地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題研究

黎學(xué)宏

摘要：?jiǎn)谓ㄊ椒揽盏叵率矣捎陧敯鍢?biāo)高無(wú)變化、作用荷載較大，適宜采用板柱結(jié)構(gòu)。在保證使用凈高要求的前提下，能有效減小房屋層高的優(yōu)點(diǎn)，且減小地下室層高，就可減少基坑開(kāi)挖深度，自然可降低深基坑圍護(hù)造價(jià)和減少土方開(kāi)挖量，因而可大大降低綜合造價(jià)。本文就針對(duì)板柱結(jié)構(gòu)在地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一些問(wèn)題，進(jìn)行分析和探討。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；防空地下室；板柱結(jié)構(gòu)；等效靜荷載；平時(shí)；戰(zhàn)時(shí)；

一、等效靜荷載的確定

根據(jù)《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50038-2005，的規(guī)定，甲類(lèi)防空地下室結(jié)構(gòu)應(yīng)分別按平時(shí)使用狀態(tài)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載組合、戰(zhàn)時(shí)常規(guī)武器爆炸等效靜荷載與靜荷載同時(shí)作用的荷載組合及戰(zhàn)時(shí)核武器爆炸等效靜荷載與靜荷載同時(shí)作用的荷載組合進(jìn)行設(shè)計(jì)。實(shí)際上，由于戰(zhàn)時(shí)材料強(qiáng)度取值、截面設(shè)計(jì)規(guī)定、結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求等均相同，僅等效靜荷載取值不同，采用等效靜荷載法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，可將戰(zhàn)時(shí)的兩種組合合并為一種，取用常規(guī)武器爆炸等效靜荷載與核武器爆炸等效靜荷載中的較大值即可，這樣在滿足工程設(shè)計(jì)精度的前提下能大大減小了計(jì)算工作量。

值得注意的是，在確定頂板和外墻等效靜荷載時(shí)，要看是否可考慮上部建筑影響，上部建筑如果滿足《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》第4. 3. 4條和第4. 4. 4條規(guī)定，則可考慮上部建筑影響。單建式防空地下室不考慮上部建筑影響。為抵抗水浮力設(shè)置的抗拔樁不屬于基礎(chǔ)受力構(gòu)件，其底板等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按無(wú)樁基底板取值。由于《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》中的表4. 8. 2頂板覆土最大厚度為1. 5 m，大于1. 5 m時(shí)原則上需按規(guī)范給出的公式計(jì)算；分別按1. 5 m

二、構(gòu)件尺寸的確定

地下室頂板厚度首先要滿足防空地下室戰(zhàn)時(shí)的防護(hù)厚度，對(duì)不同的抗力級(jí)別，《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》有明確的規(guī)定。頂板由于是無(wú)梁樓蓋，樓板厚跨比宜大于1/30，同時(shí)樓板厚度應(yīng)滿足抗沖切要求，抗沖切驗(yàn)算應(yīng)按平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)分別進(jìn)行。

平時(shí)抗沖切驗(yàn)算可按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的公式7. 7. 1-1進(jìn)行，公式中F1為平時(shí)使用荷載（恒載和活載，采用基本組合）作用產(chǎn)生的沖切荷載設(shè)計(jì)值，可取柱所承受的軸向力設(shè)計(jì)值減去柱頂沖切破壞錐體范圍內(nèi)的荷載設(shè)計(jì)值；ft為混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》采用。

戰(zhàn)時(shí)抗沖切驗(yàn)算可按《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄D中的公式D. 2. 2-1進(jìn)行，公式中ftd為混凝土在動(dòng)荷載作用下抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，按《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》第4. 2. 3條規(guī)定取值；F1為恒載Gk（包括頂板自重、粉刷重和覆土重）和頂板等效靜荷載Qk共同作用所產(chǎn)生的沖切荷載設(shè)計(jì)值，計(jì)算沖切荷載設(shè)計(jì)值時(shí)，作用在頂板上的荷載設(shè)計(jì)值q設(shè)按下式計(jì)算：

q設(shè)=1.2Gk+1.0Qk

必須注意，當(dāng)無(wú)梁樓蓋的跨度大于6 m或其相臨跨度不等時(shí)，沖切荷載設(shè)計(jì)值應(yīng)取按上述方法計(jì)算所得沖切荷載設(shè)計(jì)值的1. 1倍。

全埋式地下室外墻和底板厚度，《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》無(wú)明確規(guī)定，其厚度應(yīng)滿足防水要求、平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)的承載力要求以及平時(shí)抗裂和變形要求，根據(jù)水頭和混凝土設(shè)計(jì)抗?jié)B等級(jí)，對(duì)5級(jí)、6級(jí)防空地下室可按《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》表12. 1. 9確定；另外，地下室側(cè)墻做為無(wú)梁樓蓋的邊支座，其厚度應(yīng)滿足無(wú)梁樓蓋的負(fù)筋錨固要求，厚度應(yīng)大于0. 4la（la為受拉鋼筋的錨固長(zhǎng)度）。柱截面尺寸由軸壓比控制。其余構(gòu)件如臨空墻、防護(hù)單元隔墻等按《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》要求確定。

