高層民用建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

古 俊 東

(深圳市北林苑景觀及建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 深圳 518000)

高層民用建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

古 俊 東

(深圳市北林苑景觀及建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 深圳 518000)

介紹了地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)，從荷載、頂板、外墻等方面，分析了高層民用建筑地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并就抗浮、抗?jié)B及控制的相關(guān)措施進(jìn)行了闡述，對類似工程有一定的參考價(jià)值。

民用建筑，地下室，結(jié)構(gòu)，頂板，外墻

在高層民用建筑地下室設(shè)置汽車停車位、地下消防水池和設(shè)備用房等，可以完全發(fā)揮好地下室的功用，同時(shí)經(jīng)過設(shè)置基礎(chǔ)埋深的相關(guān)要求，也可以將其中的停車場建成戰(zhàn)爭時(shí)代所用的人防地下室。所以，在對高層民用建筑地下室結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)這一問題的研究與分析是極為重要的，本文就地下室在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中遇見的幾個(gè)常見問題進(jìn)行簡要探究。

1 地下室構(gòu)造設(shè)計(jì)難點(diǎn)

地下室設(shè)計(jì)工程牽涉到錯(cuò)綜復(fù)雜的專業(yè)：使用功能、防火、設(shè)備用房及管道、人防要求、排水、抗道、通風(fēng)、采光等等，在設(shè)計(jì)建筑地下室結(jié)構(gòu)時(shí)需要進(jìn)行綜合考慮以上這些專業(yè)的配合。在具備大底盤地下室的高層建筑群體中，抗浮問題雖一般不存在于使用階段的塔樓部分，但卻常會(huì)出現(xiàn)在裙房及純地下室部分。而且往往對施工過程和洪水期注重較少，是由于在實(shí)際設(shè)計(jì)地下室抗浮問題上一般只會(huì)考慮正常使用極限狀態(tài)，這也會(huì)因?yàn)榭垢〔粔驅(qū)е率┕み^程中出現(xiàn)部分破壞；另外，地下室防水工程是一項(xiàng)關(guān)于設(shè)計(jì)、施工、選材等多項(xiàng)原因的系統(tǒng)性工程，從而使得地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)眾多難點(diǎn)。

2 對高層民用建筑地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析

高層建筑地下室結(jié)構(gòu)主要是由頂板、外墻、底板、荷載和出入口坡道等組成，對其設(shè)計(jì)也是從這幾方面入手，戰(zhàn)時(shí)用的人防地下室還需要對人防口部進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1 荷載

基于人防因素的核爆動(dòng)荷載、水和土的壓力、上部建筑和地下室的自重等等，以上這些都屬于地下室結(jié)構(gòu)荷載。根據(jù)地下室不同部位應(yīng)考慮的荷載組合給出了相關(guān)規(guī)范，依照這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，按照荷載的組合規(guī)范，對高層民用建筑地下室的每個(gè)部分參與結(jié)合的荷載主要有以下幾個(gè)方面：

1)頂板：也就是頂板靜荷載和核爆動(dòng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值。

2)側(cè)墻：橫向是水和土所承受的壓力、水平動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值(核爆動(dòng)荷載所生成)；豎向是核爆動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值、靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值(頂板所輸送)，僅關(guān)于局部剪力墻部位的上部建筑物自主標(biāo)準(zhǔn)值。

3)內(nèi)承重墻(柱)：上部建筑物和內(nèi)承重墻自重標(biāo)準(zhǔn)值，頂板核爆動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值、靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值。應(yīng)由大荷載作為控制，對比平時(shí)各樓層的活荷載標(biāo)準(zhǔn)值與戰(zhàn)時(shí)所增加的頂板核爆動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值之和。

4)基礎(chǔ)：上部建筑物和地下室墻身各自的自重標(biāo)準(zhǔn)值，靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值(頂板傳輸)，核爆動(dòng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值(底板傳輸)。

