修改方案后既有基础的利用

谢庆杰

摘要：在我们的日常结构设计工作中，经常会遇到工程停工后修改建筑方案，致使已施工的部分需要满足新方案的要求。但新方案与原方案差别较大，已施工的部分就要进行再计算和增补加固等措施够满足新方案的需要。通过本文对工程设计中遇到问题的阐述，形成建筑结构设计中主要的逻辑思路。

关键词：基础，再利用，既有

1工程概况

本工程为宁夏某住宅小区内一幢住宅楼，原设计为框架剪力墙结构的公寓，地下一层，地上九层，建筑高度27.7米，2015年12月设计完成，现场施工基础后停工，2017年由于规划修改为普通住宅，且轴网变化较大，原有竖向构件基本均无法重合使用。

原工程安全等级二级，设计使用年限50年，工程抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为8度，设计地震分组为第二组，设防地震加速度值为0.20g，建筑场地类别为Ⅱ类。基本风压0.65kN/m2，基本雪压为0.20kN/m2，地面粗糙度B类。

本次为二次设计，二次设计时间为2017年，根据《建筑抗震设计规范》（2016版）项目所在地的设计地震分组修改为第三组。自然条件其它未发生变化，设计过程中考虑了已施工的基础如何处理问题，及一些处理的细节。设计的主要依据是新的建筑方案、原有基础的设计和既有基础和钢筋的检测鉴定报告。

2结构方案的确定验算

由于上部结构体系由原来的框架剪力墙改为剪力墙结构，原有框架柱和墙体的预留钢筋无法与新方案重合使用，原有基础如全部拆除存在困难也不利于节约能源与环境保护，所以设计初期考虑基础的再次利用，利用基础现状来满足上部结构对基础的要求。

1）提出问题，工程现状和条件

原基础形式为0.7米厚筏板基础，原框架柱位置设置有2x2x0.5米高的上柱墩，地下室为一层，层高6.250米，基础筏板的通长钢筋设置基本刚刚满足筏板的最小配筋率0.15%的构造要求（上下铁通长钢筋X向ø18@200，Y向ø20@200），已由建设单位出具既有基础的检测和鉴定。

2）分析问题，新结构的方案的可行性

原基础顶标高为-6.250米，新方案的地下室层数也为地下一层，设计中考虑到电梯基坑及集水坑与原基坑不重合，但原基础不准备拆除来设置集水坑，经与建筑专业讨论决定压低建筑层高至-4.2米，增加两米的夹层回填土用来满足新方案设置集水坑和电梯基坑。

因为新方案的建筑高度与原建筑高度基本無变化，初步估计原有筏板的厚度应该能满足墙下的抗剪要求。

因为轴线与原轴线无关系，原基础的跨中和支座的附加钢筋不能确定能利用，可利用的只有原来的通长钢筋，但通长钢筋仅刚刚能满足筏板的最小配筋率。所以新基础的计算钢筋均不能超过通长钢筋的面积，不管是跨中和支座，均应为构造配筋，所以需要调整上部剪力墙布置以满足钢筋面积。

3）解决问题，初步确定设计方案

根据以上分析可初步确定基础再利用的方案可行，由于新剪力墙的暗柱钢筋和公布钢筋的植筋间距尽量放大，所以建模计算时可把原6.25米高的地下一层分为两层计算（在-4.25米处设置楼板），使地下一层与首层的的刚度比满足正负零嵌固的要求，如此地下二层可不需设置约束边缘构造，且暗柱计算结果也会较小，使墙在原基础上的植筋生根满足加固规范的植筋间距不小于100mm的要求。

适当调整剪力墙布置，使墙间距不会过大，以满足可利用通长钢筋的面积。基础布置如下图一：

3设计阶段问题的解决

1）如何保证原有钢筋能够满足计算要求

可利用的基础筏板通长钢筋设置刚刚满足筏板的最小配筋率0.15%的构造要求（上下铁通长钢筋X向ø18@200，Y向ø20@200），在剪力墙布置时根据建筑布置控制了剪力墙的开间不大于4米，经过试计算，有些角部应力集中处还是有配筋不足处，通过调整周边的剪力墙布置也可调节，由于需要增加的剪力墙有时会影响标准层住宅的建筑布置，只能仅在地下室增加墙体，但为满足墙体竖向荷载和刚度能正常传至基础，此墙体不能过多且不能过长，如有些墙长需延长时控制尺寸为1米。

