大面積地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討

李剛

摘要：當(dāng)前，由于城市建設(shè)在不斷的快速發(fā)展,建筑物在不斷的增多，而車輛也隨著大量的增加，對(duì)于車位的要求也越來越緊張，但土地量在減少,可利用的空間也在越來越少，所以，開發(fā)地下大面積空間就已經(jīng)成為了主要的發(fā)展趨勢。本分分析了大面積地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：大面積地 下室;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

一、地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)要求

1、是主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括頂板、外側(cè)墻、底板等其它構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

2、是孔口防護(hù)設(shè)計(jì)，包括出入口的防護(hù)和消波系統(tǒng)（防護(hù)設(shè)備）其中出人口的防護(hù)包含防護(hù)密閉門的選用、門框墻、臨空墻的計(jì)算，出人口通道（包括風(fēng)井）的計(jì)算等幾個(gè)方面，而消波系統(tǒng)則包含防爆破活門的選用和擴(kuò)散室（箱）的設(shè)計(jì)。

3、是地下室是否與上部結(jié)構(gòu)一起計(jì)算對(duì)于計(jì)算結(jié)果影響較大，其底板經(jīng)常同時(shí)作為結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，需要考慮地基的反作用力，頂板作為工程的重要部位，需要組合核爆炸力的等效靜荷載，外墻則需考慮側(cè)向的土、水的水平作用組合。

二、大面積地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、抗震設(shè)計(jì)

一般來講地下室抗震設(shè)計(jì)中較為常見的問題為：多層建筑中半地下室埋深不夠，房屋層數(shù)包括半地下室層已達(dá)8層，層數(shù)和總高度超過要求，違反GB50011-2001第7.1.2條。地下室頂板為上部結(jié)構(gòu)嵌固端，地下室一層抗震等級(jí)定為三級(jí)，而上部結(jié)構(gòu)為二級(jí)，按GB50011-2001第6.1.3條地下室也應(yīng)為二級(jí)。

若地下室設(shè)計(jì)不當(dāng)，對(duì)其整體的抗震性能會(huì)產(chǎn)生較大的影響。根據(jù)施工圖審查要點(diǎn)，一般來講，對(duì)于半地下室的埋深要求應(yīng)大于地下室外地面以上的高度，才能不計(jì)算其層數(shù)，總高度才能從室外地面算起。地下室的墻柱與上部結(jié)構(gòu)的墻柱應(yīng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一。對(duì)地下室頂板室內(nèi)外板面標(biāo)高變化處，當(dāng)標(biāo)高變化超過梁高范圍時(shí)則形成錯(cuò)層，應(yīng)采取一定的措施進(jìn)行處理，否則不應(yīng)作為上部結(jié)構(gòu)的部位。相關(guān)規(guī)范明確規(guī)定，作為上部結(jié)構(gòu)部位的地下室樓層的頂樓，蓋應(yīng)采用梁板結(jié)構(gòu)，地下室頂板為無梁樓蓋時(shí)不應(yīng)作為上部結(jié)構(gòu)的部位。結(jié)構(gòu)計(jì)算應(yīng)向下計(jì)算至滿足要求的地下室樓層或底板，但剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)層數(shù)應(yīng)從地面往上計(jì)算，并應(yīng)包括地下層。

2、地下室樓板設(shè)計(jì)

塔樓范圍外底板、中板和頂板均為無梁樓蓋體系, 其內(nèi)力分析計(jì)算方法主要有經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法、等代框架法、有限元計(jì)算法等。隨著計(jì)算機(jī)的普及和性能的提高, 現(xiàn)在一般都采用有限元計(jì)算法(適應(yīng)面廣,無條件限制)。現(xiàn)在采用較多的有限元計(jì)算軟件有sap2000 和 pkpm 的 slabcad 。如某工程采用slabcad 進(jìn)行計(jì)算。柱位下的基礎(chǔ)厚度由基礎(chǔ)抗沖切計(jì)算來控制, 本工程取1米厚;基礎(chǔ)平面尺寸按其能獨(dú)立承擔(dān)柱底軸力來控制, 本工程取3.0x 3.0 米,這樣做的好處是能省略按筏板模型來計(jì)算上部傳來荷載的底板設(shè)計(jì)工況,減少設(shè)計(jì)工作量。

底板的厚度取600mm。底板抗浮措施采用的是抗拔錨桿,計(jì)算時(shí)需考慮錨桿的作用,模型里可用小鋼柱來模擬錨桿,鋼柱的截面面積按錨桿鋼筋總面積來取 。水浮力按反力輸人。配置了抗拔錨桿后,底板跨中水浮力的正彎矩就不會(huì)太大,所以底板的底筋和面筋通長筋按構(gòu)造配, 與柱位下基礎(chǔ)相連處配置附加抗裂鋼筋即可。中板和頂板的柱帽仍然以抗沖切計(jì)算來控制, 板厚以其通長鋼筋能按構(gòu)造配來控制 , 這樣有比較好的經(jīng)濟(jì)性效果 。經(jīng)計(jì)算, 中板和頂板的柱帽均取為3000 x3000x900(h), 板厚分別取35Omm和400mm (頂板 )。中板計(jì)算的控制工況為1.2恒載 +1.0的人防荷載(需考慮人防作用下構(gòu)件材料的提高系數(shù) ),頂板由于與覆土接觸,需考慮裂縫 ,所以一般頂板配筋由裂縫控制 。

