關(guān)于建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題分析與探討

【摘要】本文首先分析了地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，然后對(duì)地下室荷載、頂板、外墻、底板及抗浮抗?jié)B等方面問(wèn)題做了詳細(xì)的論述。高層建筑地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，地下室與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的合理與否直接影響高層建筑的正常使用與造價(jià)，因此，設(shè)計(jì)時(shí)既要滿足功能要求、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理，又要滿足地下室結(jié)構(gòu)抗?jié)B的特殊要求。本文提出了自己的看法，可供參考。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；地下室設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

高層建筑地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。高層建筑上部荷載大，基礎(chǔ)埋深較深，地下室與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的合理與否直接影響高層建筑的正常使用與造價(jià)。因此，設(shè)計(jì)時(shí)既要滿足功能要求、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理，又要滿足地下室結(jié)構(gòu)抗?jié)B這一特殊要求，以保證其正常使用。高層建筑地下室設(shè)計(jì)主要包括外墻、頂板、底板及基礎(chǔ)、出入口坡道、樓梯等，如果是人防地下室，還包括人防口部設(shè)計(jì)。

一、荷載

地下室結(jié)構(gòu)荷載包括核爆動(dòng)荷載（考慮人防）、上部建筑物自重、土壓力、水壓力及地下室自重等。規(guī)范給出了防空地下室不同部位應(yīng)考慮的荷載組合，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可依各工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行荷載組合。地下室各部位參與組合的荷載分別為：頂板：頂板核爆動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，頂板靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值。側(cè)墻：豎向，頂板傳來(lái)的核爆動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值、靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值，上部建筑物自重標(biāo)準(zhǔn)值（僅有局部剪力墻部位），外墻自重標(biāo)準(zhǔn)值；橫向，核爆動(dòng)荷載產(chǎn)生的水平動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值、土壓力、水壓力。內(nèi)承重墻（柱）：頂板核爆動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值、靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值，上部建筑物自重，內(nèi)承重墻自重標(biāo)準(zhǔn)值。應(yīng)對(duì)比戰(zhàn)時(shí)所增加的頂板核爆動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值與平時(shí)各樓層的活荷載標(biāo)準(zhǔn)值之和，由大的荷載起控制作用。基礎(chǔ)：底板核爆動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，上部建筑物自重標(biāo)準(zhǔn)值，頂板傳來(lái)靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值，地下室墻身自重標(biāo)準(zhǔn)值。防空地下室進(jìn)行荷載組合時(shí)，主要解決核爆動(dòng)荷載作用下如何確定同時(shí)存在的靜載問(wèn)題。

二、頂板

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。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB5001-2001），地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端時(shí)，對(duì)樓板厚度、混凝土強(qiáng)度等級(jí)、板配筋率、樓層側(cè)向剛度等都有具體要求，且地下室層數(shù)不宜少于兩層。規(guī)范還明確規(guī)定，作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的地下室樓層的頂樓蓋應(yīng)采用梁板結(jié)構(gòu)。這意味著高層建筑地下室層數(shù)或總深層不僅僅由地基基礎(chǔ)埋深決定，還必須考慮上述因素。結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)應(yīng)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(qiáng)區(qū)層數(shù)應(yīng)從地面往上算，并應(yīng)包括地下層。當(dāng)出現(xiàn)以下情況時(shí)，地下室頂板不應(yīng)作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位：（1）頂板室內(nèi)外板面標(biāo)高變化超過(guò)梁高范圍形成錯(cuò)層，且未采取措施；（2）頂板為無(wú)梁樓蓋。

