地下室結(jié)構(gòu)設計的分步探討

張鐵壯

（天津市化工設計院，天津 300193）

一般工業(yè)與民用建筑項目中，地下室已被廣泛設置。從方案開始，結(jié)構(gòu)設計應盡早介入，這對改進項目方案及有效開展結(jié)構(gòu)設計的后期工作至關(guān)重要。

本文從不同方面，對地下室的結(jié)構(gòu)設計進行分析，從而達到地下室設計的安全、經(jīng)濟、適用。

1 地下室外墻計算模型

1.1 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(qū)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(jié)構(gòu)整體電算分析結(jié)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(xié)調(diào)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。除了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(nèi)外側(cè)主筋也應予以適當加強。外墻的水平分布筋要根據(jù)扶壁柱截面尺寸大小，可適當另配外側(cè)附加短水平負筋予以加強，外墻轉(zhuǎn)角處也同此予以適當加強。

1.2 地下室外墻力學簡化

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大小一樣，底板的抗彎能力不應小于側(cè)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(cè)壁為懸臂構(gòu)件，底板的抗彎能力不應小于側(cè)壁底部。地下室底板標高變化處也經(jīng)常發(fā)現(xiàn)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(nèi)僅靠兩側(cè)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(gòu)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(jīng)常遺漏。

2 地下室抗浮設計

當?shù)叵率衣癫剌^深或地下水位較淺時，裙房及純地下室部分可能會有抗浮不滿足要求的問題。針對此種情況，應采取以下措施。

2.1 提高基坑坑底的設計標高

在設計允許的情況下，盡可能提高基坑坑底的設計標高，間接降低抗浮設防水位。高層建筑的基礎底板多采用平板式筏板基礎和梁板式筏板基礎。一般而言，平板式筏板基礎的重量與梁板式筏板基礎上填覆土的重量基本相當，但后者的基礎高度一般要比前者高，在保證基頂標高不變的情況下，后者的基礎埋深要大于前者。從而相對提高了抗浮水位，故采用平板式筏板基礎更有利于降低抗浮水位。

2.2 使用寬扁梁或無梁樓蓋

一般寬扁梁的截面高度為跨度的1/22～1/16，寬扁梁的使用將有效地降低地下結(jié)構(gòu)的層高，從而相對降低了抗浮設防水位。

2.3 增加地下室的層高

增加地下室的重量是解決地下室抗浮問題的一個直接有效的方法，但這種方法還應該結(jié)合地基土的承載力而定。

在對主體結(jié)構(gòu)的地基承載力進行深度修正時，增加地下室的層高可以提高主體結(jié)構(gòu)的有效埋置深度，從而提高了主體結(jié)構(gòu)修正后的地基承載力特征值。

2.3.1 增加基礎配重

此種方法大致有以下3種情況：增加基礎底板的厚度、增加基礎頂面覆土厚度、基礎頂面采用容重大且價格低廉的填料。這三種方法的共同特點是：在增加基礎配重用以解決抗浮問題的同時又不可避免的增加了基礎的埋置深度，從而相對地提高了地下室抗浮設防水位的高度，因此它不是一種效率最高的方法。

2.3.2 增加地下室頂板的厚度

這種方法的優(yōu)點是：在不增加基坑坑底標高的前提下，增加了地下室的重量，而且使用厚板后，地下室頂板的大板塊之間可以不再設置次梁。但此種方法的缺點是會略增加地下室頂板框架梁的負荷，而且由于板厚有限，這種方法解決抗浮問題的效果也是有限的。

2.4 設置抗浮樁

表面上看這是一種解決抗浮問題行之有效的方法，但仔細分析，這種方法也有一定的局限性，從結(jié)構(gòu)受力方面講，由于地下室的抗浮設防水位是根據(jù)擬建場地歷年最高水位結(jié)合近幾年的水位變化情況提出來的，即使是經(jīng)過重新評估后確定的抗浮設防水位，也是按一定的統(tǒng)計規(guī)律得出的結(jié)論。

很顯然，這種方法確定的地下水位在一般的情況下是很難達到的。加之設計計算的不精確性也使得抗浮樁具有一定的安全儲備，因此，“抗浮樁”實際上長期起著“抗壓樁”的作用。這種“反作用”將阻礙有抗浮要求的地下室的合理沉降，而這種變化將會使無沉降縫的大底盤地下室在主體結(jié)構(gòu)和裙房之間產(chǎn)生更大的不均勻沉降差[2]，同時設置抗浮樁后，計算基礎底板內(nèi)力及配筋時應考慮地下水壓力，這樣也會增加基礎底板的荷載。另外一方面，如果地下水位長期處于一種較高的水平之上，設置抗浮樁也不乏是一種有效的方式。因此，抗浮樁是一把雙刃劍，使用時需仔細考慮。

3 裂縫及控制方法

地下室外墻混凝土易出現(xiàn)收縮，受到結(jié)構(gòu)本身和基坑邊壁等的約束，產(chǎn)生較大的拉應力，直至出現(xiàn)收縮裂縫。地下室外墻裂縫寬度控制在0.20mm之內(nèi)，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(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算彎距調(diào)幅，有的下端按鉸接，有的未考慮荷載分項系數(shù)，多層時未按多跨連續(xù)計算。計算中漏掉抗裂性驗算，地下室外墻與底板連接構(gòu)造不合理，建筑物超長未設縫或留置后澆帶，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(jié)構(gòu)相連處未設沉降縫等，導致違反設計規(guī)范，產(chǎn)生滲漏現(xiàn)象。

地下室整體超長，應采取相應措施，防止裂縫開展。主要措施包括：①補償收縮混凝土，即在混凝土中滲入微膨脹劑。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(xiàn)混凝土連續(xù)澆注無縫施工而設置的補償收縮混凝土帶，根據(jù)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(shù)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(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，可在墻體中部設一道水平暗梁抵抗拉力。

4 地下室不均勻沉降

解決不均勻沉降問題大致有以下幾種方法。

4.1 沉降縫

裙房和高層建筑之間設沉降縫，讓各部分自由沉降，互不影響，避免由于不均勻沉降產(chǎn)生的內(nèi)力，這是所謂“放”的方法。但實際上這樣做，給建筑的立面處理、地下室的防滲漏、基礎的埋置深度和整體穩(wěn)定等帶來很多困難。

4.2 端承樁

裙房和高層建筑之間不設沉降縫，采用端承樁，將樁端置于堅硬的基巖或砂卵石層上。這樣，既滿足了地基承載力要求，又避免了明顯的沉降差。這是所謂的“抗”的方法。但這種方法基礎材料用量多，不經(jīng)濟，一般用于超高層建筑或地基持力層較差的情況。

4.3 采取不同地基

在設計中不設沉降縫，而采取一定的措施，調(diào)整地基反力，盡量減少不同部分的地基反力差，從而減少沉降差。這是所謂“調(diào)”的方法。如：裙房部分采用天然地基，主樓部分采用復合地基或樁基。裙房和主樓部分采用不同的基礎形式，主樓采用筏基或箱基，裙房采用獨立基礎或條形基礎。

4.4 后澆帶

在主裙樓之間設置沉降后澆帶，鋼筋不斷，先施工主樓，待主樓封頂完成大部分沉降后，再施工裙房。兩部分沉降基本穩(wěn)定后再澆筑后澆帶。這樣，用調(diào)時間差的辦法解決了沉降差，同時又避免了設置沉降縫帶來的麻煩。這也是一種“調(diào)”的方法。