由于地下室面積大,運(yùn)用 slabcad建模時(shí),只建 7 跨 x7跨的標(biāo)準(zhǔn)跨模型, 塔樓周邊非標(biāo)準(zhǔn)跨模型利用塔樓模型外擴(kuò)2跨來算,這樣能簡化很大工作量,且計(jì)算精度也能滿足設(shè)計(jì)要求。

3、外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

地下室的外墻是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，應(yīng)按水、土壓力驗(yàn)算，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下要求：①荷載。地下室外墻所承受的荷載分為水平荷載和豎向荷載。豎向荷載包括上部及地下室結(jié)構(gòu)的樓蓋傳重和自重，水平荷載包括地面荷載、側(cè)向土壓力和人防等效靜荷載。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，豎向荷載及風(fēng)荷載或地震作用產(chǎn)生的內(nèi)力一般不起控制作用，墻體配筋主要由垂直墻面的水平荷載產(chǎn)生的彎矩確定，而且通常不考慮與豎向荷載組合的壓彎作用，僅按墻板彎曲計(jì)算彎曲的配筋；②靜止土壓力系數(shù)。靜止土壓力宜由試驗(yàn)確定，當(dāng)不具備試驗(yàn)條件時(shí)，砂土可取0.34～0.45，粘性土可取0.5～0.7；③地下室外墻的配筋計(jì)算。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，在外墻的配筋計(jì)算中，對(duì)于帶扶壁柱的外墻，不是根據(jù)扶壁柱的尺寸大小進(jìn)行計(jì)算，而是均按雙向板計(jì)算配筋；扶壁柱則按地下室結(jié)構(gòu)的整體電算分析結(jié)果進(jìn)行配筋，不按外墻雙向板傳遞荷載驗(yàn)算扶壁柱配筋。根據(jù)外墻與扶壁柱變形協(xié)調(diào)的原理，這種設(shè)計(jì)將使得外墻豎向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墻的水平分布筋則有富余量。因此，在計(jì)算地下室外墻的配筋時(shí)，對(duì)于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的外墻板塊，如高層建筑外框架柱之間，按雙向板計(jì)算配筋為宜，其余的宜按豎向單向板計(jì)算。對(duì)豎向荷載較小的外墻扶壁柱，其內(nèi)外側(cè)主筋也應(yīng)予以適當(dāng)加強(qiáng)。外墻的水平分布筋應(yīng)根據(jù)扶壁柱截面尺寸的大小，適當(dāng)?shù)嘏湟酝鈧?cè)附加短水平負(fù)筋加強(qiáng)，外墻轉(zhuǎn)角處也應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)。地下室外墻計(jì)算時(shí)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相等，底板的抗彎能力應(yīng)不小于側(cè)壁的抗彎能力，其厚度應(yīng)與配筋量相匹配。這種情況在地下車道中最為典型，車道側(cè)壁為懸臂構(gòu)件，底板的抗彎能力應(yīng)不小于側(cè)壁底部的抗彎能力。

4、地下室超長結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

考慮到分縫給建筑功能和人防分區(qū)設(shè)置帶來不利的影響,且分縫后超高層塔樓之間存在多塔的結(jié)構(gòu)關(guān)系等, 地下室不設(shè)永久變形縫 。這樣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就必須采取足夠的措施以解決溫度收縮的不利作用。某工程通過結(jié)構(gòu)、建筑 、材料和施工等方面采取措施減少地下室底板、頂板及側(cè)壁的開裂。運(yùn)用 pmsap 建立地下室整體模型, 計(jì)算溫度作用下樓板的配筋。根據(jù)計(jì)算結(jié)果適當(dāng)?shù)奶岣叩装?、頂板及側(cè)壁的構(gòu)造配筋率,并在樓板及側(cè)壁中適當(dāng)位置設(shè)后澆加強(qiáng)帶。從而減少混凝土的收縮應(yīng)力和溫度應(yīng)力。合理地配置分布鋼筋,分布筋以小而密為原則,為避免結(jié)構(gòu)突變(或斷面突變)產(chǎn)生應(yīng)力集中,在轉(zhuǎn)角及孔洞處增設(shè)構(gòu)造加強(qiáng)筋(取通長鋼筋間距150mm,應(yīng)力集中區(qū)域增加抗裂鋼筋,抗裂鋼筋間距也為 150 mm )。頂板上覆土 1.5米厚 , 且建筑外防水采用剛性防水方案的同時(shí),加強(qiáng)外圍建筑柔性防水。地下室部分采用收縮小的水泥,減少水泥用量,混凝土中加入適宜的高性能膨脹劑。同時(shí)也通過施工措施來大幅度減少溫差, 使溫差變化及收縮盡量緩慢 ,以發(fā)揮混凝土應(yīng)力松馳效應(yīng)。施工過程中采用分塊“跳倉法”施工方法,利用后澆帶把地下室分成若干塊施工。后澆帶寬800mm。后澆帶用微膨脹混凝土, 混凝土強(qiáng)度等級(jí)比所在層高一級(jí)。施工后加強(qiáng)養(yǎng)護(hù),樓板滿鋪麻袋養(yǎng)護(hù),澆水至飽和狀態(tài),面鋪塑料薄膜,至少保持薄膜凝結(jié)水15d 以上。保溫覆蓋層的拆除應(yīng)分層逐步拆除等。

結(jié)束語

由于地下室的位置比較特殊，所以對(duì)于它的設(shè)計(jì)就必須考慮更加周到。因此無論是從技術(shù)還是從經(jīng)濟(jì)的角度講都需要我們更深人地研究大面積地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)問題，提高設(shè)計(jì)水平。這樣人們的各種需求都才能得到滿足，才能跟上時(shí)代發(fā)展的步伐。

參考文獻(xiàn)

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