探討建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、    探討建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)    王文常 李樹(shù)超摘 要： 在高層建筑設(shè)計(jì)中， 地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)十日顯重要。現(xiàn)簡(jiǎn)要論述地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到的幾個(gè)問(wèn)題， 與同行共同探討。關(guān)健詞：地下室； 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；方案由于地下室的位置較為特殊，地下室是否與上部結(jié)構(gòu)一起計(jì)算對(duì)于計(jì)算結(jié)果影響較大； 其底板經(jīng)常同時(shí)作為結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)， 需要考慮地基的反作用力； 頂板作為人防工程的重要部位， 需要組合核爆炸力的等效靜荷載； 側(cè)墻則需考慮側(cè)向的土、 水的水平作用組合。 總之， 地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可按整體設(shè)計(jì)和構(gòu)件的單獨(dú)設(shè)計(jì)分別進(jìn)行。下面對(duì)幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行闡述。1 地下室結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)在高層

2、建筑的地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)， 需綜合考慮防火、使用功能、人防要求、 設(shè)備用房及管道、 坑道梢脈、 通風(fēng)、 采光等各專(zhuān)業(yè)的配合。例如地下室的長(zhǎng)度超過(guò)側(cè)十規(guī)定的長(zhǎng)度時(shí)， 需要與結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)配合， 確定是否設(shè)置變形縫， 通常應(yīng)盡可能少設(shè)或不設(shè)變形縫， 因?yàn)樵O(shè)置變形縫會(huì)使得變形縫處的防水處理變得復(fù)雜。2 地下室頂板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)地下室頂板是高層建筑上部結(jié)構(gòu)的一個(gè)水平約束支座，其剛度越大。對(duì)上部結(jié)構(gòu)的約束作用越好。 因此， 地下室頂板厚度不能太薄，一般取160mm。人防地下室頂板厚度還要滿足人防要求。3 地下室外墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)地下室的外墻是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)， 應(yīng)按水、 土壓力驗(yàn)算，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下要求:3.1 荷載。

3、地下室外墻所承受的荷載分為水平荷載和豎向荷載。豎向荷載包括上部及地下室結(jié)構(gòu)的樓蓋傳重和自重，水平荷載包括地面荷載、 側(cè)向土壓力和人防等效靜荷載。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中， 豎向荷載及風(fēng)荷載或地震作用產(chǎn)生的內(nèi)力一般不起控制作用，墻體配筋主要由垂直墻面的水平荷載產(chǎn)生的彎矩確定，而且通常不考慮與豎向荷載組合的壓彎作用， 僅按墻板彎曲計(jì)算彎曲的配筋。3.2 靜止土壓力系數(shù)。靜止土壓宜由試驗(yàn)確定， 當(dāng)不具備試驗(yàn)條件時(shí)， 砂土可取 0.34-0.45,粘性土可取 0.5-0.7。3.3 地下室外墻的配筋去蹲。 實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)， 在外墻的配筋計(jì)算中，對(duì)于帶扶壁柱的外墻， 不是根據(jù)扶壁柱的尺寸大小進(jìn)行計(jì)算， 而是均按雙向

4、板計(jì)算配筋；扶壁柱則按地下室結(jié)構(gòu)的整體電算分析結(jié)果進(jìn)行配筋， 不按外墻雙向板傳遞荷載驗(yàn)算扶壁柱配筋。 根據(jù)外墻與扶壁柱變形協(xié)調(diào)的原理， 這種設(shè)計(jì)將使得外墻豎向受力筋配筋不足、 扶壁柱配筋偏少,外墻的水平分布筋則有富余量。因此， 在計(jì)算地下室外墻的配筋時(shí)， 對(duì)于垂直于外墻方向有鋼筋混凝土內(nèi)隔墻相連的外墻板塊或外墻扶壁柱截面尺寸較大的外墻板塊， 如高層建穿矽陋柱之間， 按雙向板釗算配筋為宜， 其余的外墻宜按豎向單向板計(jì)算配筋。對(duì)豎向荷載較小的外墻扶壁樁， 其內(nèi)外側(cè)主筋也應(yīng)予以適當(dāng)加強(qiáng)。外墻的水平分布筋應(yīng)根據(jù)扶壁柱截面尺寸的大小， 適當(dāng)?shù)嘏湟酝鈧?cè)附加短水平負(fù)筋加強(qiáng)，外墻轉(zhuǎn)角處也應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)。地下室外墻

