建筑工程中地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

劉洋

摘要：在建筑結(jié)構(gòu)中越來越多的出現(xiàn)了地下室結(jié)構(gòu)，這一部分的設(shè)計(jì)和施工也成為了建筑結(jié)構(gòu)施工中非常重要的一部分，在地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中要考慮到諸多因素對該結(jié)構(gòu)的影響，如果設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了一些問題就會(huì)使得整個(gè)地下室結(jié)構(gòu)存在很嚴(yán)重的安全問題，本文主要分析了建筑工程中地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：地下室工程；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；難點(diǎn)

當(dāng)前我國城市化水平不斷提高，城市中的人口數(shù)量不斷增長，在這樣的情況下，人們對住房的需求量也在不斷提高，但是我國當(dāng)前的土地資源是十分有限的，所以為了更好的利用我國的土地資源，地下室結(jié)構(gòu)也成為了當(dāng)今建筑結(jié)構(gòu)中非常重要的一個(gè)結(jié)構(gòu)形式，地下空間結(jié)構(gòu)和地上的空間結(jié)構(gòu)在很多方面都存在著不同，所以在設(shè)計(jì)工作中一定要能夠更好的保證設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

一、地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)概述

地下室的設(shè)計(jì)中需要考慮很多的因素，比如，采光和防火以及使用功能等等對于高層建筑來說，地上的部分不會(huì)出現(xiàn)太大的問題，但是地下室結(jié)構(gòu)卻經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些問題，在地下室施工的過程中往往對洪水期的防洪功能都不是非常的重視，同時(shí)地下室防水也是一個(gè)系統(tǒng)性和綜合性都很強(qiáng)的施工過程，在這其中要包含很多因素，所以地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中也出現(xiàn)了很多的難點(diǎn)，通常而言主要分為三個(gè)方面，首先是結(jié)構(gòu)的平面設(shè)計(jì)，其次是結(jié)構(gòu)防震功能的設(shè)計(jì)，再次就是結(jié)構(gòu)的防滲設(shè)計(jì)，最后是外墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

二、地下室工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

1、建筑物的埋置深度

建筑物設(shè)置地下室對建筑結(jié)構(gòu)本身有著非常明顯的好處，首先它能夠利用土體自身的特性，降低結(jié)構(gòu)本身出現(xiàn)滑移的幾率從而使得建筑結(jié)構(gòu)上部的穩(wěn)定性更強(qiáng)，其次是能夠很好的減輕土體在結(jié)構(gòu)中所占據(jù)的重量，這樣也就在很大程度上減小了地基的沉降現(xiàn)象，同時(shí)還能減輕地震對建筑物結(jié)構(gòu)帶來的負(fù)面影響，提高建筑的抗震性能，如果地下室的剛度和強(qiáng)度都能夠滿足相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和要求，它還可以成為地基中十分重要的一部分，能夠增強(qiáng)地基自身的承載力，使建筑結(jié)構(gòu)更加的穩(wěn)定。如果建筑是建設(shè)在巖石地基上，其預(yù)埋的深度應(yīng)該足夠抗滑的要求。

2、建筑物的結(jié)構(gòu)嵌固因素

首先應(yīng)該對嵌固的具體位置進(jìn)行確定，在對結(jié)構(gòu)的上部進(jìn)行計(jì)算時(shí)，它的準(zhǔn)確性會(huì)嚴(yán)重影響到嵌固位置到地基的彎矩值，所以它對于結(jié)構(gòu)分析的準(zhǔn)確性有著十分重要的作用，，同時(shí)對建筑物建設(shè)中所體現(xiàn)出來的經(jīng)濟(jì)性也有著非常重大的影響，在設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)該主要對以下幾個(gè)因素進(jìn)行重點(diǎn)的考慮和重視：

（1）建筑上部的層數(shù)和設(shè)防的烈度。如果結(jié)構(gòu)受到了地震作用的影響，建筑上部的層數(shù)越多，其自身設(shè)防的烈度也就越高，同時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)下部也會(huì)產(chǎn)生非常大的剪力，在這樣的情況下就需要非常強(qiáng)的剛度和整體性對建筑上部所承受的剪力進(jìn)行分散，這樣建筑結(jié)構(gòu)自身的剛度和強(qiáng)度才能得以提升，否則，建筑自身的穩(wěn)定性和安全性都會(huì)受到非常大的影響。

（2）地下室的結(jié)構(gòu)體系。如果地下室結(jié)構(gòu)是混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的時(shí)候建筑上面的地震剪力主要是由地下室的墻體來承擔(dān)的，這樣也就使得地下室頂板對力的傳遞和分散作用微乎其微，所以通常也不將其納入到考慮之中，通常地下室的頂板厚度主要取決于其在垂直方向上所承受的剪力，如果地下室是框架結(jié)構(gòu)或者是框架剪力墻結(jié)構(gòu)中的地震剪力主要是通過上部的抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行分散和傳遞，這種情況下就需要建筑的樓板具備很高的剛度和強(qiáng)度。

