù)摩阻力和震陷對樁基礎(chǔ)的不利影響，地震烈度為8度設(shè)防，具體如表1、2、3所示。

表1　地基土承載力及有關(guān)巖土工程設(shè)計參數(shù)建議值表

表2　樁基巖土工程設(shè)計參考數(shù)建議值表

表3　估算單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值表

2.3討論

從表1、2、3數(shù)值可以看出，第3、4、5層土屬液化土，當(dāng)?shù)卣饋砼R時該土層全部液化，像流水一樣，其中還產(chǎn)生負(fù)摩阻，地質(zhì)相當(dāng)復(fù)雜，施工技術(shù)要求高，必須按圖施工，土層外觀良好，現(xiàn)場管理人員往往忽視液化存在，產(chǎn)生誤導(dǎo)。如果設(shè)計中出現(xiàn)任何差錯后果都是不堪設(shè)想。這方面問題國內(nèi)外均有報到。

3　設(shè)計方案

該工程具有幾種設(shè)計方案，一是采用高強預(yù)應(yīng)力管樁，鉆孔灌注樁；二是復(fù)合地基。

（1）經(jīng)結(jié)構(gòu)計算，單樁承載力特征值為2 500 kN，根據(jù)地質(zhì)報告估算豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值及《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB5007-2011）[2]初步設(shè)計時單樁豎向承載力特征值可按下式進(jìn)行估算Ra=qpaAp+up∑qsali，結(jié)果滿足要求。

（2）持力層為第8層礫砂，樁段極限阻力標(biāo)準(zhǔn)值為1萬kPa，樁端深度不得小于1 000 mm。按《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）當(dāng)建筑物的阻尼比按有關(guān)規(guī)定不等于0.05時，地震影響系數(shù)的阻尼調(diào)整系數(shù)和形狀參數(shù)應(yīng)符合下列規(guī)定。曲線下降段的衰減指數(shù)按下式確定，γ=0.9+0.05-ξ/0.3+6ξ，最后確定豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值取6 000 kPa。按規(guī)范要求進(jìn)行現(xiàn)場單樁試驗，對預(yù)制樁當(dāng)有對比試驗時，采用了高應(yīng)變檢驗單樁豎向承載了，檢測數(shù)量不少于總樁數(shù)的5%，且不得少于5根，滿足設(shè)計要求。最后進(jìn)行破壞性試驗，結(jié)果為6 300 kN。

4　方案確定

業(yè)主組織召開專家論證會，對施工圖初步設(shè)計進(jìn)行討論，預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)設(shè)計參數(shù)：樁直徑500 mm，樁長度22 m，承臺梁6 500×650；復(fù)合地基，承臺圓形，直接22 m，高度1.2 m，400×400砼方樁，長度22 m，按梅花形布置，間距1.2 m；增加褥墊層。灌注樁施工慢，施工質(zhì)量差，單樁承載力低，根據(jù)周邊建筑物及相關(guān)資料，綜合考慮最后確定為預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)。

5　造價比較及施工情況

從施工圖預(yù)算及竣工結(jié)算對比，采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)單倉造價35萬左右，如果是復(fù)合地基造價為55萬元，10座筒倉共節(jié)約造價200萬元。時間縮短了2個月，樁基礎(chǔ)施工簡單，復(fù)合地基工藝繁瑣且施工周期長，尤其南方受高溫、多雨、臺風(fēng)等天氣影響，質(zhì)量無法保證,工程結(jié)束后，在全部滿倉的情況下，按規(guī)范進(jìn)行沉降量觀測，滿足規(guī)范要求。

6　結(jié)語

通過以上分析及工程實例可以看出，當(dāng)鋼板倉體積大、地震烈度高、地質(zhì)條件復(fù)雜時，在確保結(jié)構(gòu)安全的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，基礎(chǔ)形式的不同，對造價和施工產(chǎn)生的差異是顯而易見的，在滿足同樣的使用條件下，可以使基礎(chǔ)造價大幅度降低。

[1]中華人民共和國建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB50011-2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[2]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50007-2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2012.

The Option of Building's Infrastructure in the Seismic Area and Its Influence on the Cost

Wang Haoran
（College of Civil Engineering, Shenyang Jianzhu University, Shenyang 110168, China）

The steel silo is a kind of new modern warehousing equipment, has the advantages of short construction period, high degree of standardization, basic construction, etc., it was more and more widely used in grain and oil, feed, wine, chemical and other industries. However, the selection of the steel silo structure is particularly important, especially the seismic intensity and the coastal area is very important. Based on this, this paper investigated the importance of selection of foundation structure in 8.0 -magnitude earthquake zone combined with the engineering design examples, in order to have a certain reference value for structural safety, construction technology and control cost.

Earthquake zone; 8.0 –Magnitude; Foundation structure

TU352

10.16736/j.cnki.cn41-1434/ts.2016.18.030

王浩然（1992-），黑龍江綏化人，碩士，助理工程師；主要研究方向為結(jié)構(gòu)工程。