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摘要：地下室结构的设计也比较复杂, 其中所涉及的技术问题繁多, 随着国民经济建设的发展，大片的城市住宅或商业建筑和高层、超高层建筑越来越多。为了满足建筑功能及基础埋深的需要，一般均设有一层或多层地下室，平时作为车库、设备用房或商业用途。本文主要研究钢筋混凝土结构地下室结构设计中主要的问题及相关的解决方法。
关键词：地下室；结构设计；问题；方法
中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：
1、引言
现代高层建筑由于技术经济等各方面的因素,一般都设有大底盘地下室, 通常为 1~ 4 层, 地下室面积约占整个建筑面积的 15% ~ 35% 左右。 根据资料显示，中央民族大学理科教学大楼地下室建筑面积占大楼总面积的 15.81% , 北京万达广场一期西区地下室则占 28 .05% , 北京利星行广场的地下室则占 32.12% 。随着人们对地下空间需求的不断增长, 地下工程在整个建设项目中所占的比重还会越来越大。由于地下工程材料消耗大、建造周期长、施工难度大, 结构设计的好坏将会对整个项目的设计周期、施工工期以及建造费用产生巨大的影响。
2、目前地下室结构设计存在的问题及解决方法
地下室结构的设计比较复杂, 其中所涉及的技术问题繁多, 主要有抗浮问题、不均匀沉降问题、结构超长问题、人防设计等等。
2.1抗浮问题
对于具有大底盘地下室的高层建筑群体而言, 塔楼部分一般在使用阶段不会存在抗浮问题, 但裙房及纯地下室部分经常会有抗浮不满足要求的问题,
2.1.1确定科学合理的抗浮设防水位
目前, 地质勘查单位提供的岩土工程勘查报告中对地下水水位提出了三个指标: 1) 拟建场地历史最高水位; 2)近 3年~5年最高水位; 3) 勘查时的实测静止地下水位。确定地下室抗浮设防水位时应根据设计规范中确定的原则:防水要求严格的地下室, 其设防水位可按历年最高地下水位; 对防水要求不严格的地下室其设防水位可参照近 3年~ 5年最高水位及勘查时的实测静止地下水位。
2.1.2在建筑允许的情况下, 尽可能提高基坑坑底的设计标高, 间接降低抗浮设防水位。具体措施有以下几种:
1) 采用平板式筏板基础。一般而言, 平板式筏板基础的重量与“低板位”梁板式筏板基础上填覆土的重量基本相当, 但后者的基础高度一般要比前者高。
2) 楼盖提倡使用宽扁梁或无梁楼盖。一般宽扁梁的截面高度为跨度的 1/16~ 1/22, 宽扁梁的使用将有效地降低地下结构的层高, 从而相对降低了抗浮设防水位。
2.1.3增加地下室的重量
增加地下室本身的重量有以下几方面的优点:1) 增加地下室的重量是解决地下室抗浮问题的一个直接有效的方法, 但這种方法还应该结合地基土的承载力而定, 不能顾此失彼; 2) 在对主体结构的地基承载力进行深度修正时, 增加地下室的重量可以提高主体结构的有效埋置深度, 从而提高了主体结构修正后的地基承载力特征值。
2.2不均匀沉降问题
不均匀沉降问题对于大底盘高层建筑群而言是一个必须面对而且必须得到很好解决的问题, 除非该建筑群直接坐落在坚硬的岩石地基上。主体结构采用桩基础这样即能保证主体结构具有较小的最终沉降量, 也不存在地基的承载能力问题, 而且可以避免设置沉降后浇带后所带来的一些问题。但此种方法造价较高, 一般适用于超高层建筑或地基条件较差的情况。主体结构部分采用整体基础, 裙房及地下室部分采用独立基础外加防水板这种处理方法充分发挥了各种不同基础形式的优点且造价低廉, 但施工工序复杂,目前在实际工程中使用较少。
