大面積地下室結構設計探討

李剛

摘要：當前，由于城市建設在不斷的快速發展,建筑物在不斷的增多，而車輛也隨著大量的增加，對于車位的要求也越來越緊張，但土地量在減少,可利用的空間也在越來越少，所以，開發地下大面積空間就已經成為了主要的發展趨勢。本分分析了大面積地下室結構設計。

關鍵詞：大面積地 下室;結構設計

中圖分類號：TU318文獻標識碼： A

一、地下室結構設計的特點要求

1、是主體結構設計，包括頂板、外側墻、底板等其它構件的結構設計；

2、是孔口防護設計，包括出入口的防護和消波系統（防護設備）其中出人口的防護包含防護密閉門的選用、門框墻、臨空墻的計算，出人口通道（包括風井）的計算等幾個方面，而消波系統則包含防爆破活門的選用和擴散室（箱）的設計。

3、是地下室是否與上部結構一起計算對于計算結果影響較大，其底板經常同時作為結構的基礎，需要考慮地基的反作用力，頂板作為工程的重要部位，需要組合核爆炸力的等效靜荷載，外墻則需考慮側向的土、水的水平作用組合。

二、大面積地下室結構設計要點

1、抗震設計

一般來講地下室抗震設計中較為常見的問題為：多層建筑中半地下室埋深不夠，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。地下室頂板為上部結構嵌固端，地下室一層抗震等級定為三級，而上部結構為二級，按GB50011-2001第6.1.3條地下室也應為二級。

若地下室設計不當，對其整體的抗震性能會產生較大的影響。根據施工圖審查要點，一般來講，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，才能不計算其層數，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應協調統一。對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，應采取一定的措施進行處理，否則不應作為上部結構的部位。相關規范明確規定，作為上部結構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的部位。結構計算應向下計算至滿足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計算，并應包括地下層。

2、地下室樓板設計

塔樓范圍外底板、中板和頂板均為無梁樓蓋體系, 其內力分析計算方法主要有經驗系數法、等代框架法、有限元計算法等。隨著計算機的普及和性能的提高, 現在一般都采用有限元計算法(適應面廣,無條件限制)。現在采用較多的有限元計算軟件有sap2000 和 pkpm 的 slabcad 。如某工程采用slabcad 進行計算。柱位下的基礎厚度由基礎抗沖切計算來控制, 本工程取1米厚;基礎平面尺寸按其能獨立承擔柱底軸力來控制, 本工程取3.0x 3.0 米,這樣做的好處是能省略按筏板模型來計算上部傳來荷載的底板設計工況,減少設計工作量。

底板的厚度取600mm。底板抗浮措施采用的是抗拔錨桿,計算時需考慮錨桿的作用,模型里可用小鋼柱來模擬錨桿,鋼柱的截面面積按錨桿鋼筋總面積來取 。水浮力按反力輸人。配置了抗拔錨桿后,底板跨中水浮力的正彎矩就不會太大,所以底板的底筋和面筋通長筋按構造配, 與柱位下基礎相連處配置附加抗裂鋼筋即可。中板和頂板的柱帽仍然以抗沖切計算來控制, 板厚以其通長鋼筋能按構造配來控制 , 這樣有比較好的經濟性效果 。經計算, 中板和頂板的柱帽均取為3000 x3000x900(h), 板厚分別取35Omm和400mm (頂板 )。中板計算的控制工況為1.2恒載 +1.0的人防荷載(需考慮人防作用下構件材料的提高系數 ),頂板由于與覆土接觸,需考慮裂縫 ,所以一般頂板配筋由裂縫控制 。

由于地下室面積大,運用 slabcad建模時,只建 7 跨 x7跨的標準跨模型, 塔樓周邊非標準跨模型利用塔樓模型外擴2跨來算,這樣能簡化很大工作量,且計算精度也能滿足設計要求。

3、外墻結構設計

地下室的外墻是結構設計的重點，應按水、土壓力驗算，在設計時應注意以下要求：①荷載。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構的樓蓋傳重和自重，水平荷載包括地面荷載、側向土壓力和人防等效靜荷載。在實際工程設計中，豎向荷載及風荷載或地震作用產生的內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，僅按墻板彎曲計算彎曲的配筋；②靜止土壓力系數。靜止土壓力宜由試驗確定，當不具備試驗條件時，砂土可取0.34～0.45，粘性土可取0.5～0.7；③地下室外墻的配筋計算。實際設計時，在外墻的配筋計算中，對于帶扶壁柱的外墻，不是根據扶壁柱的尺寸大小進行計算，而是均按雙向板計算配筋；扶壁柱則按地下室結構的整體電算分析結果進行配筋，不按外墻雙向板傳遞荷載驗算扶壁柱配筋。根據外墻與扶壁柱變形協調的原理，這種設計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，在計算地下室外墻的配筋時，對于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的外墻板塊，如高層建筑外框架柱之間，按雙向板計算配筋為宜，其余的宜按豎向單向板計算。對豎向荷載較小的外墻扶壁柱，其內外側主筋也應予以適當加強。外墻的水平分布筋應根據扶壁柱截面尺寸的大小，適當地配以外側附加短水平負筋加強，外墻轉角處也應適當加強。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相等，底板的抗彎能力應不小于側壁的抗彎能力，其厚度應與配筋量相匹配。這種情況在地下車道中最為典型，車道側壁為懸臂構件，底板的抗彎能力應不小于側壁底部的抗彎能力。

4、地下室超長結構設計

考慮到分縫給建筑功能和人防分區設置帶來不利的影響,且分縫后超高層塔樓之間存在多塔的結構關系等, 地下室不設永久變形縫 。這樣結構設計就必須采取足夠的措施以解決溫度收縮的不利作用。某工程通過結構、建筑 、材料和施工等方面采取措施減少地下室底板、頂板及側壁的開裂。運用 pmsap 建立地下室整體模型, 計算溫度作用下樓板的配筋。根據計算結果適當的提高底板 、頂板及側壁的構造配筋率,并在樓板及側壁中適當位置設后澆加強帶。從而減少混凝土的收縮應力和溫度應力。合理地配置分布鋼筋,分布筋以小而密為原則,為避免結構突變(或斷面突變)產生應力集中,在轉角及孔洞處增設構造加強筋(取通長鋼筋間距150mm,應力集中區域增加抗裂鋼筋,抗裂鋼筋間距也為 150 mm )。頂板上覆土 1.5米厚 , 且建筑外防水采用剛性防水方案的同時,加強外圍建筑柔性防水。地下室部分采用收縮小的水泥,減少水泥用量,混凝土中加入適宜的高性能膨脹劑。同時也通過施工措施來大幅度減少溫差, 使溫差變化及收縮盡量緩慢 ,以發揮混凝土應力松馳效應。施工過程中采用分塊“跳倉法”施工方法,利用后澆帶把地下室分成若干塊施工。后澆帶寬800mm。后澆帶用微膨脹混凝土, 混凝土強度等級比所在層高一級。施工后加強養護,樓板滿鋪麻袋養護,澆水至飽和狀態,面鋪塑料薄膜,至少保持薄膜凝結水15d 以上。保溫覆蓋層的拆除應分層逐步拆除等。

結束語

由于地下室的位置比較特殊，所以對于它的設計就必須考慮更加周到。因此無論是從技術還是從經濟的角度講都需要我們更深人地研究大面積地下室結構設計的技術問題，提高設計水平。這樣人們的各種需求都才能得到滿足，才能跟上時代發展的步伐。

參考文獻

[1]區曉波.大面積地下室結構設計中存在的問題及對策[J].城市建設，2010(28).

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