摘要:隨著高層建筑越來越多，城市建設(shè)中出現(xiàn)了大量的地下室及地下車庫。本文根據(jù)自己的工作經(jīng)驗，結(jié)合實際從地下室的平面設(shè)計、頂板、外墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計、抗浮抗?jié)B措施、抗震設(shè)計和地下室結(jié)構(gòu)超長與不均勻沉降問題等方面進行論述，并提出了合理的設(shè)計方案。
　　關(guān)健詞:地下室；結(jié)構(gòu)設(shè)計；方案
　　
　　前言
　　隨著社會的發(fā)展，高層建筑越來越多。城市建設(shè)中出現(xiàn)了大量的地下室及地下車庫。將高層建筑的設(shè)備用房、地下消防水池和汽車停車位等設(shè)在地下室，既能充分發(fā)揮地下室作用，又能滿足基礎(chǔ)埋深的要求。因此。在高層建筑設(shè)計中，地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計十日顯重要。現(xiàn)簡要論述地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計中經(jīng)常遇到的幾個問題，與同行共同探討。
　　1地下室結(jié)構(gòu)平面設(shè)計
　　在高層建筑的地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計時，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)、采光等各專業(yè)的配合。例如地下室的長度超過側(cè)十規(guī)定的長度時，需要與結(jié)構(gòu)專業(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，因為設(shè)置變形縫會使得變形縫處的防水處理變得復(fù)雜。
　　設(shè)計人員可以通過設(shè)置后澆帶和合理使用混凝外加劑或地上設(shè)縫、地下不設(shè)縫等方式，達(dá)到不設(shè)縫的目的。若地下室過長依靠設(shè)置后澆帶的方法難以解決，設(shè)計人員應(yīng)合理地調(diào)整平面將地下室分割成幾個小地下室，中間用較窄的通道相連，以滿足使用及管道相連的要求，而將變形縫設(shè)置在通道處，這樣可以使接縫較少且處于受力較小處，便于補救。在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)合理地設(shè)置采光通風(fēng)井，若高層建筑采光通風(fēng)井位置設(shè)計不當(dāng)，例如在側(cè)壁外作附加通長采光井，而采光井外壁又不能與地下室頂板整體連接，會造成地下室保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定功能的喪失，不能有效地將上部的地震及風(fēng)力作用傳至側(cè)壁及地面，不能滿足高層建筑的埋深要求。
　　2地下室頂板的結(jié)構(gòu)設(shè)計
　　地下室頂板是高層建筑上部結(jié)構(gòu)的一個水平約束支座，其剛度越大。對上部結(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)計規(guī)范》(GB5001-2001)規(guī)定，地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端時，對樓板厚度、混凝土強度等級、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)采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)，其樓板厚度不宜小于180mm，且不宜有較大洞口。這意味著高層建筑地下室層數(shù)或總深度不僅由地基基礎(chǔ)埋深決定，還必須考慮上述因素。結(jié)構(gòu)計算時應(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，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)高變化超過梁高范圍形成錯層，且未采取措施；(2)頂板為無梁樓蓋。
　　3地下室外墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計
　　地下室的外墻是結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點，應(yīng)按水、土壓力驗算，在設(shè)計時應(yīng)注意以下要求:
　　3.1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(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。在實際工程設(shè)計中，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，僅按墻板彎曲計算彎曲的配筋。
　　3.2靜止土壓力系數(shù)。靜止土壓宜由試驗確定，當(dāng)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。