2.3地下室结构超长问题
地下室结构超长问题表现在地下结构虽然受温度变化的影响较地上结构小, 但周边约束作用较强, 结构超长问题的重要性仍然不容忽视。
设置伸缩后浇带。地下结构一般在结构长度大于40 m ~ 60 m 时宜设置一道伸缩后浇带, 普通的伸缩后浇带宽度约为 800mm~ 1000 mm, 钢筋贯通不切断。对于平面尺寸特别长的地下结构, 设置钢筋断开的伸缩后浇带, 后浇带的宽度按钢筋搭接所需最小尺寸和必要的操作空间确定。
2.4人防地下室的结构设计问题
大底盘地下室根据其使用要求通常会分为人防区和非人防区两部分, 普通民用建筑的防空地下室人防等级一般以五、六级居多。按照平战结合的设计原则同时考虑结构的受力特点以及经济因素, 五级人防区大都设置在主体结构部分, 六级人防区大都设置在裙房或纯地下室部分, 并且人防区基本上都位于地下室最下一层; 人防地下室和非人防地下室相比, 由于增加了核爆动荷载以及对辐射等方面的要求, 使人防地下室在结构设计上与非人防地下室有较大区别, 主要体现在以下几个方面: 荷载及荷载组合、材料强度、内力计算和构造规定等。
2.4.1人防构件的最小截面尺寸取值问题
按照人防地下室设计规范规定, 人防顶板、承重内外墙、密闭门门框墙的结构最小厚度为 200mm, 同时还应满足人防地下室防早期核辐射所要求最小防护厚度。对于人防顶板,当顶部有覆土时, 可以将覆土的厚度折算成相应的混凝土厚度来计算顶板的防护厚度, 当顶部没有覆土时, 也可以考虑建筑面层的防护作用; 对于人防墙、密闭门门框墙, 当其防护厚度不足时,则应增加墙厚或按规范要求采取相应的加强防护措施。确定人防构件的截面尺寸除考虑上述两个方面外, 还应使人防构件在相应的人防荷载作用下具有规范所要求的允许延性比。
2.4.2人防构件的荷载取值问题
防空地下室在核爆动荷载作用下的动力分析采用等效静荷载法, 当人防构件的等效静荷载标准值按规范取值时, 应注意这些荷载的使用前提, 即: 构件的允许延性比和计算长度。对于人防顶板、底板, 当其覆土厚度大于 115 m 时, 其等效静荷载标准值可以适当减小。
2.4.3 人防底板的荷载控制问题
人防地下室位于主体结构部分时, 人防底板一般是平时荷载起控制作用; 人防地下室位于纯地下室部分时, 当仅有一层地下室且顶部有覆土时, 人防底板一般是战时荷载起控制作用, 当有两层或两层以上的地下室且顶部有覆土时, 人防底板一般是平时荷载起控制作用。
2.5计算措施
计算措施应结合以上相应方法, 在一定程度上准确确定不均匀沉降量, 具体措施有: 1) 计算主体结构的沉隆量时应考虑基础的补偿作用; 2) 考虑基坑开挖后基坑坑底的土反弹量。
3、结论
地下室作为整个建筑结构的重要组成部分，其决定着整个建筑结构是否具有稳固的基础，在一些高层建筑中，地下工程的造价甚至还比上部结构造价要高。而由于地下室的特殊位置，其结构设计是较复杂的设计问题，要考虑以及涉及的内容繁多，甚至对于一些关于地下室结构的设计问题目前还没得到思想一致，如基础与地基的相互作用、上部结构刚度对地基基础的影响程度等。鉴于地下室的复杂设计因素，这要求我们设计人员在进行地下室结构设计时应把握安全可靠、经济合理的协调原则，从技术以及经济方面去深入研究地下室结构的设计技术问题。
参考文献
[1]都军花，梁丽芳.建筑工程中地下室结构设计探讨[J].中国高新技术企业，2009，25（9）：179-180.
[2]文 华.论述地下室结构设计存在的问题[J].建材与装饰，2008，（6）：10-12.
[3]杨照夫.金马同盛大厦地下室结构设计分析[J].科技创新导报，2009，18（24）：28-29.
