淺析建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

李景霞?盧新杰

摘 要：隨著高層建筑的快速發(fā)展，建筑工程地下室的設(shè)計(jì)越來越具備多功能的作用，地下室結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)、外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和防水、抗震設(shè)計(jì)技術(shù)日漸能夠滿足建筑設(shè)備用房和汽車停車場的需求，還能從經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上做到協(xié)調(diào)和適用的同步發(fā)展。本文主要對(duì)新時(shí)期建筑物地下室的抗浮抗震設(shè)計(jì)、防水與無縫設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析與探究，以期為提升建筑工程整體質(zhì)量提供可靠的保障。

關(guān)鍵詞：建筑物；地下室；抗浮設(shè)計(jì)

1 抗浮設(shè)計(jì)

地下室抗浮設(shè)計(jì)可歸納為“一壓二拉”，“壓”即為配重法，增加永久荷載的結(jié)構(gòu)自重，比如地下室頂板覆土、地下室底板的配重等來平衡地下水浮力；“拉”即為設(shè)置抗拔樁或抗拔錨桿，以抗浮構(gòu)件提供的抗拔力平衡地下水浮力。在工程實(shí)際應(yīng)用中，單獨(dú)運(yùn)用一種方式抵抗地下室浮力往往事倍功半，耗材費(fèi)力，通常采用兩者相結(jié)合的方式進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理。

本工程在抗浮設(shè)計(jì)時(shí)即采用“拉”、“壓”相結(jié)合的方式，充分利用結(jié)構(gòu)自身的條件，適當(dāng)增加結(jié)構(gòu)自重，合理設(shè)置抗拔構(gòu)件，達(dá)到抗浮的目的，同時(shí)又保證工程的安全科學(xué)，經(jīng)濟(jì)合理。以下為本工程的方案對(duì)比：

方案一：車庫頂板覆土+車庫底板配重+結(jié)構(gòu)樁基抗拔錨固+單純抗拔樁。

方案二：車庫頂板覆土+車庫底板配重+結(jié)構(gòu)樁基抗拔錨固。

兩種抗浮方案，地下室底板所受荷載相同，均承受水浮力及結(jié)構(gòu)自重及附加配重；差別在于是否單獨(dú)設(shè)置抗拔錨樁。通過程序計(jì)算，方案一在各個(gè)柱距跨中設(shè)置抗拔錨樁，增加了基礎(chǔ)連續(xù)梁跨數(shù)，減小基礎(chǔ)連續(xù)梁計(jì)算長度，基礎(chǔ)連續(xù)梁截面尺寸及配筋較為經(jīng)濟(jì)，對(duì)結(jié)構(gòu)樁基的抗拔要求降低，但同時(shí)增加抗拔錨樁的成本。方案二取消單獨(dú)設(shè)置的抗拔錨樁，基礎(chǔ)連續(xù)梁計(jì)算長度較大導(dǎo)致內(nèi)力加大，使得基礎(chǔ)連續(xù)梁采用較大截面尺寸及較大的配筋量，對(duì)結(jié)構(gòu)樁基的抗拔要求提高。由于地下室大部分位于高層塔樓之下，結(jié)構(gòu)自重較大，且經(jīng)過建設(shè)成本測算，該地區(qū)實(shí)施抗拔錨樁成本較大，最終采用方案二進(jìn)行地下室的抗浮設(shè)計(jì)。

2 抗震設(shè)計(jì)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提升及現(xiàn)代化程度的逐步提高，城市人口大幅度提升，這就導(dǎo)致城市防災(zāi)問題日漸凸顯。建筑物倒塌將阻礙救災(zāi)進(jìn)度，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，建筑物結(jié)構(gòu)型式的合理性及較強(qiáng)的抗震能力將對(duì)震害的出現(xiàn)及破壞程度大大降低，為了確?，F(xiàn)代化建筑具有良好的抗震性能，施工單位必須重視其地下室抗震設(shè)計(jì)，只有加大地下室結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的力度，才能避免建筑物因地震因素出現(xiàn)損壞情況。

在高層建筑物地下室嵌固位置設(shè)計(jì)中，一般選用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)，其樓板厚度可控制在180毫米以上，混凝土強(qiáng)度等級(jí)則控制在C30以上，設(shè)計(jì)方式為雙層雙向配筋，每層每個(gè)方向配筋率可控制在0.25%以上。與梁板結(jié)構(gòu)相比，無梁樓蓋結(jié)構(gòu)平面具有較小剛度，不能滿足剛性樓板相關(guān)規(guī)定。基于此，作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位地下室頂板，可選用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)作為主樓范圍、相連裙房地下室頂板范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)。

3 地下室結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計(jì)

伸縮縫與沉降縫是地下室結(jié)構(gòu)變形縫的主要形式，伸縮縫設(shè)置的目的是為了釋放溫差和混凝土收縮、徐變產(chǎn)生的應(yīng)力，避免結(jié)構(gòu)開裂滲水。后澆帶、誘導(dǎo)縫、摻加外加劑與預(yù)應(yīng)力技術(shù)等都是代替伸縮縫的無縫設(shè)計(jì)方式。

（1）后澆帶。作為伸縮縫最常見的方式，后澆帶可以對(duì)混凝土早期應(yīng)力問題進(jìn)行有效處理，但無法處理后澆帶澆筑后混凝土徐變與溫差出現(xiàn)的溫度應(yīng)力。同時(shí)在留設(shè)后澆帶與澆筑混凝土之間具有較長的時(shí)間，一般為幾個(gè)月。這種情況下，將嚴(yán)重影響到施工的進(jìn)度。