5、計(jì)算時(shí)底部為固定支座(即底板作為外墻的嵌固端)，側(cè)壁底部彎矩與相鄰的底板彎矩相等，底板的抗彎能力應(yīng)不小于側(cè)壁的抗彎能力， 其厚度應(yīng)與配筋量相匹配。 這種情況在地下車(chē)道中最為典型， 車(chē)道側(cè)壁為懸臂構(gòu)件， 底板的抗彎能力應(yīng)不小于側(cè)壁底部的抗彎能力。4 地下室抗浮、 抗?jié)B及控制措施地下水位及其變幅是地下室抗浮設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。實(shí)際在地下室抗浮設(shè)計(jì)時(shí)僅考慮正常使用的極限狀態(tài)，而對(duì)施工過(guò)程和洪水期重視不足， 因而會(huì)造成地下室施工過(guò)程中因抗浮不夠而出現(xiàn)局部破壞。另外，在同一整體大面積地下室的上部常建有多棟高層和低層建筑， 由于地下室的面積較大、 形狀又不規(guī)則， 且地下室上方的局部沒(méi)有建筑， 此類(lèi)抗浮問(wèn)題相對(duì)

6、比較難以處理， 須作細(xì)致分析后再進(jìn)行處理。地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除應(yīng)滿足受力要求外， 抗?jié)B也是其中一個(gè)重點(diǎn)。由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)通常帶裂縫工作， 要達(dá)到抗?jié)B目的，一般可采取以下措施:(1)補(bǔ)償收縮混凝土。在混凝土中摻人微膨脹劑， 以餛凝土的膨脹值抵消混凝土的最終收縮值。當(dāng)其差值大于或等于混凝土的極限拉伸時(shí)，即可控制裂縫。(2)膨脹帶?；炷林信蛎泟┑呐蛎涀冃尾粫?huì)完全補(bǔ)償混凝土的早期收縮變形，而設(shè)置補(bǔ)償收縮混凝土帶可以實(shí)現(xiàn)混凝土連續(xù)澆注無(wú)縫施工。 (3)后澆帶。 后澆帶作為混凝土早期短時(shí)期釋放約束力的一種技術(shù)措施，較長(zhǎng)久性變形縫已有很大的改進(jìn)并廣泛應(yīng)用。 (4)提高鋼筋混凝土的抗拉能力。 混凝土應(yīng)考慮增加

7、抗變形鋼筋， 如側(cè)壁增加水平溫度筋，在混凝土面層起強(qiáng)化作用； 側(cè)壁受底板和頂板的約束， 混凝土脹縮不一致， 可在墻體中部設(shè)一道水平暗梁抵抗拉力。 當(dāng)然，在采取以上措施時(shí)， 同時(shí)要注意混凝土的養(yǎng)護(hù)。5 地下室抗震設(shè)計(jì)若地下室設(shè)計(jì)不當(dāng)，對(duì)其整體的抗震性能會(huì)產(chǎn)生較大的影響。對(duì)于半地下室的埋深要求應(yīng)大于地下室外地面以上的高度，才能不計(jì)算其層數(shù)， 總高度才能從室外地面算起。 地下室的墻柱與上部結(jié)構(gòu)的墻相立統(tǒng)一。對(duì)地下室頂板室內(nèi)外板面標(biāo)高變化處， 當(dāng)標(biāo)高變化超過(guò)梁高范圍時(shí)則形成錯(cuò)層， 應(yīng)采取一定的措施進(jìn)行處理， 否則不應(yīng)作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固高粒。6 地下室保護(hù)層和墊層厚度按 地下工程防水技術(shù)規(guī)范 (gb50

