淺談地下室設計中需注意的問題及對策

袁軍川

摘要 目前,城市建設中建造了大量的地下室及地下車庫,由于涉及到工期和投入的建設費用,設計中與地下室相關的不少問題也逐漸變得突出起來。地下室按其使用功能可分為普通、人防和平戰3類,本文僅對普通地下室設計中遇到的常見問題進行分析并給出對策措施。

關鍵詞 建筑結構;地下室;結構設計

中圖分類號 TU92 文獻標識碼 A文章編號 1674-6708(2009)10-0056-02

1 抗震要求

地下室如果設計不當,對整體抗震性能會產生較大影響,根據施工圖審查要點,對于半地下室的埋深要求應大于地下室外地面以上的高度,才能不計其層數,總高度才能從室外地面算起。地下室的墻柱與上部結構的墻柱要協調統一。地下室頂板室內外板面標高變化處,當標高變化超過梁高范圍時則形成錯層,未采取措施不應作為上部結構的嵌固部位,規范明確規定作為上部結構嵌固部位的地下室樓層的頂樓蓋應采用梁板結構,地下室頂板為無梁樓蓋時不應作為上部結構嵌固部位。結構計算應往下算至滿足嵌固端要求的地下室樓層或底板,但剪力墻底部加強區層數應從地面往上算,并應包括地下層。

存在的常見問題,如半地下室埋深不夠,房屋層數包括半地下室層已達8層,層數和總高度超過要求,違反GB50011-2001第7.1.2條。地下室抗震等級為三級,而上部結構為二級,按GB50011-2001第6.1.3條地下室也應為二級等問題。

2 荷載取值與組合

地下室外墻受彎及受剪計算時,土壓力引起的效應為永久荷載效應,可變荷載效應控制的組合時,土壓力的荷載分項系數取1.2,永久荷載效應控制的組合時,其荷載分項系數取1.35。對于地面活荷載,同樣應乘側壓力系數,許多設計中計算不對。地下室底板的強度計算時,根據《建筑結構荷載規范》(GB50009-2001)第3.2.5條板、覆土的自重的荷載分項系數取1.0。抗浮計算時,板、覆土的自重的荷載分項系數應取為0.9。地下室外墻的土壓力應為靜止土壓力,根據土性的不同分別采用不同的計算方法,粘性土采用水土合算,砂性土采用水土分算。

如果地下室頂部沒有房屋,是空曠場地,其荷載是否要考慮平時消防車荷載或大于消防車的可能荷載,實際中比較取起控制作用的荷載作為設計依據。另如某工程設計在-1.55m標高處一層平面是地下室頂板,活載只考慮4.5kN/m2,未計覆土荷載,消防車荷載。地下車庫活載取值6.0kN/m2,不滿足GB50009-2001第4.1.1條,未考慮消防車荷載,或者施工過程中和使用過程中可能出現的載重車荷載,與消防車荷載比較取大值。

3 外墻計算模型

地下室外墻配筋計算,有的工程外墻配筋計算中,凡外墻帶扶壁柱的,不區別扶壁柱尺寸大小,一律按雙向板計算配筋,而扶壁柱按地下室結構整體電算分析結果配筋,又未按外墻雙向板傳遞荷載驗算扶壁柱配筋。按外墻與扶壁柱變形協調的原理,其外墻豎向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墻的水平分布筋有富余量。遇到以上情況,建議除了垂直于外墻方向有鋼筋混凝土內隔墻相連的外墻板塊或外墻扶壁柱截面尺寸較大(如高層建筑外框架柱之間)外墻板塊按雙向板計算配筋外,其余的外墻宜按豎向單向板計算配筋為妥。豎向荷載(軸力)較小的外墻扶壁樁,其內外側主筋也應予以適當加強。外墻的水平分布筋要根據扶壁柱截面尺寸大小,可適當另配外側附加短水平負筋予以加強,外墻轉角處也同此予以適當加強。

地下室外墻計算時底部為固定支座(即底板作為外墻的嵌固端),側壁底部彎矩與相鄰的底板彎矩大小一樣,底板的抗彎能力不應小于側壁,其厚度和配筋量應匹配,這方面問題在地下車道中最為典型,車道側壁為懸臂構件,底板的抗彎能力不應小于側壁底部。地下室底板標高變化處也經常發現類似問題:標高變化處僅設一梁,梁寬甚至小于底板厚度,梁內僅靠兩側箍筋傳遞板的支座彎矩難以滿足要求。地面層開洞位置(如樓梯間)外墻頂部無樓板支撐,計算模型和配筋構造均應與實際相符。車道緊靠地下室外墻時,車道底板位于外墻中部,應注意外墻承受車道底板傳來的水平集中力作用,該荷載經常遺漏。

