淺談多塔樓下大型地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

繆洪文

摘 要：隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，工程項(xiàng)目的建設(shè)規(guī)模越來越同時(shí)為了利用地下空間，工程設(shè)計(jì)中往往會(huì)遇到多個(gè)塔樓乃至十個(gè)以上塔樓下的大型地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這就給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來了一些特殊的設(shè)計(jì)要求。筆者依據(jù)多年的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提出了大型地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一些處理方法和建議。

關(guān)鍵詞：分塊搭接計(jì)算、包絡(luò)設(shè)計(jì)、嵌固端、抗震等級(jí)、后澆帶、沉降縫

1 引言

多塔樓下大型地下室規(guī)模大，超過計(jì)算機(jī)軟件的計(jì)算能力，需對(duì)地下室的結(jié)構(gòu)計(jì)算模型作適當(dāng)?shù)奶幚?。地下室頂板通長(zhǎng)作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端，需采取有效措施滿足規(guī)范對(duì)嵌固端要求。多塔樓下的大型地下室情況復(fù)雜，需按規(guī)范正確確定結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)，需正確合理對(duì)建筑物相關(guān)范圍的結(jié)構(gòu)進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)。多塔樓下的大型地下室，很多區(qū)域無上部主體結(jié)構(gòu)，同時(shí)地下室的平面尺寸大，需采取有效措施消除不均勻沉降以及地下室超長(zhǎng)的不利影響。

2 地下室結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析

多塔樓下的地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需對(duì)地下室結(jié)構(gòu)進(jìn)行單體計(jì)算及地下室整體分析計(jì)算，計(jì)算軟件可采用SATWE等軟件。大型地下室建筑面積大，有的單層地下室的建筑面積就達(dá)10萬平方米，結(jié)構(gòu)構(gòu)件數(shù)量多，對(duì)地下室整體分析會(huì)超過計(jì)算軟件的計(jì)算能力，整體分析計(jì)算時(shí)可對(duì)地下室結(jié)構(gòu)進(jìn)行分塊包絡(luò)計(jì)算，以適應(yīng)計(jì)算軟件的計(jì)算能力。分塊包絡(luò)計(jì)算中在各分塊交接處需進(jìn)行搭接計(jì)算，搭接范圍為塊分界處向外延伸2跨，從而使計(jì)算模型與工程實(shí)際情況相符，保證了地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算分析的可靠性。

3 嵌固端的要求

在設(shè)計(jì)中地下室頂板往往作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端，此時(shí)地下室需滿足以下要求：

（1）地下室的大部需可靠埋入地基土內(nèi)，建議地下室可靠埋入深度需大于60%。為了確保地下室埋入地基的可靠性，地下室外周回填土應(yīng)采用級(jí)配砂石、砂土或灰土，并應(yīng)分層夯實(shí)。

（2）地下一層與相鄰上層的側(cè)向剛度比需大于2。地下室側(cè)向剛度計(jì)算時(shí)需帶入“相關(guān)范圍”的地下室結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。“相關(guān)范圍”取主樓周邊外圍1～2跨的地下室范圍。如計(jì)算不滿要求，可在地下室的“相關(guān)范圍”增設(shè)剪力墻來增加地下室側(cè)向剛度。

（3）地下室頂板應(yīng)避免開設(shè)大洞口，頂板厚度需不小于180mm,砼的強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C30，應(yīng)采用雙層雙向配筋，配筋率不小于0.25%，地下一層墻、柱、梁的配筋需滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010第6.1.14條的相關(guān)要求。

（4）確保嵌固端的樓板連續(xù)。設(shè)計(jì)中要避免地下室頂板有過大高差，高差需控制在1.2米范圍內(nèi)，并對(duì)高差部位采取加腋措施，確保水平力的可靠傳遞。對(duì)于場(chǎng)地高差較大處，可對(duì)地下室頂板采取結(jié)構(gòu)找坡來處理。地下室頂板高差處的加腋可參照下圖設(shè)計(jì)。

4 地下室結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)確定

根據(jù)《高層建筑砼結(jié)構(gòu)技術(shù)》規(guī)范JGJ3-2010第3.9.5條以及《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010第6.1.3條規(guī)定，地下室頂層作為上部嵌固端時(shí)，地下一層相關(guān)范圍的抗震等級(jí)應(yīng)按上部結(jié)構(gòu)采用，地下一層以下的抗震措施的抗震等級(jí)可逐層降低一級(jí)，但不應(yīng)低于四級(jí)；若嵌固端在地下室的中間層，則嵌固端下面一層的地下室相關(guān)范圍結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)按嵌固端層結(jié)構(gòu)采用；若嵌固端的位置在地下室的底層，則地下室相關(guān)范圍的抗震等級(jí)按上部結(jié)構(gòu)采用。地下室中超出相關(guān)范圍且無上部結(jié)構(gòu)的部分，抗震等級(jí)可根據(jù)具體情況采用三級(jí)或四級(jí)，8度、9度時(shí)不宜于三級(jí)。地下室“相關(guān)范圍”可取主樓周邊外圍2跨的地下室范圍。

5 地下室的結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)

