某銀行檔案館結構設計要點及優化探討

武逸銘 曹國治 黃何烽

（浙江藍綠雙城建筑設計有限公司，浙江 杭州 311215）

1 工程概況

該項目為南方某銀行省分行的檔案館，位于城市繁華地段。地上主樓為14層，1～2層為營業用房，3～14層為密集柜檔案庫房，房屋高度為56.300m，地上建筑面積為22000m，結構類型為框架-抗震墻結構。裙房為3層，結構類型為框架結構。地下1層為人防地下室，人防等級為甲類核六級常六級。根據總行印發的檔案管理中心建設規范（2018年版）省分行、直屬分行檔案中心等級參照乙級檔案館，因此該工程檔案館等級為乙級，耐火等級為一級。設計使用年限為50年。結構重要性系數為1.0。根據《檔案館建筑設計規范》JGJ25—2010，6度區重要城市的乙級檔案館宜按7度設防，因此該工程設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.1g，設計地震分組為第一組，抗震設防類別為丙類，場地類別為II類。特征周期為0.35s。基本風壓：0.35kN/㎡，基本雪壓：0.50kN/㎡。主樓剪力墻抗震等級為二級，框架抗震等級為三級。裙房框架抗震等級為三級。主樓墻柱混凝土強度等級：地下室～3層為C55，4～6層為C50，7～8層為C45，9～10層為C40，11～12層為C35，13～屋頂層為C30。梁板混凝土強度等級：地下室～13層為C35，13～屋頂層為C30。

基礎采用旋挖鉆孔灌注樁，以5-3層中風化砂巖為樁基持力層。建筑樁基設計等級為甲級。該工程主樓采用樁徑Φ1000mm（擴底D=1400mm），裙房和純地下車庫部分樁徑為Φ800mm（不擴底）、Φ800mm（擴底D=1200mm）兩種。抗浮設防水位根據地勘提供為室外地坪以下500mm（即-0.800m）。純地下車庫頂板標高為-1.800m，室外地坪-0.300m，地下室底板面標高為-7.000m。

2 密集柜檔案庫荷載輸入及荷載效應組合

在設計含有密集柜檔案庫等功能房間的民用建筑結構房屋時，由于檔案庫等的樓面活荷載組合值系數、頻遇值系數、準永久值系數、重力荷載代表值系數比普通活荷載要大，現有版本PKPM軟件不能區分檔案庫和普通房間活荷載組合值系數的差異，且提供的樓板活荷載類型定義功能僅用于活荷載工況折減，若直接按普通樓面活荷載輸入模型中計算會導致計算結果不準確。此時可以通過PKPM提供的荷載補充菜單中的自定義工況功能，自定義檔案庫荷載，并在SATWE分析時修改荷載工況參與整體計算即可解決此問題。

首先，查《建筑結構荷載規范》GB50009—2012表5.1.1可知密集柜檔案庫的活載組合值系數為0.9，準永久值系數為0.8，頻遇值系數為0.9。另據《建筑抗震設計規范》GB50011—2010（2016年版）中5.1.3條規定，密集柜檔案庫重力荷載代表值系數為0.8。而PKPM軟件默認的普通活載組合值系數為0.7，準永久值系數為0.5，頻遇值系數為0.6，重力荷載代表值系數為0.5。建模時先輸入非檔案庫區域的樓面活荷載，檔案庫區域活荷載輸入0。然后在PKPM 荷載補充菜單中，自定義一個檔案庫活載。在荷載補充菜單中選取”檔案庫荷載工況”，輸入檔案庫區域活荷載為12kN/m，普通區域活荷載輸入0。

荷載輸入完成，轉到SATWE中，在荷載組合選項中多了一個“檔案庫荷載工況”，手動修改檔案庫荷載組合值系數、重力荷載代表值系數、準永久值系數、頻遇值系數為規范規定值。最后，在組合信息中選擇“自定義活載工況”為疊加，同時考慮檔案庫活荷載與普通活荷載，這樣就保證了荷載輸入和工況組合正確。

3 結構梁格布置形式優化

3.1 地下室頂板采用加腋大板的經濟性分析

地下室頂板采用加腋大板的樓蓋形式，因其較主次梁結構體系更經濟合理，且增加了地下室凈高。該工程選取X、Y方向各三跨8.1m×8.1m的柱網為例建模，大板結構按彈性板6參與整體計算板計算方法為有限元法。主樓截面為400mm×800mm，柱截面為500mm×500mm。恒載取27kN/m，活荷載取5kN/m。現研究板不同加腋形式對結構經濟指標的影響。1）當加腋寬度相同，加腋高度變化時：板厚取250mm，板加腋寬度取1000mm，加腋高度分別取150mm、200mm、250mm。分析結果見表1（混凝土按500元/m，鋼筋按5000元/t）。2）加腋高度相同，加腋寬度變化時：板厚取250mm，板加腋高度取200mm，加腋寬度分別取800mm，1000mm，1200mm。分析結果見表2。

從表1可知：板加腋高度取200mm時總造價最低。從表2可知：隨著板加腋寬度增加，總砼用量逐漸增加，而總造價增加的幅度不明顯。綜上所述，加腋高度可取200mm，加腋寬度可取1000mm，經濟效果最佳。