三、外墻

地下室外墻計(jì)算時(shí)應(yīng)進(jìn)行彎矩調(diào)幅，底部為固定支座（即底板作為外墻的嵌固端）、考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)、有多層地下室時(shí)應(yīng)按多跨連續(xù)計(jì)算，側(cè)壁底部彎矩與相鄰的底板彎矩大小一樣，底板抗彎能力不應(yīng)小于側(cè)壁，其厚度和配筋量應(yīng)匹配，這類問(wèn)題在地下車道中最為典型。車道側(cè)壁為懸臂構(gòu)件，底板抗彎能力不應(yīng)小于側(cè)壁底部。地面層開洞位置（如樓梯間）外墻頂部無(wú)樓板支撐，計(jì)算模型和配筋構(gòu)造均應(yīng)與實(shí)際相符。車道緊靠地下室外墻時(shí)，車道底板位于外墻中部，應(yīng)注意外墻承受車道底板傳來(lái)的水平集中力作用。以上兩種情況中，由于外墻支承條件不同，計(jì)算與設(shè)計(jì)不能與一般外墻相同。當(dāng)頂板不在同一標(biāo)高時(shí)，應(yīng)注意外墻上部支座水平力的傳遞問(wèn)題。除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（如高層建筑外框架柱）之間外墻板塊按雙向板計(jì)算配筋外（此時(shí)框架柱尚應(yīng)考慮外墻傳來(lái)的水平荷載作用驗(yàn)算），其余外墻宜按豎向單向板計(jì)算配筋為妥。豎向荷載（軸力）較小的外墻扶壁柱內(nèi)外側(cè)主筋也應(yīng)予以適當(dāng)加強(qiáng)。外墻水平分布筋要根據(jù)扶壁柱截面尺寸大小適當(dāng)另配外側(cè)附加短水平負(fù)筋予以加強(qiáng)，外墻轉(zhuǎn)角處也予以適當(dāng)加強(qiáng)，考慮外墻水平鋼筋受力時(shí)應(yīng)注意滿足最小配筋率要求。地下室外墻應(yīng)進(jìn)行裂縫寬度計(jì)算，裂縫寬度不得大于0.2mm，且不得貫通。

四、底板

同外墻一樣，底板除滿足受力要求外，還要滿足地下室抗?jié)B、防水要求。因此，地下室底板厚度、配筋不宜太小，底板厚度一般取 40～60cm，配筋率一般取 0.25%。地下室底板標(biāo)高變化處應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置梁，梁寬不宜小于底板厚度，還應(yīng)計(jì)算板的支座彎矩傳遞到梁所需的抗扭鋼筋。樁箱、樁筏基礎(chǔ)的地下室底板也是樁承臺(tái)，還要滿足沖切、剪切、抗彎、局部受壓等要求。

五、抗浮、抗?jié)B及控制措施

地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)特別注意只有地下室部分和地面上樓層不多時(shí)的抗浮計(jì)算，采用樁基時(shí)應(yīng)計(jì)算樁的抗拔承載力。板、覆土的自重對(duì)結(jié)構(gòu)有利，根據(jù)《荷載規(guī)范》計(jì)算強(qiáng)度時(shí)，荷載分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)取 1.0。計(jì)算抗浮時(shí)，荷載分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)取 0.9。地下水位及其變幅是地下室抗浮設(shè)計(jì)重要依據(jù)，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)往往只考慮正常使用極限狀態(tài)，對(duì)施工過(guò)程和洪水期重視不足，造成施工過(guò)程中由于抗浮不夠出現(xiàn)局部破壞。實(shí)際中，同一整體大面積地下室上往往建有多棟高層和低層建筑，局部上方可能沒(méi)有建筑，而地下室面積大，形狀又不規(guī)則，抗浮問(wèn)題相對(duì)比較難處理，須作細(xì)致分析。另外，斜坡道也應(yīng)進(jìn)行抗浮驗(yàn)算，其與主體連接處應(yīng)作處理。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：補(bǔ)償收縮混凝土。在混凝土中摻入 UEA、HEA 等微膨脹劑，以混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。膨脹帶。混凝土中膨脹劑的膨脹變形不會(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。根據(jù)工程實(shí)踐，一般超過(guò) 60m 設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶。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)并得到廣泛應(yīng)用。提高鋼筋混凝土的抗拉能力。混凝土應(yīng)考慮增加抗變形鋼筋，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)。

六、保護(hù)層和墊層厚度

按《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》（GB50108-2001）的要求，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 50mm。

參考文獻(xiàn)

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