（2）摻加外加劑。將相應(yīng)膨脹劑添加到混凝土內(nèi)，可進(jìn)行“化學(xué)預(yù)壓應(yīng)力”的建立。這種方式施工簡便，對(duì)施工進(jìn)度影響小，一般和其他方式一起應(yīng)用。膨脹劑出現(xiàn)的補(bǔ)償收縮膨脹時(shí)間控制難度較大，如膨脹時(shí)間不同于混凝土收縮時(shí)間，將大大降低其抗裂性能，因此在選用摻加劑時(shí)，應(yīng)確保其質(zhì)量符合施工要求。

（3）誘導(dǎo)縫。誘導(dǎo)縫的應(yīng)用可以將整個(gè)施工、使用過程中出現(xiàn)的混凝土拉應(yīng)力進(jìn)行有效釋放，并一次完成澆筑混凝土，施工過程中應(yīng)確保其連續(xù)性。該方式的不足之處在于布設(shè)間距小、靈活性差。

（4）預(yù)應(yīng)力施加。通過地下室混凝土拉應(yīng)力的計(jì)算，可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼筋設(shè)置。預(yù)應(yīng)力施加可以消除混凝土收縮出現(xiàn)的拉應(yīng)力，進(jìn)而起到伸縮縫減少與開裂控制的作用。伴隨張拉預(yù)應(yīng)力與錨固技術(shù)水平的提升，大大降低了預(yù)應(yīng)力施工的難度，擴(kuò)大了預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用范圍。

高層建筑主樓部分與裙樓部分具有極大的層數(shù)差，因而荷載、剛度之間也存在較大的差距，導(dǎo)致基礎(chǔ)沉降量的增加。通過沉降縫的設(shè)置，可對(duì)主樓和裙樓基礎(chǔ)之間的作用力降到最低，并能將沉降差產(chǎn)生的次應(yīng)力進(jìn)行釋放，防止裂縫等現(xiàn)象出現(xiàn)在地下室、裙房結(jié)構(gòu)中。如不進(jìn)行沉降縫設(shè)置，可選用“抗”、“調(diào)”、“導(dǎo)”等方式。首先，如基礎(chǔ)沉降量較小，可選用加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)的方式，對(duì)不均勻沉降出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行抵抗，進(jìn)而提升基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的安全性，這種方式就是“抗”。

其次，在條件允許的情況下，可選用樁基礎(chǔ)進(jìn)行施工，通過分析樁長、樁徑與樁型等參數(shù)，在結(jié)構(gòu)允許范圍調(diào)整沉降差，這種方式為“調(diào)”。

最后，兩者基礎(chǔ)通過后澆帶進(jìn)行有效分離，澆筑作業(yè)應(yīng)在基礎(chǔ)完成部分沉降后進(jìn)行，并對(duì)主樓、裙樓、地下室交接點(diǎn)位置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，對(duì)沉降差產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行有效降低，這種方式為“導(dǎo)”。

4 防水設(shè)計(jì)

1、樁頂防水。在樁頂截?cái)噤摻?，做好附加防水層。高層建筑地下室防水設(shè)計(jì)中，要求選用聚合物水泥砂漿作為承臺(tái)固結(jié)樁頂?shù)姆浪牧?。?jīng)過相關(guān)試驗(yàn)，確定其配合比后，應(yīng)保證聚合物水泥砂漿抗?jié)B強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)規(guī)定，并與抗壓強(qiáng)度規(guī)定值相一致。作為剛性防水層，在墊層交接位置樁頂防水層應(yīng)選用密封材料與底板柔性附加水層連接。

2、墻體防水。澆灌時(shí)出現(xiàn)施工縫問題，其主要原因在于底板混凝土量大、厚度尺寸大，通常在建筑底板一端兩側(cè)出現(xiàn)。為避免施工縫的大量出現(xiàn)，必須在水泥初凝時(shí)間內(nèi)嚴(yán)格控制澆筑間隔時(shí)間，對(duì)面層混凝土收縮量進(jìn)行有效減少，為此可選用二次振搗施工。

底板表面找平、抹實(shí)及壓光等作業(yè)應(yīng)在振搗密實(shí)混凝土后進(jìn)行，初凝后應(yīng)將塑料薄膜鋪設(shè)在其上面，保溫養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)控制在14天以上，并有效控制防水混凝土拆模時(shí)間，15攝氏度以下為拆模時(shí)混凝土表面溫度和附近外界溫度，避免裂縫在混凝土干縮與溫差等情況下出現(xiàn)。先分層對(duì)地下室墻體進(jìn)行澆筑施工，每層間隔時(shí)間必須控制在水泥初凝時(shí)間以下，遵循設(shè)計(jì)要求全部鋼筋都應(yīng)進(jìn)行高標(biāo)號(hào)砂漿墊塊的設(shè)置，起到保護(hù)鋼筋的作用。如裂縫出現(xiàn)在外墻混凝土干縮與溫差情況下，應(yīng)將草袋蓋在混凝土初凝后的墻頂上，外墻模板在養(yǎng)護(hù)14天以后拆除。

3、承臺(tái)底防水。將聚合物水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料涂抹一層在樁頭，并進(jìn)行遇水膨脹止水條的設(shè)置，確保完全封閉整個(gè)底板防水層，進(jìn)而有效提升其防水效果。在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部不斷滲入結(jié)晶型涂料，結(jié)晶不斷出現(xiàn)并對(duì)毛細(xì)孔起到堵塞作用，提高防水效果。

5 結(jié)束語

綜上所述，地下室是建筑的重要組成部分，地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)好壞和施工質(zhì)量，直接關(guān)系到建筑整體的性能。建筑工程在設(shè)計(jì)過程中，必須重視地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以保證建筑整體的質(zhì)量。

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