3.2 上部樓蓋結構梁布置形式技術指標比較

上部結構密集柜檔案庫區域在9.0m×9.0m的柱網下，標準層不同的梁布置形式：1）大板結構（圖1）; 2）一道次梁（圖2）; 3）十字交叉梁（圖3）; 4）兩縱一橫次梁（圖4）。標準層面積為1406.57m。

表1 加腋寬度相同，加腋高度變化時經濟指標

表2 加腋高度相同，加腋寬度變化時經濟指標

表3 不同結構梁布置形式技術指標比較

從表3可知，混凝土用量一道次梁最少，但與其他形式相比，含砼量相差不大，兩縱一橫次之；用鋼量方面則是兩縱一橫次梁最省。綜上所述，采用兩縱一橫次梁布置方案最經濟合理。

圖1 大板結構

圖2 一道次梁

圖3 十字交叉梁

圖4 兩縱一橫次梁

4 地下室基礎底板和錨桿優化

4.1 基礎概況

目前地下車庫底板無梁樓蓋方案應用較廣泛，因其無須做磚胎膜，減少土方開挖量，施工方便，造價比普通梁板結構低，受到建設單位的青睞。該工程純地下車庫底板厚為300mm，底板承受的水浮力標準值為65kN/m。底板及面層自重標準值為0.30×25+0.1×20=9.5kN/m。地下車庫底板采用無梁樓蓋加柱下樁基承臺形式，承臺作為底板的柱帽，板下布置抗拔錨桿。

4.2 基礎土層參數

由勘察報告可知，地基土層參數見表4。

表4 土層參數表

4.3 抗浮錨桿布置形式及優化

4.3.1 底板下均勻布置錨桿的傳統做法

抗浮錨桿設計直徑為150mm，單根錨桿抗拔承載力特征值為200kN。底板承受的向上的荷載標準值如下。

常見錨桿布置方案有兩種，即錨桿布置于柱下基礎和錨桿在防水板下均勻布置。前者用于整體抗浮，而后者主要依靠錨桿的抗拔力抵抗水浮力，可用于整體抗浮和局部抗浮。而該工程底板受到的水浮力大，水浮力為控制荷載，靠底板自身剛度抵抗水浮力，底板厚度和配筋會很大，不經濟。若采用在防水板下均勻布置錨桿方案，按傳統做法，錨桿間距S=200/61.05=3.27m，取1.80m×1.80m間距布置錨桿，將錨桿視為板的不動支座，錨桿承擔全部水浮力，防水板按構造配筋即可。但是該傳統做法未考慮錨桿和防水板的變形協調問題，水浮力作用于底板，使底板產生變形，底板的變形會使錨桿產生變形，錨桿產生拉力又會約束底板的變形，錨桿和防水板實際上是作為一個整體來共同抵抗水浮力的。因此不能將錨桿視為板的不動支座，而應簡化為特定剛度的彈簧，水浮力在錨桿和防水板間的分配與兩者的相對剛度密切相關。上述傳統做法不僅浪費而且存在安全隱患。

4.3.2 考慮錨桿和防水板的共同工作布置錨桿

該工程以8.1m×8.1m的柱網為例，將錨桿均勻布置在板底（圖5），通過JCCAD有限元分析結果發現，均勻布置的錨桿反力差異很大，靠近板中心區域錨桿反力最大達217kN，已經超過錨桿抗拔承載力特征值，而靠近柱邊區域的反力則很小，錨桿作用未充分發揮。因此必須考慮錨桿和防水板的變形協調，取錨桿抗拔剛度為180kN/m，優化錨桿布置，在板中心受水浮力較大的區域集中布置錨桿，而在柱邊少布置錨桿，由優化后錨桿抗拔承載力驗算結果（圖6）可知：1）集中布置的錨桿反力比較均勻，錨桿抗拔力得到充分發揮，錨桿數量相較均勻布置得少了6根，節約了30%以上的造價，經濟效益顯著，受力也更加合理。2）當錨桿剛度較小，防水板剛度較大時，錨桿受到的反力較小，水浮力主要通過防水板傳給支座。當錨桿剛度較大時，錨桿承擔的水浮力顯著增加，可有效減少防水板傳給支座的水浮力，從而提高錨桿的承載力。因此抗浮設計時考慮錨桿和防水板的共同作用更經濟合理。

5 總結

該文以某銀行檔案館為例，介紹了在結構設計流程中檔案庫荷載的輸入問題，切不可盲目采用軟件的默認值，因密集柜檔案庫活荷載相關系數值均比普通活載要大，其取值的準確性直接影響結構總體計算指標和配筋結果，這是保障結構安全的前提。

分析比選結構方案，采用更加經濟合理的結構。對地下室頂板采用加腋大板受力合理也更經濟，而上部結構采用主次梁體系更經濟合理。

在地下室抗浮設計時，可考慮錨桿和底板變形協調，根據錨桿抗拔承載力和變形結果優化錨桿布置方式，取得較好的效果。

圖5 錨桿抗拔承載力驗算結果（均勻布置）

圖6 錨桿抗拔承載力驗算結果（集中布置）