（3）地下室頂板的樓蓋體系

在建筑施工中我們經(jīng)常使用的樓蓋體系主要有梁板樓蓋和平板樓蓋兩種，如果樓板的厚度完全相同，樓板的剛度會(huì)嚴(yán)重影響到建筑的剛度和整體性，站在建筑結(jié)構(gòu)體系的角度上來說通常量梁板式樓蓋的整體性能要更好一些，當(dāng)然僅僅考慮樓板的厚度也是不對的，在施工的過程中嵌固水平位移法能夠?qū)⒌叵率易鳛橐粋€(gè)具有整體性的結(jié)構(gòu)形式，嵌固的方位通常會(huì)選擇在基礎(chǔ)底板的位置，同時(shí)還要根據(jù)地下室結(jié)構(gòu)和相鄰結(jié)構(gòu)的剛度比來確定對其水平方向上的位移進(jìn)行計(jì)算。主要的樓板側(cè)向剛度計(jì)算方法有三種，第一種是剪切剛度，第二種是剪彎剛度，第三種是樓層剪力和層間位移的比值，三種方法實(shí)際的操作過程有很大的差別，所以要根據(jù)實(shí)際的情況選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算方法。在進(jìn)行施工設(shè)計(jì)時(shí)通常會(huì)選擇用第三種方式進(jìn)行計(jì)算。這種方式和其他方式相比適用的范圍更大，而且計(jì)算的精度也更高。

彈簧剛度法將上部結(jié)構(gòu)與地下室作為一個(gè)整體考慮，嵌固部位取在基礎(chǔ)底板處，并在每層地下室的樓板處引入水平彈簧剛度，其值的大小反映回填土對地下室約束作用的強(qiáng)弱。一般軟件中設(shè)有參數(shù)“回填土對地下室作用的相對剛度比”，其含義就是回填土的約束剛度與地下室本身抗側(cè)移剛度的比值，若取值為0，表示不考慮回填土的約束作用；若取值在1到5表示回填土具有一定的約束作用，取值越大約束作用越強(qiáng)；若取值為負(fù)數(shù)m，表示地下室有嵌固部位，其下部的m層無水平位移。

3、回填土的約束作用

由于地下室一般都存在外墻，其側(cè)向剛度大于上部結(jié)構(gòu)。同時(shí)，地下室與室外土層接觸面積大，在地震作用下，阻尼增大導(dǎo)致振動(dòng)衰減，降低了結(jié)構(gòu)的動(dòng)力效應(yīng)。此外，地震作用迫使與地下室接觸的回填土發(fā)生相應(yīng)的變形，導(dǎo)致土對地下室外墻及底板產(chǎn)生抗力，約束了地下室的變形，從而提高了地下室的剛度。

地下室的回填土質(zhì)量直接影響著基礎(chǔ)的埋置作用。提高地下室四周的回填土質(zhì)量，可以有利于吸收地震能量，減輕上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，增強(qiáng)建筑物的整體穩(wěn)定性。國內(nèi)外的調(diào)查資料表明，回填土的壓實(shí)系數(shù)達(dá)No.95以上時(shí)，建筑物地震反應(yīng)減小的程度可達(dá)20%～30%。如果不能保證回填土和地下室外墻之間的有效接觸，將降低基礎(chǔ)的側(cè)向剛度和轉(zhuǎn)動(dòng)剛度以及土對基礎(chǔ)的約束作用。因此，地下室四周回填土應(yīng)均勻地分層夯實(shí)，根據(jù)具體的情況控制合理的壓實(shí)系數(shù)，保證回填土的質(zhì)量。

4、地下室的抗裂措施

由于地下室的混凝土體量較大，而有些地下室長度超過結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間距，混凝土的干縮和施1二期間的水泥水化熱將會(huì)導(dǎo)致墻體及樓板的裂縫。設(shè)計(jì)過程中一般可采用以下措施：

（1）設(shè)置施工后澆帶后澆帶作為混凝土早期釋放約束力的措施已得到廣泛應(yīng)用。

（2）采用補(bǔ)償收縮混凝土在混凝土中摻人微膨脹劑，以混凝土的膨脹值抵消其收縮值，從而達(dá)到控制裂縫的目的。

（3）提高構(gòu)件的抗拉性能增加外墻水平分布鋼筋的配筋率，減小鋼筋間距。

5、地下室及地面的活荷栽情況

豎向荷載地下室與上部結(jié)構(gòu)采用整體分析方法，不僅可以正確完成全樓的豎向?qū)Ш杉皟?nèi)力計(jì)算，同時(shí)可以考慮地下室的變形對上部結(jié)構(gòu)的影響，使計(jì)算結(jié)果更符合實(shí)際情況。水平荷載地下室在地面以下不受風(fēng)荷載的影響。由地下室質(zhì)量產(chǎn)生的地震作用主要被室外回填土吸收，只有小部分由地下室構(gòu)件承擔(dān)。因此，在按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行地震剪力調(diào)整時(shí)，地下室部分的最小地震剪力系數(shù)不滿足要求時(shí)可以不調(diào)整。當(dāng)室外地面有經(jīng)靜l生較大活荷載或振動(dòng)荷載時(shí)，外墻應(yīng)處于彈性工作狀態(tài)，土壓力應(yīng)取靜止土壓力。在地震作用下引起地下室結(jié)構(gòu)在室外地坪處的水平位移和轉(zhuǎn)角，這些強(qiáng)迫變位將引起作用于地下室外墻上土壓力的增大，這部分增量往往難以準(zhǔn)確量化，但在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加以考慮。

6、結(jié)語

地下室結(jié)構(gòu)逐漸成為了當(dāng)今建筑結(jié)構(gòu)中的一個(gè)常見的形式，它在當(dāng)今這樣一個(gè)土地資源緊缺的時(shí)代也發(fā)揮了非常重要的作用，地下室結(jié)構(gòu)有其自身的特殊性，所以在設(shè)計(jì)的過程中一定要注意對關(guān)鍵環(huán)節(jié)的控制，保證設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

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