程林楓,馮曉波,朱 磊

(1.南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局河南分局, 河南 鄭州 450000； 2.臨海住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局東部事務(wù)中心,浙江 臨海 317000；3.浙江力豐建筑加固工程有限公司,浙江 湖州 313000)

既有建筑裝修改造中,尤其涉及改變使用用途時(shí),通常需要增加獨(dú)立的消防儲(chǔ)水池,現(xiàn)有的建筑內(nèi)部大都不存在這樣的水池,因此如何考慮該供水池的位置及該部分荷載對(duì)原結(jié)構(gòu)的影響,最大程度減小其對(duì)原結(jié)構(gòu)的影響,并經(jīng)濟(jì)合理設(shè)計(jì)水池本身,成為在改造過程中面臨的一個(gè)現(xiàn)實(shí)而嚴(yán)峻的問題,甚至關(guān)乎改造項(xiàng)目能否落實(shí)。

1 工程背景

浙江升建大樓為地上8層框架結(jié)構(gòu),層高3.6 m,標(biāo)準(zhǔn)軸網(wǎng)尺寸7.2 m×7.2 m,采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)原始數(shù)據(jù)缺乏。經(jīng)檢測(cè)公司檢測(cè)數(shù)據(jù)如下：柱截面550 mm×550 mm,軸網(wǎng)為十字梁格,主梁250 mm×600 mm,次梁250 mm×550 mm,混凝土等級(jí)C25,基礎(chǔ)采用樁+承臺(tái)。具體樁型及數(shù)量不明,承臺(tái)尺寸后期經(jīng)過人工開挖得以確認(rèn)。

根據(jù)建筑消防設(shè)計(jì)要求,整棟大樓需要增設(shè)消防水池,正常使用狀態(tài)共計(jì)蓄水320 t左右,根據(jù)單體所處區(qū)域位置,南側(cè)及西側(cè)為道路,建筑距離道路只有3 m左右,東側(cè)為相鄰建筑,北側(cè)為小區(qū)圍墻,室外沒有開挖埋放的空間。建筑提供了兩個(gè)方案：一是屋頂；二是室內(nèi)地面開挖,池體部分埋入土中,部分在地面以上直到2層樓面梁底?？紤]到設(shè)置屋面后對(duì)屋面層本身及整幢樓均產(chǎn)生影響,加固量太大,故將水池放在1層。消防水池平面布置見圖1。

圖1 消防水池平面布置

根據(jù)建筑排布設(shè)置,挖除地面土后,承臺(tái)頂?shù)降仄荷疃?.5 m,原結(jié)構(gòu)承臺(tái)較大,則水池不可避免落在原承臺(tái)上,即水池底板在柱網(wǎng)內(nèi)只能埋深1.5 m,水池池頂直達(dá)2層梁底,最大程度利用現(xiàn)在室內(nèi)高度保證水池深度,結(jié)構(gòu)進(jìn)行后續(xù)設(shè)計(jì)。

2 結(jié)構(gòu)處理方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,水池底板如沿著柱內(nèi)側(cè)布置則不可避免落在承臺(tái)上,原承臺(tái)及樁則須考慮到此水池荷載的影響(圖2),對(duì)此,結(jié)構(gòu)考慮兩個(gè)方案：

方案1：將底部落在承臺(tái)所圍成的空間內(nèi),然后外挑,完全考慮承臺(tái)之間的土來承重,通過箱型基礎(chǔ)上托水池[1]。見圖3、圖4。

方案2：沿著柱內(nèi)側(cè)在承臺(tái)下增設(shè)錨桿樁,不考慮池底土的作用,將所有的水池和水的荷載完全由新增加的錨桿樁承擔(dān)[2]。見圖5、圖6。

圖2 原結(jié)構(gòu)承臺(tái)平面布置(局部)

圖3 方案1水池基礎(chǔ)平面布置

圖4 方案1水池剖面示意

圖5 方案2原承臺(tái)補(bǔ)錨桿樁布置

圖6 方案2水池剖面示意

綜合考慮兩種方案,方案1由于原承臺(tái)面積較大,實(shí)際落地的箱型面積過小,支撐上部懸挑水池風(fēng)險(xiǎn)過高,且由于承臺(tái)間土仍然有發(fā)生不均勻沉降的可能,故采用第二種方案,將水池荷載直接通過承臺(tái)傳給錨桿樁。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算

