關于建筑地下室結構設計的探討

奚超

【摘要】地下室的結構設計是一個綜合性很強問題，涉及到的內容繁多而復雜，有些問題至今尚未得到很好的解決，如地基與基礎的相互作用問題、上部結構剛度對地基基礎的影響等等。現(xiàn)代高層建筑由于地下工程龐大，建設工程在地下的投資已經(jīng)接近甚至超過了地上，因此無論是從技術還是從經(jīng)濟的角度講都需要我們更深入地研究地下室結構設計的技術問題，提高地下室結構設計的水平，真正做到技術與經(jīng)濟同步、安全與適用協(xié)調。

【關鍵詞】建筑；地下室；結構設計；探討

1.建筑工程地下室結構設計的內容

1.1 結構平面設計。在高層建筑的地下室結構設計時，需綜合考慮防火、使用功能、人防要求、設備用房及管道、坑道、排水、通風、采光等各專業(yè)的配合。例如地下室的長度超過設計規(guī)定長度時，需要與結構專業(yè)配合，確定是否設置變形縫，通常應盡可能少設或不設變形縫，因為設置變形縫會使得變形縫處的防水處理變得復雜。設計人員可以通過設置后澆帶和合理使用混凝外加劑或地上設縫、地下不設縫等方式，達到不設縫的目的。若地下室過長依靠設置后澆帶的方法難以解決，設計人員應合理地調整平面將地下室分割成幾個小地下室，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，便于補救。在結構設計時應合理地設置采光通風井，若高層建筑采光通風井位置設計不當，例如在側壁外作附加通長采光井，而采光井外壁又不能與地下室頂板整體連接，會造成地下室保證結構穩(wěn)定功能的喪失，不能有效地將上部的地震及風力作用傳至側壁及地面，不能滿足高層建筑的埋深要求。

1.2 抗震設計。根據(jù)施工圖審查要點，一般來講，對于半地下室的埋深要求應大于地下室外地面以上的高度，才能不計算其層數(shù)，總高度才能從室外地面算起。地下室的墻柱與上部結構的墻柱應協(xié)調統(tǒng)一。對地下室頂板室內外板面標高變化處，當標高變化超過梁高范圍時則形成錯層，應采取一定的措施進行處理，否則不應作為上部結構的部位。相關規(guī)范明確規(guī)定，作為上部結構部位的地下室樓層的頂樓，蓋應采用梁板結構，地下室頂板為無梁樓蓋時不應作為上部結構的部位。結構計算應向下計算至滿足要求的地下室樓層或底板，但剪力墻底部加強區(qū)層數(shù)應從地面往上計算，并應包括地下層。

1.3 合理的防水設計。由于地下水的存在，故地下室防水設計是一項十分重要的工作，甚至是決定地下室設計成敗的關鍵。在防水設計時應根據(jù)工程的性質、使用要求、重要性等合理確定防水等級，根據(jù)防水等級確定防水層數(shù)。無論防水等級為幾級，地下室混凝土都應為結構自防水混凝土，防水混凝土的抗?jié)B等級應根據(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，故一般應做卷材防水，防水卷材在選用時應考慮到地下室環(huán)境惡劣、無法更換的特點，盡量選用耐久性好的卷材。

1.4 地下室抗浮、抗?jié)B設計。地下水位及其變幅是地下室抗浮設計的重要依據(jù)。實際在地下室抗浮設計時僅考慮正常使用的極限狀態(tài)，而對施工過程和洪水期重視不足，因而會造成地下室施工過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有建筑，此類抗浮問題相對難以處理，須作細致分析后再進行處理。地下室結構設計除應滿足受力要求外，抗?jié)B也是其中一個重點。由于鋼筋混凝土結構通常帶裂縫工作，要達到抗?jié)B目的，一般可采取以下措施：一是補償收縮混凝土。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。當其差值大于或等于混凝土的極限拉伸時，即可控制裂縫；二是膨脹帶?；炷林信蛎泟┑呐蛎涀冃尾粫耆a償混凝土的早期收縮變形，而設置補償收縮混凝土帶可以實現(xiàn)混凝士連續(xù)澆注無縫施工；三是后澆帶。后澆帶作為混凝土早期短時期釋放約束力的一種技術措施，較長久性變形縫已有很大的改進并廣泛應用。

1.5 預應力無梁樓蓋設計

無梁樓蓋的設計一般需要采用彈性理論的計算方法，也就是等代平面框架法，這種方法就是將整個結構按照橫縱柱的方向列為框架梁以及框架柱，然后通過框架梁的寬度進行有效的取值。在進行空間分析的過程對水平荷載下等代框架運算時，只考慮結構的平移，不需要對扭轉進行考慮。對于肋梁，肋梁的劃分不能過粗，也不能過細，要充分考慮到肋梁所在位置以及它需要承受的預應力，其次對負彎矩進行調幅時，應綜合考慮到在垂直荷載下空間框架對柱上板的影響，在垂直荷載滿足條件的基礎之上，要適當?shù)脑黾诱{幅系數(shù)。對于柱上板帶支座截面的配筋，應該與它的彎矩分布一直，在設計的過程中要在柱寬以及每邊大約1M厚的范圍之內進行集中配置，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.人防地下室的結構設計問題

地下室根據(jù)其使用要求通常會分為人防區(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一般以五、六級居多。

2.1 人防構件的最小截面尺寸取值問題

當頂部有覆土時，可以將覆土的厚度折算成相應的混凝土厚度來計算頂板的防護厚度，當頂部沒有覆土時，也可以考慮建筑面層的防護作用；對于人防墻、密閉門門框墻，當其防護厚度不足時，則應增加墻厚或按規(guī)范要求采取相應的加強防護措施。確定人防構件的截面尺寸除考慮上述兩個方面外，還應使人防構件在相應的人防荷載作用下具有規(guī)范所要求的允許延性比。

2.2 人防構件的荷載取值問題

防空地下室在核爆動荷載作用下的動力分析采用等效靜荷載法，人防構件的等效靜荷載標準值可按“規(guī)范”第4.7節(jié)取值。對于人防頂板，當為常6級且其上覆土厚度大于1.5m時或者為常5級且其上覆土厚度大于2.5m，頂板可不計入常規(guī)武器地面爆炸產(chǎn)生的等效靜荷載，僅采取構造要求即可。

2.3 人防底板的荷載控制問題

人防地下室位于主體結構部分時，人防底板一般是平時荷載起控制作用。人防地下室位于純地下室部分時，當僅有一層地下室且頂部覆土教薄時，人防底板一般是戰(zhàn)時荷載起控制作用，當有兩層或兩層以上的地下室且頂部有覆土時，人防底板一般是平時荷載起控制作用。

3.結束語

隨著城市化的推進以及城市經(jīng)濟的發(fā)展，現(xiàn)代高層建筑由于技術、經(jīng)濟、使用等各方面的因素，一般都設有大底盤地下室，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。人們對地下空間需求的不斷增長，致使裙房的底盤面積在增加。地下工程在整個建設項目中所占的比重越來越大。由于地下工程材料消耗大、建造周期長、施工難度大，因此結構設計的好壞將會對整個項目的設計周期、施工工期以及建造費用產(chǎn)生巨大的影響。另外，地下室結構的設計比較復雜，也容易出現(xiàn)質量問題，因而對設計和施工有一定的特殊要求。總之，一個安全、適用、合理的地下室，合理的設計是前提，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發(fā)利用地下空間。

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