4 頂底板和樓梯

設計中存在的常見問題,如地下室頂板,板厚選用100mm,不符合GB50011-2001第6.1.14條;底板配筋Φ14@100,不符合JGJ3-2002第12.2.4條;地下室頂板厚度、地下部分柱配筋不符GB50011-2001第6.1.14條。地下室混凝土底板、頂板、墻配筋不符合GB50010-2002第9.5.1條及GB50038-94第4.7.8條等。

5 地下水與抗浮

地下水位及其變幅是地下室抗浮設計重要依據,實際地下室抗浮設計中往往只考慮正常使用極限狀態,對施工過程和洪水期重視不足,因而會造成施工過程中由于抗浮不夠出現局部破壞。另外,實際中在同一整體大面積地下室上建有多棟高層和低層建筑,而地下室面積大,形狀又不規則,加之局部上方沒有建筑,此類抗浮問題也相對比較難以處理,須作細致分析處理。

常見設計問題,如地下水位未按勘察報告確定,或勘察報告未提供計算浮力的地下水位及其變幅,違反了GB50007-2002第3.0.2條;斜坡道未進行抗浮驗算,斜坡道與主體分縫處未作處理;抗浮驗算不滿足要求,GB50009-2001第3.2.5條等。

6 裂縫及控制方法

地下室外墻混凝土易出現收縮,受到結構本身和基坑邊壁等的約束,產生較大的拉應力,直至出現收縮裂縫,地下室外墻裂縫寬度控制在0.2mm之內,其配筋量往往由裂縫寬度驗算控制。

工程中許多設計將地下室防水結構構件的計算彎距調幅,有的下端按鉸接,有的未考慮荷載分項系數、多層時未按多跨連續計算,地下室外墻在計算中漏掉抗裂性驗算(違反GB50108-2001第4.1.6條),地下室外墻與底板連接構造不合理,建筑物超長未設縫或留置后澆帶(違反GB50010-2002第9.1.1條),后澆帶的位置設置不當,外墻施工縫或后澆帶詳圖未交代,室外出入口與主體結構相連處未設沉降縫等,導致違反設計規范,產生滲漏現象。某工程地下室設計成一個大底盤,而該大底盤下的基礎形式同時有天然地基、樁基、剛性樁復合地基(違反GB50011-2001第3.3.4條),此類基礎即使設置后澆帶也僅適合施工階段。

地下室整體超長,應采取相應措施,防止裂縫開展,采取的主要措施:1)補償收縮混凝土,即在混凝土中滲入UEA、HEA等微膨脹劑,以混凝土的膨脹值減去混凝土的最終收縮值的差值大于或等于混凝土的極限拉伸即可控制裂縫;2)膨脹帶,由于混凝土中膨脹劑的膨脹變形不會與混凝土的早期收縮變形完全補償,為了實現混凝土連續澆注無縫施工而設置的補償收縮混凝土帶,根據一些工程實踐,一般超過60m設置膨脹加強帶;3)后澆帶,作為混凝土早期短時期釋放約束力的一種技術措施,較長久性變形縫已有很大的改進并廣泛任用;4)提高鋼筋混凝土的抗拉能力,混凝土應考慮增加抗變形鋼筋,對于側壁增加水平溫度筋,在混凝土面層起強化作用。側壁受底板和頂板的約束,混凝土脹縮不一致,可在墻體中部設一道水平暗梁抵抗拉力。

7 保護層和墊層厚度

《地下工程防水技術規范》(GB50108-2001)對防水混凝土結構規定:結構厚度不應小于250mm;裂縫寬度不得大于0.2mm,并不得貫通;迎水面鋼筋保護層厚度不應小于50mm。防水混凝土結構底板混凝土墊層,強度等級不應小于C15,厚度不小于100mm,在軟弱土層中不應小于150mm。工程實踐表明如果結構厚度或迎水面鋼筋保護層厚度小于規范限值常常是引起滲漏水現象的常見原因,因此規范修訂以后對限值作了相應的提高,應引起注意。

地下室頂板鋼筋應加強,保護層和混凝土墊層及強度等級應按規范加注(GB50108-2001第4.1.6條),否則就會產生如下類似問題:地下室外墻、底板等迎水面保護層厚40mm,底板與土接觸處鋼筋保護層厚35mm,不適合GB50108-2001第4.1.6條;柱保護層25mm,違反GB50010-2002第9.2.1條;地下室墊層采用C10混凝土,或底板下未做混凝土墊層,違反GB50108-2001第4.1.5條和第4.1.5條;未見地下混凝土構件環境類別劃分與對應的鋼筋混凝土構件保護層厚度,不符合GB50010-2002第9.2.1條等。

參考文獻

[1]建筑結構荷載規范GB50009-2001[S].

[2]地下工程防水技術規范GB50108-2001[S].

[3]建筑抗震設計規范GB50011-2001[S].