某項(xiàng)目地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

根據(jù)工程實(shí)際案例，從地下室的基礎(chǔ)選型、抗浮設(shè)計(jì)、樓蓋結(jié)構(gòu)選型及超長(zhǎng)地下室無(wú)縫設(shè)計(jì)等方面出發(fā)，闡述了該項(xiàng)目地下室部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容。為了控制地下室層高和工程造價(jià)，通過(guò)不同地下室樓蓋結(jié)構(gòu)的選型對(duì)比分析，最終選用受力合理，造價(jià)經(jīng)濟(jì)的主梁大板樓蓋結(jié)構(gòu)，為類(lèi)似工程設(shè)計(jì)提供參考。

地基基礎(chǔ)； 抗浮設(shè)計(jì)； 樓蓋選型； 超長(zhǎng)無(wú)縫設(shè)計(jì)

TU93A

建筑論壇與建筑設(shè)計(jì)建筑論壇與建筑設(shè)計(jì)

［定稿日期］2023-06-18

［作者簡(jiǎn)介］鄧瑋玲（1994—），女，本科，工程師，研究方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

0" 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)于住房的要求越來(lái)越高，相應(yīng)的住宅項(xiàng)目都應(yīng)配套足夠的地下車(chē)庫(kù)建設(shè)。但對(duì)于住宅項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，地下空間的開(kāi)發(fā)成本高、收益低、資金占用較多且資金回收周期長(zhǎng)。對(duì)于土地價(jià)格相對(duì)便宜的三四線城市，地下空間的利用價(jià)值不高。在地下室規(guī)模及平面尺寸確定的前提下，地下室層高與埋深的確定對(duì)地下室的整體造價(jià)影響較大［1］。

地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，往往還存在基礎(chǔ)選型、抗浮設(shè)計(jì)及超長(zhǎng)地下室的無(wú)縫設(shè)計(jì)等技術(shù)難點(diǎn)，這些技術(shù)問(wèn)題如何解決，往往與地下室的建筑使用功能要求及項(xiàng)目的整體投資造價(jià)有直接關(guān)系。本文針對(duì)某小區(qū)地下室工程實(shí)際案例，從地下室的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)選型、抗浮技術(shù)措施的選擇、樓蓋結(jié)構(gòu)的選型及超長(zhǎng)地下室無(wú)縫設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行具體分析，選擇了合理的結(jié)構(gòu)方案，可供設(shè)計(jì)人員或相關(guān)從業(yè)人員參考。

1" 工程概況

湘潭芙蓉春曉住宅小區(qū)（圖1）是由浙江省交通投資集團(tuán)有限公司投資開(kāi)發(fā)建設(shè)，項(xiàng)目位于湘潭市九華經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)，項(xiàng)目北側(cè)為湘潭理工學(xué)院，南側(cè)為滬昆高鐵線路，東側(cè)與湘潭保利時(shí)代住宅小區(qū)接壤。項(xiàng)目總建筑面積約為70.9萬(wàn)m2，其中一期東區(qū)建筑面積為14.5萬(wàn)m2，包括8棟26～33層的高層住宅樓及一層地下室，地下建筑面積約為2.19萬(wàn)m2，平面尺寸約為176.0 m×135.0 m，地下室西側(cè)與該項(xiàng)目一期西區(qū)地下室整體銜接，南側(cè)采用連通口與后期地下室銜接，如圖2所示。

2" 設(shè)計(jì)條件及參數(shù)