2.2 頂板

在高層民用建筑的結(jié)構(gòu)上部，要想更好地使其得到約束，約束支座地下室頂板的剛度則要大。通常來說，地下室頂板的厚度不能小于160 mm，盡量不要太薄。而如果是人防地下室頂板厚度，則在人防要求上滿足一定的標(biāo)準(zhǔn)。

在進(jìn)行高層民用建筑地下室結(jié)構(gòu)上部的嵌固端的時(shí)候，需要在混凝土強(qiáng)度等級(jí)、樓板厚度、樓層側(cè)向剛度和板配筋率等作具體的要求，這是依照GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行的，且按規(guī)定在地下室層數(shù)方面不宜少于兩層，規(guī)范還規(guī)定了在地下室樓層的頂樓蓋上需要使用梁板結(jié)構(gòu)。因此，高層民用建筑地下室層數(shù)或總層數(shù)、地下及基礎(chǔ)埋深受以上因素的影響。在對地下室頂板或樓層的結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，應(yīng)往下算至符合嵌固端的要求，剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)則需要由地面往上計(jì)算層數(shù)，同時(shí)應(yīng)將地下層包含在內(nèi)。

2.3 外墻

在對彎矩進(jìn)行調(diào)幅時(shí)，使其成為固定支座的底部，也就是外墻的嵌固端的底板，同時(shí)還應(yīng)考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)、有多層地下室的因素，對其應(yīng)按多跨連續(xù)進(jìn)行計(jì)算，這以上幾個(gè)因素在對地下室外墻計(jì)算也是需要考慮的；此外，對底板彎矩與相鄰的側(cè)壁底部彎矩也需要使其大小相等。地板的厚度和筋配量應(yīng)匹配，同時(shí)其抗彎能力應(yīng)不小于側(cè)壁，最典型的是在地下車道中出現(xiàn)該類問題。在車道側(cè)壁中，應(yīng)使用懸臂的構(gòu)建形式，而且其側(cè)壁底部應(yīng)高于底板的抗彎能力。在類似樓梯間等地面層的開洞位置，由于外墻頂部的可支撐樓板不夠，因此實(shí)際上是需要將計(jì)算模型和配筋構(gòu)造等因素包含在內(nèi)的；一旦地下室外墻與車道緊緊相靠的時(shí)候，在外墻中部的位置，也就是車道的底板上，將會(huì)作用于外墻承受的水平集中力，這方面是應(yīng)當(dāng)格外注意的。由于上述兩種情況中出現(xiàn)不同的外墻支承條件，這就使得在計(jì)算與設(shè)計(jì)上應(yīng)與一般外墻不同。當(dāng)頂板的高標(biāo)不同時(shí)，對于外墻上部支座水平力的傳遞問題則應(yīng)提高警惕。

以雙向板計(jì)算配筋，是在出現(xiàn)外墻扶壁柱截面尺寸較大之時(shí)或垂直于外墻方向有鋼筋混凝土內(nèi)隔墻相連接的外墻板塊的情況下，除此之外其余外墻則應(yīng)按豎向單板計(jì)算配筋。對于以下方面則要予以適當(dāng)加強(qiáng)：一是針對外墻掛壁內(nèi)外側(cè)的主筋，也就是外墻的轉(zhuǎn)角位置，由于豎向荷載比較小，但外墻的水平分布筋需要利用扶壁柱的截面尺寸，還需要使配外側(cè)附加短水平負(fù)筋進(jìn)行加強(qiáng)，計(jì)算好地下室外墻的裂縫寬度，并使這一寬度不大于0.2 mm，且不得貫通。

2.4 底板

在滿足跟外墻一樣的受力要求的同時(shí)，底板還需要在高層民用建筑地下室防水、抗?jié)B方面進(jìn)行滿足。因而，通常來說地下室底板厚度大小一般在40 cm～60 cm之間，并采取0.25%的配筋率。這在實(shí)際上，對于地下室底板的標(biāo)高變化應(yīng) 設(shè)置梁，而且底板的厚度應(yīng)大于寬度，對板的支座彎矩進(jìn)行傳遞到梁所要的抗扭鋼筋進(jìn)行科學(xué)計(jì)算。