8、108-2001)要求， 地下工程防水混凝土底板混凝土墊層不應(yīng)小于 c15， 厚度不應(yīng)小于 100mm， 軟弱土層中厚度不應(yīng)小于 150mm。防水混凝土結(jié)構(gòu)厚度不應(yīng)小于250mm。地下工程防水混凝土迎水面鋼筋保護(hù)層厚度不應(yīng)小于5omm。工程實(shí)踐表明， 若結(jié)構(gòu)厚度或迎水面鋼筋保護(hù)層厚度小于規(guī)范限值，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象， 因此， 修訂以后的規(guī)范對(duì)限值作了相應(yīng)的提高，在實(shí)際施工時(shí)應(yīng)引起注意。7 地下室結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)與不均勻沉降問(wèn)題7.1 地下室結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)問(wèn)題存在的普遍性可酥從以下幾個(gè)項(xiàng)目中略見(jiàn)一斑:地下結(jié)構(gòu)雖然受溫度變化的影響較地上結(jié)構(gòu)小， 但周邊的約束作用較強(qiáng)， 結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)問(wèn)題的重要性仍然不容忽視。 目前

9、比較成熟的做法有以下幾種:設(shè)置伸縮后澆帶。地下結(jié)構(gòu)一般在結(jié)構(gòu)長(zhǎng)40-60m 時(shí)宜設(shè)置一道伸縮后澆帶，普通的伸縮后澆帶寬度約為800-1000mm。當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)的超長(zhǎng)問(wèn)題不是特別突出時(shí)，為了簡(jiǎn)化施工工藝， 也可以采取不設(shè)置伸縮后澆帶， 采取減少溫度或收縮應(yīng)力措施， 或者兩種以上的主要措施并用的方法。7.2 不均勻沉降問(wèn)題對(duì)于大底盤(pán)高層建筑群而言是一個(gè)必須面對(duì)而且必須得到很好解決的問(wèn)題，除非該建筑群直接坐落在堅(jiān)硬的巖石地基上。 高層主樓和低層裙房由于荷載差異很大，兩者的不均勻沉降是肯定存在的， 設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)工程的具體情況、場(chǎng)地地下水、 巖土的物理力學(xué)性質(zhì)、 預(yù)估(包括采用合適的計(jì)算方法或經(jīng)驗(yàn))不設(shè)沉

10、降縫時(shí)兩者的差異沉降和經(jīng)濟(jì)性， 綜合分析比較， 確定采用什么方案和處理措施。常用的方案有以下幾種:方案一， 采用大底盤(pán)變厚度筏基， 沉降后澆帶設(shè)在距主樓邊柱的第一跨或第二跨內(nèi)；位置設(shè)在與主樓相鄰的第二跨的 1/3 跨間處時(shí)，可以充分利用裙房基礎(chǔ)來(lái)擴(kuò)散主樓的荷載， 降低主樓的基底壓力和減小主樓的絕對(duì)沉降值； 當(dāng)主樓下持力層為較好的砂卵石層或經(jīng)過(guò)處理，底板變厚度的位置也可設(shè)在與主樓相鄰的第一跨的 1/3 跨間處；方案二， 高層采用整體筏基； 低層裙房采用獨(dú)立基礎(chǔ)或加防水板或交叉地基梁；方案三，對(duì)高層主樓下地基進(jìn)行地基處理(采用復(fù)合地基)， 低層裙房下采用天然地基， 而控制兩者的差異沉降在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)；方案四，對(duì)高層主樓和低層裙房均采用樁基，通過(guò)調(diào)整兩者樁徑、 樁長(zhǎng)等來(lái)控制兩者的差異沉降在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)；方案五，在高