三、內(nèi)力和配筋的計(jì)算

板柱結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算可采用近似法如等代框架法、直接設(shè)計(jì)法（有使用條件），也可采用有限元法進(jìn)行精確計(jì)算。應(yīng)優(yōu)先采用有限元法進(jìn)行計(jì)算。

有限元分析軟件較多，但大多數(shù)不能進(jìn)行戰(zhàn)時(shí)計(jì)算，不能直接用于人防計(jì)算；一些只能進(jìn)行人防構(gòu)件計(jì)算，不能進(jìn)行整體分析計(jì)算；采用PKPM系列SATWE軟件，可進(jìn)行整體分析，也可對(duì)平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)兩種不同荷載效應(yīng)組合進(jìn)行計(jì)算，對(duì)板柱結(jié)構(gòu)還可考慮柱帽作用。采用SATWE軟件計(jì)算板柱結(jié)構(gòu)，在工程數(shù)據(jù)建模時(shí)，應(yīng)在柱與柱之間輸入100 mm×100 mm的虛梁。目前， SATWE軟件可計(jì)算防空地下室的頂板（無(wú)梁樓蓋）、外墻、臨空墻、梁和柱配筋，不能計(jì)算防護(hù)單元隔墻和門(mén)框墻等的配筋。防護(hù)單元隔墻和門(mén)框墻等可采用人防構(gòu)件計(jì)算，也可參照全國(guó)通用圖集《防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》配筋。

四、地下室底板的計(jì)算

對(duì)采用樁基礎(chǔ)獨(dú)立承臺(tái)的防空地下室底板（只起防水作用），按規(guī)范要求應(yīng)分別按平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)兩種情況單獨(dú)計(jì)算，人工取最大包絡(luò)配筋。按如下方法則可用PKPM系列軟件一次完成平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)計(jì)算，即采用PMCAD軟件按倒樓蓋建一層防空地下室模型，頂板的恒載標(biāo)準(zhǔn)值按g1k（計(jì)算見(jiàn)后）輸入，頂板的活載標(biāo)準(zhǔn)值輸0. 01 kN/m2，采用SATWE進(jìn)行計(jì)算，定義人防等級(jí)為5級(jí)或6級(jí)，但頂板的等效靜荷載改用防空地下室底板的等效靜荷載，對(duì)于5級(jí)人防為50 kN/m2，對(duì)于6級(jí)人防為25 kN/m2，這樣可一次自動(dòng)完成平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)計(jì)算，并取包絡(luò)配筋，大大地提高了效率。能采用以上方法的原因如下：作用在地下室底板上的荷載有等效靜荷載、水的浮力和底板自重。由于水的浮力是滿布的，可當(dāng)恒載考慮，對(duì)結(jié)構(gòu)不利；地下室底板自重，對(duì)結(jié)構(gòu)有利。

五、樁基設(shè)計(jì)

由于在武器爆炸動(dòng)荷載作用下，地基承載力有較大提高，同時(shí)安全系數(shù)也可取得相對(duì)較低，在這種瞬間荷載作用下，一般不會(huì)產(chǎn)生因地基失效引起結(jié)構(gòu)破壞。因此，防空地下室在人防荷載作用下，可不驗(yàn)算地基承載力和地基變形。對(duì)于采用樁基的防空地下室，按單樁承載力特征值確定樁數(shù)時(shí)，可不考慮人防荷載作用，按平時(shí)荷載組合確定樁數(shù)即可。

根據(jù)靜力荷載作用下樁基礎(chǔ)的實(shí)測(cè)資料，由于打樁后土體往往產(chǎn)生較大的固結(jié)壓縮量，以致在平時(shí)荷載作用下，雖然建筑物有一些沉降，但有的建筑物底板仍與土體相脫離。由于樁是基礎(chǔ)的主要受力構(gòu)件，為確保結(jié)構(gòu)安全，在防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，樁身承載力應(yīng)按計(jì)入上部墻、柱傳來(lái)的核武器爆炸動(dòng)荷載的荷載效應(yīng)組合來(lái)驗(yàn)算。

六、結(jié)論

甲類(lèi)防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可將戰(zhàn)時(shí)的兩種組合合并為一種，取常規(guī)武器爆炸等效靜荷載與核武器爆炸等效靜荷載中的較大值與靜荷載組合進(jìn)行設(shè)計(jì)。板柱結(jié)構(gòu)頂板厚度除應(yīng)滿足戰(zhàn)時(shí)的防護(hù)厚度外，應(yīng)分別按平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)進(jìn)行抗沖切驗(yàn)算；地下室底板和側(cè)板應(yīng)滿足防水要求；門(mén)框墻、臨空墻和防護(hù)單元隔墻等構(gòu)件按人防規(guī)范要求確定。板柱剪力墻結(jié)構(gòu)防空地下室可采用PKPM系列SATWE軟件進(jìn)行整體分析。地下室底板可按倒樓蓋建一層地下室模型，用PKPM系列軟件一次自動(dòng)完成平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)計(jì)算，并取包絡(luò)配筋。采用樁基的防空地下室，按單樁承載力征值確定樁數(shù)時(shí)，可不考慮人防荷載作用，按平時(shí)荷載組合確定樁數(shù)；但樁身承載力應(yīng)按計(jì)入上部墻、柱傳來(lái)的核武器爆炸動(dòng)荷載的荷載效應(yīng)組合來(lái)驗(yàn)算。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB 50038—2005 人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2005.