基础配筋不足时建筑内部可采取增加剪力墙来解决，但由于新方案南侧建筑收进较多，导致南侧基础没有墙体布置，形成基础悬挑较多的情况，经过计算此部分的基础挑出方向的下铁不足，下铁增加因难，开始设计时考虑在挑出方向布置挑出地梁，但此法存在几点问题：挑梁下铁只能为筏板的下铁钢筋且再增加困难，为使配筋满足只能增高截面，但增高截面会导致最小构造配筋增加，通长钢筋还是易满足要求，且无法设置箍筋，所以此法基本不可行。经过反复推敲后，以地下层设置一定长度的250mm厚墙体代替挑出地梁，墙体下可不设置箍筋，下铁只需满足基础有限元计算即可，墙体设置的长度以筏板计算满足要求控制，增加墙体在地下室以外不会影响建筑使用，确定此法可行。

2）新旧连接处抗剪问题

（1）地震剪力下抗剪

地震作用下墙体生根最为重要，在不考虑新旧混凝土之间的摩擦和墙体竖筋的情况下，在墙与基础连接时增加抗剪短筋，计算方法参考《混凝土结构设计规范》中预埋件的抗剪锚筋计算方法。

通过查询计算结果，以有代表性的一段墙体为例，

底部最大剪力VX=12391kN，VY=15133kN

单根16抗剪钢筋抗剪承载力（参照混凝土规范9.7.2锚筋抗剪计算）：

考虑到抗剪短筋为多层锚筋取值较规范中四层锚筋的更低值，

锚筋影响系数αr=0.7

X向需要钢筋根数：VX/V16=419根

X向墙总长约为174m，折合每米需要2.4根，取双排ø16@500。

Y向需要钢筋根数：VY/V=512根

Y向墙总长约为180m，折合每米需要2.8根，取双排ø16@500。

通过上面计算确定增加的抗剪短筋为双排ø16@500，为保证墙厚方向的钢筋不与墙体钢筋重复而造成植筋困难，在墙与基础接触位置加宽，同时可增加墙与基础的混凝土接触面，提高连接效果。如下图：

（2）挡土墙面外局部抗剪

考虑到挡土外墙还有外侧填土传来的土推力，此部分推力由挡土墙的竖向钢筋抵抗。挡土墙的外侧钢筋为ø16@150内侧钢筋为ø14@150，而柱脚剪力仅由地下二层2米的土侧压产生，经计算墙竖向钢筋完全可满足墙侧土推力。

4）细部问题

在加固工程中钢筋的植筋长度和间距是影响施工难度的关键问题，所以在本工程设计中应尽量减少植筋深度和间距，也就是要减小墙体纵筋的直径和增大墙体纵筋的间距。根据抗震规范在剪力墙结构中，底部加强区需要设置约束边缘构件且构件内力需根据抗震等级做加强调整，所以为了使构件的设计钢筋直径尽量小和间距尽量增大，也就是减少构件的配筋量，基础顶不可做为嵌固端，且纵筋不可过大。如果结构嵌固于正负零层，与基础相连接的层做为地下二层，即可抗震等级下降一级和设置构造边缘构件，相应的钢筋量会减小。所以需要在较高的地下一层（6.25米）的中间设置一层楼板（在-4.2米标高），形成两层地下室，此板可做为地下一层的地面，结构地下二層为与基础连接的节点构造层，本层除电梯间和集水坑以外填土，通过模型计算和构件设计，此办法可以大大的减小植入基础的钢筋量。如此的层高设置（地下二层层高为2米左右）也可减小外挡土墙墙底部的负弯矩，减小挡土墙受力筋的配筋量。

（1）墙钢筋的锚固

剪力墙分布钢筋：通过设计，本层剪力墙的水平分布筋基本为构件要求设计即可，除挡土墙外所有内墙的竖向分布钢筋取ø10@200，根据《混凝土结构加固设计规范》和《混凝土结构后锚固技术规程》中受拉钢筋的要求，计算的植筋设计锚固深度为23倍钢筋直径，较易实现。

剪力墙边缘构件：由于本层为非底部加强区不需要配置约束边缘构件，本层剪力墙的的构造边缘构件按构造配置ø14即可，间距基本都大于120mm，根据《混凝土结构加固设计规范》和《混凝土结构后锚固技术规程》中受拉钢筋的要求，计算的植筋设计锚固深度为23倍钢筋直径，也较容易实现和施工相对方便。

（2）外墙施工缝的止水处理

由于新的外墙需要设置止水措施，但止水钢板无法提前填置，根据《地下工程防水技术规范》如《图2》设置遇水膨胀止水条，为加强可靠性设置两道。如果原外墙与新外墙相距较近时，亦可按下图的节点处理。

4结束语

本工程是比较有代表性的基础再利用的项目，通过本工程从方案到施工图设计，至通过施工图审查，最后到现场施工完成，说明此方案基本具有环保节能、节约成本、安全可靠的可行性。

参考文献

[1]GB50011-2010建筑抗震设计规范（2016版）

[2]GB50367-2013混凝土结构加固设计规范

[3]GB50007-2011建筑地基基础设计规范