論地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見問題

【摘 要】 論文針對地下室在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工中經(jīng)常遇到的一些問題進(jìn)行分析，分別從地下室室埋深、層高的取值、抗浮問題、外墻設(shè)計(jì)和頂板問題等不同的方面給出了合理化的建議。

【關(guān)鍵詞】 地下室，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，常見問題

1 引言

由于土地資源的緊缺，在現(xiàn)代城市建設(shè)中，建筑和交通向地下轉(zhuǎn)移的趨勢越來越明顯，所以，對于地下室在功能和結(jié)構(gòu)上的研究和設(shè)計(jì)也顯得越來越重要。同時(shí)，隨著城市建筑的高度不斷增長，地下室的結(jié)構(gòu)也相應(yīng)地向多層和深度發(fā)展，這對于地下室的設(shè)計(jì)、施工和防震、防水等各方面提出了更高的要求，成為建筑行業(yè)普遍關(guān)注的重要內(nèi)容和熱點(diǎn)。

一般說來，地下室是相對于大底盤的高層建筑的地下部分而言的，由于地下室的建設(shè)和施工是在地下作業(yè)，環(huán)境較為特殊，涉及到的施工類型多、工序復(fù)雜，是一項(xiàng)具有高度系統(tǒng)性的工程，涉及到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工程施工、選擇材料等等各個(gè)方面的因素，在質(zhì)量上出現(xiàn)問題的可能性很大?，F(xiàn)把在地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中容易出現(xiàn)的問題分別介紹如下。

2 地下室的埋置深度

高層建筑設(shè)置地下室對建筑物結(jié)構(gòu)的益處很多。首先可以利用土的側(cè)壓力減小結(jié)構(gòu)的滑移和傾覆，有利于上部結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性；其次可以減小土的重量，減少地基的附加壓力和沉降；再由于基礎(chǔ)具有一定的埋置深度，還可以減小地震作用對上部建筑的影響。地下室在具有足夠的剛度、承載力和整體性的條件下，可作為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的一部分。高層建筑基礎(chǔ)的埋置深度應(yīng)滿足地基承載力、變形和穩(wěn)定性的要求。位于巖石地基上的高層建筑，其埋深應(yīng)滿足抗滑的要求。建議同一結(jié)構(gòu)單元應(yīng)全部設(shè)置地下室，并應(yīng)當(dāng)有相同的埋深?；A(chǔ)的埋置深度為建筑物室外地面至基礎(chǔ)底面的距離，可按以下要求進(jìn)行估算：

（1） 一般天然地基，不宜小于建筑物的高度的1/ 15 ，并大于3 m；

（2） 巖石地基可不考慮埋深的要求，但應(yīng)驗(yàn)算傾覆和滑移；

（3） 樁基礎(chǔ)不宜小于建筑物高度的1/ 18。

3 地下室合理層高的取值

當(dāng)一座建筑的方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定下來后，一般就不應(yīng)再做大幅度的改動(dòng)和調(diào)整，只有樓層高度還是可以適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。對于地下室來說，其層高對整體的影響非常重要，這些影響主要體現(xiàn)在土方的開挖、降水方面的要求、基坑的支護(hù)、施工完成的工期、地下室的抗浮水位要求等等不同的方面。在設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員往往會(huì)把層高設(shè)計(jì)得較低。因?yàn)閷痈呤菑慕Y(jié)構(gòu)層的最低點(diǎn)的基礎(chǔ)上，考慮設(shè)備的凈空要求和建筑本身的凈空要求加以確定的，所以，在設(shè)計(jì)過程中，采用提高其頂板的結(jié)構(gòu)最低點(diǎn)，常常被看成是減小其凈高的有效方法之一。

具體地說，這種處理是：頂板和樓板一般采用寬扁型的梁、無梁的樓蓋或者使用預(yù)應(yīng)力式的空心樓板。例如，在某工程中，當(dāng)?shù)叵率业目缍茸畲笾凳?.6米時(shí)，人防等級就為核6級，如果使用普通的梁板，梁高的要求是1.2米；如果使用寬扁形式的梁結(jié)構(gòu)，梁的高要只有0.8米；而在改為預(yù)應(yīng)力的空心樓板后，只要有暗梁就行，這時(shí)梁高和板厚只有0.5米。由此可見，地下室的凈高受頂板結(jié)構(gòu)形式的影響是非常大的。

另外，如果能在設(shè)計(jì)中合理設(shè)置柱網(wǎng)，對地下建筑進(jìn)行恰當(dāng)、合理的調(diào)整，也可以明顯減小地下室的凈高?，F(xiàn)在的地下結(jié)構(gòu)，一般是用來作為停車場，所以，建議在設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)的形式，對車位以及行車道進(jìn)行調(diào)整。這同時(shí)也對減小地下室在造價(jià)和成本方面也有很大的效果。這一點(diǎn)卻往往被設(shè)計(jì)人員所忽略。

4 地下室抗浮設(shè)計(jì)

4.1 抗浮水位的確定

地下室抗浮水位是一個(gè)十分復(fù)雜的問題，地質(zhì)場地土層差異性，場地土內(nèi)地下水復(fù)雜多變性，給地下室抗浮水位的確定帶來了較大困難，然而抗浮水位又是地下室抗浮設(shè)計(jì)中一個(gè)決定性的參數(shù)。

