關(guān)于建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討

奚超

【摘要】地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合性很強(qiáng)問(wèn)題，涉及到的內(nèi)容繁多而復(fù)雜，有些問(wèn)題至今尚未得到很好的解決，如地基與基礎(chǔ)的相互作用問(wèn)題、上部結(jié)構(gòu)剛度對(duì)地基基礎(chǔ)的影響等等。現(xiàn)代高層建筑由于地下工程龐大，建設(shè)工程在地下的投資已經(jīng)接近甚至超過(guò)了地上，因此無(wú)論是從技術(shù)還是從經(jīng)濟(jì)的角度講都需要我們更深入地研究地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)問(wèn)題，提高地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的水平，真正做到技術(shù)與經(jīng)濟(jì)同步、安全與適用協(xié)調(diào)。

【關(guān)鍵詞】建筑；地下室；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；探討

1.建筑工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容

1.1 結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)。在高層建筑的地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需綜合考慮防火、使用功能、人防要求、設(shè)備用房及管道、坑道、排水、通風(fēng)、采光等各專(zhuān)業(yè)的配合。例如地下室的長(zhǎng)度超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定長(zhǎng)度時(shí)，需要與結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)配合，確定是否設(shè)置變形縫，通常應(yīng)盡可能少設(shè)或不設(shè)變形縫，因?yàn)樵O(shè)置變形縫會(huì)使得變形縫處的防水處理變得復(fù)雜。設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)設(shè)置后澆帶和合理使用混凝外加劑或地上設(shè)縫、地下不設(shè)縫等方式，達(dá)到不設(shè)縫的目的。若地下室過(guò)長(zhǎng)依靠設(shè)置后澆帶的方法難以解決，設(shè)計(jì)人員應(yīng)合理地調(diào)整平面將地下室分割成幾個(gè)小地下室，中間用較窄的通道相連，以滿足使用及管道相連的要求，而將變形縫設(shè)置在通道處，這樣可以使接縫較少且處于受力較小處，便于補(bǔ)救。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理地設(shè)置采光通風(fēng)井，若高層建筑采光通風(fēng)井位置設(shè)計(jì)不當(dāng)，例如在側(cè)壁外作附加通長(zhǎng)采光井，而采光井外壁又不能與地下室頂板整體連接，會(huì)造成地下室保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定功能的喪失，不能有效地將上部的地震及風(fēng)力作用傳至側(cè)壁及地面，不能滿足高層建筑的埋深要求。

1.2 抗震設(shè)計(jì)。根據(jù)施工圖審查要點(diǎn)，一般來(lái)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(guò)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(wú)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。

1.3 合理的防水設(shè)計(jì)。由于地下水的存在，故地下室防水設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分重要的工作，甚至是決定地下室設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。在防水設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)工程的性質(zhì)、使用要求、重要性等合理確定防水等級(jí)，根據(jù)防水等級(jí)確定防水層數(shù)。無(wú)論防水等級(jí)為幾級(jí)，地下室混凝土都應(yīng)為結(jié)構(gòu)自防水混凝土，防水混凝土的抗?jié)B等級(jí)應(yīng)根據(jù)水頭高度與混凝土壁厚度比確定，不得人為自行降低。根據(jù)防水等級(jí)要求，建筑地下室僅一道防水混凝土是不能滿足要求的，故一般應(yīng)做卷材防水，防水卷材在選用時(shí)應(yīng)考慮到地下室環(huán)境惡劣、無(wú)法更換的特點(diǎn)，盡量選用耐久性好的卷材。

1.4 地下室抗浮、抗?jié)B設(shè)計(jì)。地下水位及其變幅是地下室抗浮設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。實(shí)際在地下室抗浮設(shè)計(jì)時(shí)僅考慮正常使用的極限狀態(tài)，而對(duì)施工過(guò)程和洪水期重視不足，因而會(huì)造成地下室施工過(guò)程中因抗浮不夠而出現(xiàn)局部破壞。另外，在同一整體大面積地下室的上部常建有多棟高層和低層建筑，由于地下室的面積較大、形狀又不規(guī)則，且地下室上方的局部沒(méi)有建筑，此類(lèi)抗浮問(wèn)題相對(duì)難以處理，須作細(xì)致分析后再進(jìn)行處理。地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除應(yīng)滿足受力要求外，抗?jié)B也是其中一個(gè)重點(diǎn)。由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)通常帶裂縫工作，要達(dá)到抗?jié)B目的，一般可采取以下措施：一是補(bǔ)償收縮混凝土。在混凝土中摻微膨脹劑，以混凝土的膨脹值抵消混凝土的最終收縮值。當(dāng)其差值大于或等于混凝土的極限拉伸時(shí)，即可控制裂縫；二是膨脹帶。混凝土中膨脹劑的膨脹變形不會(huì)完全補(bǔ)償混凝土的早期收縮變形，而設(shè)置補(bǔ)償收縮混凝土帶可以實(shí)現(xiàn)混凝士連續(xù)澆注無(wú)縫施工；三是后澆帶。后澆帶作為混凝土早期短時(shí)期釋放約束力的一種技術(shù)措施，較長(zhǎng)久性變形縫已有很大的改進(jìn)并廣泛應(yīng)用。