本工程設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期及設(shè)計(jì)工作年限為50年，抗震設(shè)防類(lèi)別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類(lèi)，抗震設(shè)防烈度6度，峰值加速度0.05g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，工程場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，特征周期為0.35 s［2］；所在區(qū)域基本風(fēng)壓w0=0.35 kN/m2，地面粗糙度類(lèi)別為B類(lèi)，基本雪壓s0=0.45 kN/m2。本工程高層住宅樓采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系，剪力墻抗震等級(jí)三級(jí)，純地下室部分采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，框架抗震等級(jí)四級(jí)，其中主樓周邊3跨且不小于20 m范圍內(nèi)框架抗震等級(jí)為三級(jí)。地下室層高為3.6 m，頂板平均覆土厚度為1.2 m。本工程地下室所有構(gòu)件混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35（其中基礎(chǔ)、底板、外墻及底板混凝土抗?jié)B等級(jí)為P6），除梁縱筋為22 mm、25 mm的鋼筋采用HRB500級(jí)外，其余鋼筋均采用HRB400級(jí)。

3" 地基基礎(chǔ)及抗浮設(shè)計(jì)

3.1" 工程地質(zhì)條件

根據(jù)地勘報(bào)告［3］，場(chǎng)地范圍內(nèi)未見(jiàn)泥石流、山洪、滑坡、崩塌、塌陷、巖溶等影響場(chǎng)地穩(wěn)定性的不良地質(zhì)現(xiàn)象。場(chǎng)地內(nèi)無(wú)飽和砂及粉土，可不考慮飽和砂（粉）土液化問(wèn)題。場(chǎng)地內(nèi)無(wú)軟土，可不考慮軟土震陷的影響。場(chǎng)地下伏基巖為泥質(zhì)粉砂巖，經(jīng)鉆探揭露，強(qiáng)風(fēng)化、中等風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖的分界線不明顯，巖層中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的構(gòu)造活動(dòng)跡象，場(chǎng)地大部分巖石較完整，僅見(jiàn)少量閉合性裂隙；局部裂隙較發(fā)育，巖石較破碎，局部泥質(zhì)成分較高，層位穩(wěn)定。擬建場(chǎng)地整體上是基本穩(wěn)定的，作為擬建場(chǎng)地是適宜的。

本工程底板頂由南向北高程為55.85～56.35 m，場(chǎng)地原始地貌為湘江河流沖積階地，組成場(chǎng)地地層自上而下依次為人工或機(jī)械新近填積的雜填土、殘積而成的粉質(zhì)黏土、下伏基巖強(qiáng)風(fēng)化、中等風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，主要地質(zhì)參數(shù)如表1所示。

建筑論壇與建筑設(shè)計(jì)鄧瑋玲： 某項(xiàng)目地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

場(chǎng)地水位南高北低，考慮到場(chǎng)地較大，地下室抗浮設(shè)計(jì)水位自南向北按水力梯度58.50～57.00 m進(jìn)行取值，抗浮水頭為2.0～3.5 m，地下室抗浮工程設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)。

3.2" 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

本工程除局部位置填土較厚外，其余區(qū)域填土厚度較小，故純地下室部分采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，主樓采用平板式筏形基礎(chǔ)。持力層跨越不同的地質(zhì)單元，以強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖或中等風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖作為持力層。

經(jīng)沉降計(jì)算分析，主樓整體沉降變形約為10 mm，主樓鄰近地下室沉降變形約為7 mm，其余位置最大沉降約為1.5 mm，地下室與主樓沉降差為（7-1.5）/5000=0.0011＜0.002，滿足文獻(xiàn)［4］規(guī)定的沉降差要求，故本工程部分純地下室柱與主樓間之間未再設(shè)置沉降后澆帶。

3.3" 抗浮設(shè)計(jì)

根據(jù)地勘報(bào)告建議，結(jié)合周邊場(chǎng)地標(biāo)高情況，本工程地下室抗浮設(shè)計(jì)水頭為2.0～3.5 m。地下室頂板覆土為1.2 m，考慮建筑防水構(gòu)造層荷載，大部分地下室區(qū)域滿足整體抗浮要求。對(duì)局部區(qū)域，整體抗浮采用壓重法不能滿足要求時(shí)，設(shè)計(jì)采用預(yù)應(yīng)力抗浮錨桿確保地下室結(jié)構(gòu)的抗浮穩(wěn)定性。錨桿直徑為180 mm，計(jì)算孔深為12 m，錨桿設(shè)計(jì)拉力為180 kN，錨桿鎖定荷載為250 kN。錨桿均勻布置于柱、墻底周邊，合理選取錨桿剛度，通過(guò)模型整體計(jì)算，確保地下室的整體抗浮穩(wěn)定性要求。