地下室設(shè)計(jì)時(shí)地下室“相關(guān)范圍”的結(jié)構(gòu)構(gòu)件需按單體（需帶主樓以外的兩跨）計(jì)算以及地下室整體計(jì)算進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì),對(duì)地下室“相關(guān)范圍”以外的結(jié)構(gòu)構(gòu)件按地下室整體計(jì)算進(jìn)行設(shè)計(jì)。若地下室太大，需采用分塊搭接計(jì)算時(shí)，則地下室“相關(guān)范圍”以外的結(jié)構(gòu)構(gòu)件按地下室整體分塊搭接計(jì)算進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)。

當(dāng)?shù)叵率业捻敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固端時(shí)，地下室的頂板、地下一層柱、梁、抗震墻需應(yīng)嚴(yán)格按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010第6.1.14進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)?shù)叵率业捻敯宀荒茏鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固端時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需考慮地下室外圍填土側(cè)壓力對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響，并按實(shí)際嵌固端的位置作相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

6 消除不均勻沉降以及地下室超長(zhǎng)的不利影響

多塔樓下大型地下室的結(jié)構(gòu)平面尺寸大，地下室上部有的區(qū)域有主體結(jié)構(gòu)，屬于“重荷載”區(qū)，有的區(qū)域無主體結(jié)構(gòu)，屬于“輕荷載”區(qū)，荷載差異大，結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)，必須采取有效措施解決不均勻沉降以及地下室超長(zhǎng)的不利影響，以確保結(jié)構(gòu)安全。

（1）消除不均勻沉降可采取以下措施：控制基底附加應(yīng)力，讓各部位的基底附加應(yīng)力相近。例如：對(duì)“重荷載”區(qū)采用筏板基礎(chǔ)，對(duì)“輕荷載”區(qū)采用柱下單獨(dú)基礎(chǔ)或條型基礎(chǔ)。當(dāng)?shù)叵率倚枰蟹浪畷r(shí)，“輕荷載”區(qū)地面可采用抗水板做法，在“輕荷載”區(qū)抗水板下鋪設(shè)一定厚度的易壓縮材料，如泡沫聚苯板或干焦渣等，使之避免因柱基或條形梁基礎(chǔ)沉降時(shí)抗水板成為滿堂底板。地下室?guī)喜拷Y(jié)構(gòu)的“重荷載”區(qū)，由于荷載大，基礎(chǔ)采用樁基或復(fù)合地基，其余部位“輕荷載”區(qū)，采用天然地基；預(yù)留沉降差，地下室?guī)喜拷Y(jié)構(gòu)的“重荷載”區(qū)周邊留800～1000mm寬的沉降后澆帶，沉降后澆帶中的混凝土應(yīng)在兩側(cè)結(jié)構(gòu)單元沉降基本穩(wěn)定后再用高一級(jí)的微膨脹砼澆注，并加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。

（2）消除地下室結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)的不利影響可采取下列措施：每隔30m～40m設(shè)置800～1000mm寬的貫通地下室頂板、底部及墻板的施工后澆帶，后澆帶的保留時(shí)間不少于45天，后澆帶采用比相應(yīng)結(jié)構(gòu)部位高一級(jí)的微膨脹混凝土澆筑。采用摻膨脹劑配置的補(bǔ)償收縮砼，并設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶，膨脹加強(qiáng)帶寬為2000mm。加強(qiáng)墻體配筋，建議墻體的水平構(gòu)造鋼筋的配筋率不低于0.5%，鋼筋間距不大于150。砼的強(qiáng)度等級(jí)不宜過高，宜在C30～C35的范圍內(nèi)選用。水泥應(yīng)優(yōu)先采用水化熱低的品種，如礦渣硅酸鹽水泥。摻加粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉等摻合料，改善砼的黏塑性。加強(qiáng)砼的養(yǎng)護(hù)。

7 結(jié)束語

大型地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的綜合性很強(qiáng)，設(shè)涉及到的內(nèi)容繁多而復(fù)雜，設(shè)計(jì)中要根據(jù)工程的實(shí)際情況并結(jié)合上部結(jié)構(gòu)統(tǒng)一考慮。做到：（1）計(jì)算模型符合工程實(shí)際情況；（2）地下室頂板作為嵌固端時(shí)需采取措施以滿足規(guī)范的各項(xiàng)要求；（3）根據(jù)各塔樓情況、嵌固端的位置、地下室的區(qū)域等合理確定地下室結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)；（4）對(duì)地下室“相關(guān)范圍”的結(jié)構(gòu)構(gòu)件按最不利情況采用包絡(luò)設(shè)計(jì)；（5）對(duì)各種不利情況采取針對(duì)性措施來消除不利影響，以確保結(jié)構(gòu)安全。地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還涉及到人防、基礎(chǔ)抗浮、基礎(chǔ)防水、防腐等問題，本文只初淺談了一些問題，希望和結(jié)構(gòu)同仁互相探討、交流。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2002

[2]《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010

[3]《高層建筑砼結(jié)構(gòu)技術(shù)》規(guī)范JGJ3-2010

[4]《多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中疑難問題的處算例》

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。