如何做到既安全又合理的確定其抗浮水位？勘察、設(shè)計(jì)人員應(yīng)遵照《巖

土工程勘察規(guī)范》及《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行勘察和分析。其中，根據(jù)《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》第8.6.2 條，場地地下水抗浮設(shè)防水位的綜合確定宜符合下列規(guī)定：

1） 當(dāng)有長期水位觀測資料時(shí)，場地抗浮設(shè)防水位可用實(shí)測最高水位，無長期水位觀察資料時(shí)，應(yīng)按勘察期間實(shí)測最高水位并結(jié)合場地地形地貌、地下水補(bǔ)給、排泄條件等因素綜合確定。

2） 場地有承壓水且與潛水有水力聯(lián)系時(shí)，應(yīng)實(shí)測承壓水位并考慮其對抗浮設(shè)防水位的影響；

3） 只考慮施工期間的抗浮設(shè)防時(shí)，抗浮設(shè)防水位可按一個(gè)水文年的最高水位確定。此外，設(shè)計(jì)人員對于下列一些特殊情況還應(yīng)進(jìn)行必要的分析和論證：一是地下水賦存條件復(fù)雜、變化幅度大、區(qū)域性補(bǔ)給和排泄條件可能有較大改變或工程需要時(shí)，應(yīng)進(jìn)行專門論證；二是對于斜坡地段的地下室或可能產(chǎn)生明顯水頭差的場地上的地下室進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮地下水滲流在地下室底板產(chǎn)生的非均布荷載對地下室結(jié)構(gòu)的影響，不要籠統(tǒng)的采用勘察報(bào)告所提供的遠(yuǎn)高于室外地坪的地下室抗浮水位來進(jìn)行設(shè)計(jì)。水是往低處流的，若建筑物一側(cè)或多側(cè)是敞開的，水浮力不可能高出室外地坪；三是在有水頭壓差的江、河岸邊，且存在濾水層，應(yīng)按設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期的最高洪水位來確定其抗浮水位；四是對于雨水豐富的南方地區(qū)，尤其應(yīng)注意因地面標(biāo)高發(fā)生變化后對原勘察報(bào)告抗浮水位的修正，防止產(chǎn)生地表水聚集效應(yīng)對地下室的破壞。

4.2 解決地下室抗浮問題的方法

4.2.1 地下室整體抗浮

為防止地下室整體上浮我們通常采用兩類做法，一是利用建筑的自重（包括結(jié)構(gòu)及建筑裝修、上部覆土等，不含樓面活荷載）平衡地下室水的總浮力，當(dāng)不能平衡時(shí)，再就是采用錨樁或錨桿等來抵抗地下水的浮力。無論是增加自重還是增設(shè)錨桿的做法，都必須進(jìn)行整體抗浮驗(yàn)算，保證抗浮力（自重+抗拉力）大于水的總浮力。

4.2.2 地下室局部抗浮

地下室局部抗浮主要是對梁板墻柱結(jié)構(gòu)構(gòu)件的在水浮力作用下的強(qiáng)度驗(yàn)算、變形驗(yàn)算和裂縫驗(yàn)算。對不滿足區(qū)域應(yīng)該采取增加板厚，增大配筋或增設(shè)抗浮錨桿等措施。

5 地下室外墻問題

對于地下室外墻，一般計(jì)算時(shí)將底部作為固定支座（就是說，把底板看成是外墻的固定端），各個(gè)方向的側(cè)壁底部的彎矩和相鄰底板的彎矩基本相同，同時(shí)要求底板的抗彎應(yīng)力不能小于側(cè)壁上的抗彎應(yīng)力，盡量使厚度與配筋的量相匹配一致，這在地下車道的設(shè)計(jì)中最為突出，因?yàn)檐嚨赖膫?cè)壁都是懸臂構(gòu)件，一般要求其底板抗彎能力要大于側(cè)壁的底部。

對于在地面層上開洞的部位，比如樓梯間等，其外墻的頂部沒有樓板的支撐，無論是在計(jì)算模型中，還是在配筋構(gòu)造時(shí)都應(yīng)該和實(shí)際的條件相符合。當(dāng)車道非常接近地下室的外墻時(shí)，車道的底板實(shí)際處于外墻的中部，在車道底板上會(huì)存在水平集中力的作用，就要特別注意外墻的承受能力。這也是在外墻設(shè)計(jì)經(jīng)常被忽略的內(nèi)容。

6 地下室頂板的設(shè)計(jì)

頂板的厚度不僅對于承受垂直荷載很重要，對于承受側(cè)向荷載也非常重要。其平面內(nèi)的變形將影響樓層地震作用在各抗側(cè)力構(gòu)件之間的分配。另外應(yīng)避免或減少在頂板開洞，當(dāng)避免不了時(shí)，應(yīng)減小洞口面積，并對洞口周邊從構(gòu)造上加強(qiáng)，以防止剛度突變或強(qiáng)度降低的不利影響?！陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，當(dāng)?shù)叵率业捻敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)嵌固端時(shí)，應(yīng)采用梁板體系，樓板厚度不宜小于180 mm ，不宜有較大洞口，混凝土強(qiáng)度等級不宜地于C30 ，應(yīng)采用雙層雙向配筋，每層每個(gè)方向的配筋率不宜小于0. 25 %。當(dāng)?shù)叵率业捻敯宀蛔鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)嵌固端時(shí)，樓板厚度不宜小于160 mm。

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