施工期間地下室抗浮措施，設(shè)計(jì)要求地下工程施工期間地下水位應(yīng)降至坑底（含各類(lèi)電梯基坑、集水坑等）以下1.0 m，水位波動(dòng)浮度不應(yīng)大于0.5 m，并有足夠的排積水能力。待地下室頂板上的覆土和道路施工完成，場(chǎng)地排水系統(tǒng)已能正常排水，各主樓結(jié)構(gòu)施工至三層樓面標(biāo)高，方可完全停止降水。

4" 地下室樓蓋結(jié)構(gòu)選型分析

樓蓋結(jié)構(gòu)選型主要是確定梁板的布置方案，其占地下室結(jié)構(gòu)整體成本的比重較大，直接影響工程造價(jià)。綜合考慮土方工程及地下室工程造價(jià)，結(jié)合設(shè)備管網(wǎng)的布置，本工程地下室層高確定為3.6 m。為了確保地下室的的合理使用凈高，并考慮工程造價(jià)的因素，本工程選用了幾種常見(jiàn)的地下室樓蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析比較。

本工程地下室典型柱網(wǎng)為8.1 m×6.1 m的中柱網(wǎng)，地下室覆土為1.2 m，覆土容重按16～18 kN/m3考慮（抗浮計(jì)算取16 kN/m3，構(gòu)件承載力計(jì)算取18 kN/m3）。地下室頂板考慮55 t重型消防車(chē)荷載，按30 t消防車(chē)荷載的1.17倍取值，即23.4 kN/m2（雙向板跨不小于6 m×6 m）和40.95 kN/m2（單向板跨不小于2 m或雙向板跨不小于3 m×3 m）。

對(duì)于中柱網(wǎng)地下室頂板結(jié)構(gòu)樓蓋形式主要有：?jiǎn)蜗蚨檀瘟簶巧w、單向長(zhǎng)次梁樓蓋、十字梁樓蓋、艸字梁樓蓋、密肋梁樓蓋、無(wú)梁樓蓋、主梁大板樓蓋等［1，5］。

結(jié)合本工程實(shí)際情況，采用YJK盈建科結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件，對(duì)單向長(zhǎng)次梁樓蓋、十字梁樓蓋、密肋梁樓蓋、無(wú)梁樓蓋及主梁大板樓蓋等5種方案進(jìn)行計(jì)算分析比較，各樓蓋模型建?？鐢?shù)為5×5，荷載取值統(tǒng)一為：恒載為23 kN/m2（不含樓板自重），活載為5 kN/m2。各樓蓋計(jì)算材料用量如表2所示。

從表2可知，僅從結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)化指標(biāo)出發(fā)，鋼筋用量無(wú)梁樓蓋較優(yōu)，混凝土用量主梁大板樓蓋較優(yōu)。本工程純地下室部分層高為3.6 m，建筑要求凈高為2.2 m，考慮設(shè)備管線所占空間，梁高不能超過(guò)900 mm，則單向雙次梁、十字梁方案不能滿足地下室凈高要求。密肋梁及主梁大板方案的主框架梁為明梁，樓蓋抗沖切能性能更好。