3.1 基礎(chǔ)補(bǔ)錨桿樁計(jì)算

水池底板厚250 mm,自重6.25 kN/m2,有效水深4.2 m,自重42 kN/m2；池壁厚200 mm,高度4.5 m,每米自重22.5 kN/m,分?jǐn)偟剿仄矫婕s合2 kN/m2；則豎向共計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)值qk=6.25+41+2≈49 kN/m2；每個(gè)承臺(tái)角上挖除土體共計(jì)重量=2.4×2.4×1.8×18≈186 kN；每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)軸網(wǎng)新增合計(jì)豎向荷載Nk=49 kN/m2×49 m2-4×186 kN=1 657 kN；共計(jì)補(bǔ)8根錨桿樁,1 657/8≈207 kN,單樁承載力特征值須達(dá)到215 kN,最終壓樁力根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)壓樁控制取1.5×207=310.5 kN,輔助以樁長(zhǎng)進(jìn)行控制。此工程采用250錨桿靜壓樁,按照上述方案則滿足所有新增水池的荷載由新補(bǔ)的錨桿樁承擔(dān),原有結(jié)構(gòu)的樁沒有增加負(fù)載。

3.2 底板及壓樁反力梁計(jì)算

將承臺(tái)之間設(shè)置拉梁,承臺(tái)斜坡采用素混凝土找平,承臺(tái)頂與拉梁頂平,形成閉合狀的2個(gè)矩形,水池底板即落在這2個(gè)矩形平面上,底板采用slabcad進(jìn)行建模計(jì)算,底板厚度250 mm,根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行配筋；承臺(tái)之間拉梁當(dāng)作兩端支撐在承臺(tái)處,承受跨中豎直向上的壓樁反力,取最大壓樁反力322 kN對(duì)此梁進(jìn)行計(jì)算,配筋梁截面700 mm×700 mm,跨度4.6 m,采用C30混凝土,三級(jí)鋼,兩端當(dāng)作鉸接。

3.3 池壁計(jì)算

池壁底部當(dāng)作固結(jié),頂部當(dāng)作鉸接的受彎構(gòu)件,取1 m單元進(jìn)行計(jì)算[3]。根據(jù)Midas計(jì)算結(jié)果配置池壁鋼筋。見圖7。

圖7 池壁計(jì)算模型假定

3.4 池頂拉梁計(jì)算

上部由于有2層樓面梁及樓板,施工條件受限,故本水池不設(shè)頂蓋,只在池子中間拉梁,此梁給池壁頂起到鉸接約束作用,梁主要承擔(dān)頂部水的漲力,通過內(nèi)部設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼絞線來平衡。由圖7可知,每米墻在B點(diǎn)支座反力VB=15.45 kN,由井字梁布局每根梁承擔(dān)2.5 m寬支座反力,即拉梁承擔(dān)向外脹力38.6 kN,梁內(nèi)設(shè)置2根預(yù)應(yīng)力鋼絞線,預(yù)加張拉荷載每根50 kN共計(jì)100 kN,對(duì)池壁頂部進(jìn)行拉結(jié),通過拉梁的設(shè)置實(shí)現(xiàn)頂部對(duì)池壁的鉸接約束作用。池頂拉梁平面見圖8。

圖8 池頂拉梁平面

4 結(jié) 語

該大樓由于涉及消防水池,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)盡可能避免該水池對(duì)原結(jié)構(gòu)的影響,通過與建筑專業(yè)密切配合,將水池設(shè)置在1層,既利用了地下的空間,又沒有對(duì)周邊結(jié)構(gòu)產(chǎn)生負(fù)擔(dān),沒有造成原結(jié)構(gòu)的加固,且水池本身得到了充分合理的設(shè)計(jì)。池底250 mm,池壁200 mm厚,頂部拉梁,造價(jià)非常經(jīng)濟(jì),實(shí)現(xiàn)了在既有建筑內(nèi)部增設(shè)水池的一種良好的辦法。本工程改造完畢經(jīng)過試水驗(yàn)收和消防驗(yàn)收,至今使用狀況良好。