　　3.3地下室外墻的配筋去蹲。實際設(shè)計時，在外墻的配筋計算中，對于帶扶壁柱的外墻，不是根據(jù)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(jié)構(gòu)的整體電算分析結(jié)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(jù)外墻與扶壁柱變形協(xié)調(diào)的原理，這種設(shè)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(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算配筋。對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。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，外墻轉(zhuǎn)角處也應(yīng)適當(dāng)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(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。這種情況在地下車道中最為典型，車道側(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)計的重要依據(jù)。實際在地下室抗浮設(shè)計時僅考慮正常使用的極限狀態(tài)，而對施工過程和洪水期重視不足，因而會造成地下室施工過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有建筑，此類抗浮問題相對比較難以處理，須作細(xì)致分析后再進行處理。
　　地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計除應(yīng)滿足受力要求外，抗?jié)B也是其中一個重點。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，即可控制裂縫。(2)膨脹帶。混凝土中膨脹劑的膨脹變形不會完全補償混凝土的早期收縮變形，而設(shè)置補償收縮混凝土帶可以實現(xiàn)混凝土連續(xù)澆注無縫施工。(3)后澆帶。后澆帶作為混凝土早期短時期釋放約束力的一種技術(shù)措施，較長久性變形縫已有很大的改進并廣泛應(yīng)用。(4)提高鋼筋混凝土的抗拉能力。混凝土應(yīng)考慮增加抗變形鋼筋，如側(cè)壁增加水平溫度筋，在混凝土面層起強化作用；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，同時要注意混凝土的養(yǎng)護。
　　5地下室抗震設(shè)計
　　若地下室設(shè)計不當(dāng)，對其整體的抗震性能會產(chǎn)生較大的影響。對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)高變化超過梁高范圍時則形成錯層，應(yīng)采取一定的措施進行處理，否則不應(yīng)作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固高粒。
　　6地下室保護層和墊層厚度
　　按《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》(GB50108-2001)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層厚度不應(yīng)小于5Omm。工程實踐表明，若結(jié)構(gòu)厚度或迎水面鋼筋保護層厚度小于規(guī)范限值，經(jīng)常會出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象，因此，修訂以后的規(guī)范對限值作了相應(yīng)的提高，在實際施工時應(yīng)引起注意。
　　7地下室結(jié)構(gòu)超長與不均勻沉降問題
　　7.1地下室結(jié)構(gòu)超長問題存在的普遍性可酥從以下幾個項目中略見一斑: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，結(jié)構(gòu)超長問題的重要性仍然不容忽視。目前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)長度大于40-60m時宜設(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)的超長問題不是特別突出時，為了簡化施工工藝，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不均勻沉降問題對于大底盤高層建筑群而言是一個必須面對而且必須得到很好解決的問題，除非該建筑群直接坐落在堅硬的巖石地基上。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)計中應(yīng)根據(jù)工程的具體情況、場地地下水、巖土的物理力學(xué)性質(zhì)、預(yù)估(包括采用合適的計算方法或經(jīng)驗)不設(shè)沉降縫時兩者的差異沉降和經(jīng)濟性，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，可以充分利用裙房基礎(chǔ)來擴散主樓的荷載，降低主樓的基底壓力和減小主樓的絕對沉降值；當(dāng)主樓下持力層為較好的砂卵石層或經(jīng)過處理，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；低層裙房采用獨立基礎(chǔ)或加防水板或交叉地基梁；
　　方案三，對高層主樓下地基進行地基處理(采用復(fù)合地基)，低層裙房下采用天然地基，從而控制兩者的差異沉降在設(shè)計允許范圍內(nèi)；
　　方案四，對高層主樓和低層裙房均采用樁基，通過調(diào)整兩者樁徑、樁長等來控制兩者的差異沉降在設(shè)計允許范圍內(nèi)；
　　方案五，在高層主樓和低層裙房之間設(shè)置沉降后澆帶，待兩部分沉降差符合設(shè)計要求，再澆筑后澆帶。
　　上述處理措施可采用其中的一種，也可采用兩種或多種。
　　8結(jié)束語
　　建筑地下結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個復(fù)雜的過程。我們應(yīng)以遵循安全、適用和合理的原則，及合理的設(shè)計為前提，進行全面考慮，把問題減小至最低或消除，以使建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計工作發(fā)揮其最大的經(jīng)濟作用和社會效益、戰(zhàn)備效益，最后達(dá)成設(shè)計要求。
　　
　　參考文獻(xiàn)
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