綜上所述，考慮經(jīng)濟(jì)性和合理性要求，本工程地下室頂板采用主梁大板樓蓋方案。

地下室頂板按彈性板6考慮其實(shí)際的面內(nèi)外剛度。在計(jì)算中與彈性板相連的梁的中間節(jié)點(diǎn)考慮變形協(xié)調(diào)，由于板的面外彎矩平衡作用，梁實(shí)際承擔(dān)彎矩相對(duì)就會(huì)減?。?］。故考慮梁與彈性板的協(xié)調(diào)變形，豎向荷載作用下梁剛度放大系數(shù)取為1.0。結(jié)合梁、板協(xié)調(diào)變形應(yīng)力圖（圖3），頂板配筋不采用盈建科軟件傳統(tǒng)的板施工圖模塊中配筋計(jì)算結(jié)果，而采用有限元計(jì)算結(jié)果配筋，其中板頂筋配筋計(jì)算結(jié)果采用單元中心值，板底筋配筋計(jì)算結(jié)果采用單元最大值。

5" 超長(zhǎng)地下室分析及設(shè)計(jì)措施

本工程地下室底板和頂板平面尺寸為176.0 m×135.0 m，已超過(guò)文獻(xiàn)［7］規(guī)定的要求，屬于超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)。為保證結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，設(shè)計(jì)采用技術(shù)措施［8］：

（1）地下室考慮溫度應(yīng)力分析，考慮當(dāng)?shù)貧鉁貤l件，綜合考慮補(bǔ)償收縮混凝土的作用，溫度應(yīng)力分析時(shí)對(duì)地下室整體按溫度荷載T＝T1*＝±12 ℃考慮。地下室頂板考慮溫度應(yīng)力分析結(jié)果進(jìn)行配筋，局部區(qū)域溫度應(yīng)力較大時(shí)，采用設(shè)置附加鋼筋的形式。

（2）采用摻加纖維抗裂膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土，其中一般位置 8%，膨強(qiáng)加強(qiáng)帶及后澆帶內(nèi)12%。同時(shí)采用抗?jié)B等級(jí)為P6的防水混凝土。

（3）地下室全樓設(shè)置800 mm 寬溫度后澆帶和2 m寬膨

脹加強(qiáng)帶來(lái)解決施工期間的溫度影響，要求加強(qiáng)帶設(shè)置間距不大于45 m，后澆帶在主體結(jié)構(gòu)完工后60天后封閉，合攏溫度應(yīng)控制在20 ℃±5 ℃。

（4）保證梁頂至少兩根通長(zhǎng)鋼筋，腰筋采用14 mm，且按抗扭鋼筋在支座位置進(jìn)行錨固。

（5）控制混凝土內(nèi)部溫度與表面溫度的差值應(yīng)不大于25 ℃，要求混凝土澆筑后加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。

（6）混凝土采用低熱水泥，并要求嚴(yán)格控制混凝土的水膠比和坍落度。

6" 結(jié)束語(yǔ)

（1）地下水位較高時(shí)，一般地下室靠自重及覆土壓重能夠滿足整體抗浮穩(wěn)定性要求。但要注意局部位置抗浮穩(wěn)定性的問(wèn)題，可采用設(shè)置抗浮樁或抗浮錨桿來(lái)解決。

（2）地下室樓蓋結(jié)構(gòu)選型，應(yīng)結(jié)合建筑使用功能及設(shè)備管線鋪設(shè)，滿足地下室使用凈高的要求。先初步選擇可行的方案，通過(guò)軟件對(duì)典型柱距進(jìn)行計(jì)算分析，對(duì)各個(gè)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性及結(jié)構(gòu)優(yōu)劣勢(shì)分析，最終確定地下室樓蓋結(jié)構(gòu)方案。

（3）超長(zhǎng)無(wú)縫地下室，要注意控制地下室因溫度應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫。采用溫度后澆帶和膨脹加強(qiáng)帶分隔地下室施工，并嚴(yán)格控制合攏時(shí)間和溫度。采用補(bǔ)償收縮混凝土，嚴(yán)格控制混凝土的水膠比和坍落度，混凝土澆筑后加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。

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