1.5 預(yù)應(yīng)力無(wú)梁樓蓋設(shè)計(jì)

無(wú)梁樓蓋的設(shè)計(jì)一般需要采用彈性理論的計(jì)算方法，也就是等代平面框架法，這種方法就是將整個(gè)結(jié)構(gòu)按照橫縱柱的方向列為框架梁以及框架柱，然后通過(guò)框架梁的寬度進(jìn)行有效的取值。在進(jìn)行空間分析的過(guò)程對(duì)水平荷載下等代框架運(yùn)算時(shí)，只考慮結(jié)構(gòu)的平移，不需要對(duì)扭轉(zhuǎn)進(jìn)行考慮。對(duì)于肋梁，肋梁的劃分不能過(guò)粗，也不能過(guò)細(xì)，要充分考慮到肋梁所在位置以及它需要承受的預(yù)應(yīng)力，其次對(duì)負(fù)彎矩進(jìn)行調(diào)幅時(shí)，應(yīng)綜合考慮到在垂直荷載下空間框架對(duì)柱上板的影響，在垂直荷載滿足條件的基礎(chǔ)之上，要適當(dāng)?shù)脑黾诱{(diào)幅系數(shù)。對(duì)于柱上板帶支座截面的配筋，應(yīng)該與它的彎矩分布一直，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中要在柱寬以及每邊大約1M厚的范圍之內(nèi)進(jìn)行集中配置，它的配筋量也不得少于柱上板帶配筋總量的一半，非幾種配筋區(qū)域的配筋率也不得少于附近的跨中板帶。

2.人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題

地下室根據(jù)其使用要求通常會(huì)分為人防區(qū)和非人防區(qū)兩部分，普通民用建筑的防空地下室人防等級(jí)一般以五、六級(jí)居多。

2.1 人防構(gòu)件的最小截面尺寸取值問(wèn)題

當(dāng)頂部有覆土?xí)r，可以將覆土的厚度折算成相應(yīng)的混凝土厚度來(lái)計(jì)算頂板的防護(hù)厚度，當(dāng)頂部沒(méi)有覆土?xí)r，也可以考慮建筑面層的防護(hù)作用；對(duì)于人防墻、密閉門(mén)門(mén)框墻，當(dāng)其防護(hù)厚度不足時(shí)，則應(yīng)增加墻厚或按規(guī)范要求采取相應(yīng)的加強(qiáng)防護(hù)措施。確定人防構(gòu)件的截面尺寸除考慮上述兩個(gè)方面外，還應(yīng)使人防構(gòu)件在相應(yīng)的人防荷載作用下具有規(guī)范所要求的允許延性比。

2.2 人防構(gòu)件的荷載取值問(wèn)題

防空地下室在核爆動(dòng)荷載作用下的動(dòng)力分析采用等效靜荷載法，人防構(gòu)件的等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值可按“規(guī)范”第4.7節(jié)取值。對(duì)于人防頂板，當(dāng)為常6級(jí)且其上覆土厚度大于1.5m時(shí)或者為常5級(jí)且其上覆土厚度大于2.5m，頂板可不計(jì)入常規(guī)武器地面爆炸產(chǎn)生的等效靜荷載，僅采取構(gòu)造要求即可。

2.3 人防底板的荷載控制問(wèn)題

人防地下室位于主體結(jié)構(gòu)部分時(shí)，人防底板一般是平時(shí)荷載起控制作用。人防地下室位于純地下室部分時(shí)，當(dāng)僅有一層地下室且頂部覆土教薄時(shí)，人防底板一般是戰(zhàn)時(shí)荷載起控制作用，當(dāng)有兩層或兩層以上的地下室且頂部有覆土?xí)r，人防底板一般是平時(shí)荷載起控制作用。

3.結(jié)束語(yǔ)

隨著城市化的推進(jìn)以及城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)代高層建筑由于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、使用等各方面的因素，一般都設(shè)有大底盤(pán)地下室，通常為l～2層，隨著建筑物高度的不斷增加。地下室的層數(shù)也隨之增加。人們對(duì)地下空間需求的不斷增長(zhǎng)，致使裙房的底盤(pán)面積在增加。地下工程在整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目中所占的比重越來(lái)越大。由于地下工程材料消耗大、建造周期長(zhǎng)、施工難度大，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞將會(huì)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)周期、施工工期以及建造費(fèi)用產(chǎn)生巨大的影響。另外，地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，也容易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，因而對(duì)設(shè)計(jì)和施工有一定的特殊要求。總之，一個(gè)安全、適用、合理的地下室，合理的設(shè)計(jì)是前提，并在參建各方的通力合作下，不斷探索和創(chuàng)新，只有這樣，才能更加合理有效地開(kāi)發(fā)利用地下空間。

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