2.5 對于抗浮、抗?jié)B及控制的相關(guān)措施

在高層民用建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，南方地區(qū)的地下水位一般比較高，應(yīng)對抗浮計(jì)算需要注意地下室部分和地面樓層不多的情況，如果需要采用樁基，則應(yīng)計(jì)算樁的抗拔承載力。對于板和覆土的自重，需要有利于地下室的結(jié)構(gòu)，且荷載分項(xiàng)系數(shù)根據(jù)(荷載規(guī)范)計(jì)算強(qiáng)度時(shí)應(yīng)取1.0；而荷載分項(xiàng)系數(shù)在計(jì)算抗浮時(shí)應(yīng)取0.9。地下室抗浮設(shè)計(jì)將抗浮實(shí)際設(shè)計(jì)地下水位及其變幅作為重要依據(jù)，通常沒有加強(qiáng)對施工過程和洪水期的重視，只考慮正常使用極限狀態(tài)，這就使得由于抗浮不夠在施工過程中出現(xiàn)局部破壞。在現(xiàn)實(shí)情況中，多棟高層和低層建筑常建于統(tǒng)一整體大面積地下室，局部地下室上方可能出現(xiàn)無建筑的情況，而在抗浮問題上對于形狀不一、面積較大的地下室處理起來并不簡單，需要進(jìn)行具體的分析。

除了滿足受力要求，抗?jié)B也是地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一大重點(diǎn)。為了達(dá)到抗?jié)B效果，常帶裂縫工作的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一般采取的措施有：

一是補(bǔ)償收縮混凝土，即將UEA,HEA等微膨脹劑摻入混凝土中，并使混凝土膨脹值與其最終收縮值進(jìn)行抵消；為控制裂縫，則需要在其差值出現(xiàn)不小于混凝土的極限拉伸的情況下便可進(jìn)行。

二是使用膨脹帶，一般而言，混凝土變形是由于其早期收縮的變形得不到完全的補(bǔ)償，所以在為混凝土實(shí)現(xiàn)連續(xù)澆筑無縫施工時(shí)，應(yīng)對混凝土帶進(jìn)行補(bǔ)償收縮的設(shè)置，這需要在工程實(shí)踐一般在超過60 m的情況下實(shí)施。

三是使用后澆帶，在早期短時(shí)期混凝土釋放約束力時(shí)，后澆帶是一種技術(shù)措施，而不斷改進(jìn)的較長久性變形縫已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。

四是提高對鋼筋混凝土的抗拉能力。增加考慮混凝土相關(guān)的抗變形鋼筋，例如為強(qiáng)化混凝土面層而增加側(cè)壁的水平溫度筋；為減弱受底板和頂板約束所造成的側(cè)壁混凝土脹縮一致而設(shè)一道水平暗梁抵抗拉力于墻體中部。另外，對混凝土的養(yǎng)護(hù)也有一定的關(guān)注。

3 結(jié)語

高層民用建筑地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這一過程相當(dāng)復(fù)雜，建筑物的正常使用和工程造價(jià)直接受到高層建筑上部荷載是否夠大、基礎(chǔ)埋深是否夠深、地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理等等這些方面影響。因此，不但要在設(shè)計(jì)階段滿足功能需求，使其安全可靠、經(jīng)濟(jì)科學(xué)，還要為確保正常使用而滿足地下室結(jié)構(gòu)抗?jié)B這一特殊要求。

[1] GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB 50009—2001，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

On analysis of basement structural design of high-rise civil buildings

Gu Jundong

(ShenzhenBeilinyuanLandscapeandArchitecturalPlanning,DesignandResearchInstitute,Shenzhen518000,China)

The paper introduces the design difficulties in the basement structure, analyzes the design points for the basement structure of the high-rise civil building from the loading, roof panel and exterior walls, and illustrates the related measures for the anti-floating, anti-seepage, and control, so as to provide some reference for similar projects.

civil building, basement, structure, roof panel, exterior wall

1009-6825(2017)21-0041-02

2017-05-17

古俊東(1990- )，男，助理工程師

TU312

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