关键词：地下室；结构设计；问题；方法
中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：
1、引言
现代高层建筑由于技术经济等各方面的因素,一般都设有大底盘地下室, 通常为 1~ 4 层, 地下室面积约占整个建筑面积的 15% ~ 35% 左右。 根据资料显示，中央民族大学理科教学大楼地下室建筑面积占大楼总面积的 15.81% , 北京万达广场一期西区地下室则占 28 .05% , 北京利星行广场的地下室则占 32.12% 。随着人们对地下空间需求的不断增长, 地下工程在整个建设项目中所占的比重还会越来越大。由于地下工程材料消耗大、建造周期长、施工难度大, 结构设计的好坏将会对整个项目的设计周期、施工工期以及建造费用产生巨大的影响。
2、目前地下室结构设计存在的问题及解决方法
地下室结构的设计比较复杂, 其中所涉及的技术问题繁多, 主要有抗浮问题、不均匀沉降问题、结构超长问题、人防设计等等。
2.1抗浮问题
对于具有大底盘地下室的高层建筑群体而言, 塔楼部分一般在使用阶段不会存在抗浮问题, 但裙房及纯地下室部分经常会有抗浮不满足要求的问题,
2.1.1确定科学合理的抗浮设防水位
目前, 地质勘查单位提供的岩土工程勘查报告中对地下水水位提出了三个指标: 1) 拟建场地历史最高水位; 2)近 3年~5年最高水位; 3) 勘查时的实测静止地下水位。确定地下室抗浮设防水位时应根据设计规范中确定的原则:防水要求严格的地下室, 其设防水位可按历年最高地下水位; 对防水要求不严格的地下室其设防水位可参照近 3年~ 5年最高水位及勘查时的实测静止地下水位。
2.1.2在建筑允许的情况下, 尽可能提高基坑坑底的设计标高, 间接降低抗浮设防水位。具体措施有以下几种:
1) 采用平板式筏板基础。一般而言, 平板式筏板基础的重量与“低板位”梁板式筏板基础上填覆土的重量基本相当, 但后者的基础高度一般要比前者高。
2) 楼盖提倡使用宽扁梁或无梁楼盖。一般宽扁梁的截面高度为跨度的 1/16~ 1/22, 宽扁梁的使用将有效地降低地下结构的层高, 从而相对降低了抗浮设防水位。
2.1.3增加地下室的重量
增加地下室本身的重量有以下几方面的优点:1) 增加地下室的重量是解决地下室抗浮问题的一个直接有效的方法, 但這种方法还应该结合地基土的承载力而定, 不能顾此失彼; 2) 在对主体结构的地基承载力进行深度修正时, 增加地下室的重量可以提高主体结构的有效埋置深度, 从而提高了主体结构修正后的地基承载力特征值。
2.2不均匀沉降问题
不均匀沉降问题对于大底盘高层建筑群而言是一个必须面对而且必须得到很好解决的问题, 除非该建筑群直接坐落在坚硬的岩石地基上。主体结构采用桩基础这样即能保证主体结构具有较小的最终沉降量, 也不存在地基的承载能力问题, 而且可以避免设置沉降后浇带后所带来的一些问题。但此种方法造价较高, 一般适用于超高层建筑或地基条件较差的情况。主体结构部分采用整体基础, 裙房及地下室部分采用独立基础外加防水板这种处理方法充分发挥了各种不同基础形式的优点且造价低廉, 但施工工序复杂,目前在实际工程中使用较少。
2.3地下室结构超长问题
地下室结构超长问题表现在地下结构虽然受温度变化的影响较地上结构小, 但周边约束作用较强, 结构超长问题的重要性仍然不容忽视。
设置伸缩后浇带。地下结构一般在结构长度大于40 m ~ 60 m 时宜设置一道伸缩后浇带, 普通的伸缩后浇带宽度约为 800mm~ 1000 mm, 钢筋贯通不切断。对于平面尺寸特别长的地下结构, 设置钢筋断开的伸缩后浇带, 后浇带的宽度按钢筋搭接所需最小尺寸和必要的操作空间确定。
2.4人防地下室的结构设计问题
大底盘地下室根据其使用要求通常会分为人防区和非人防区两部分, 普通民用建筑的防空地下室人防等级一般以五、六级居多。按照平战结合的设计原则同时考虑结构的受力特点以及经济因素, 五级人防区大都设置在主体结构部分, 六级人防区大都设置在裙房或纯地下室部分, 并且人防区基本上都位于地下室最下一层; 人防地下室和非人防地下室相比, 由于增加了核爆动荷载以及对辐射等方面的要求, 使人防地下室在结构设计上与非人防地下室有较大区别, 主要体现在以下几个方面: 荷载及荷载组合、材料强度、内力计算和构造规定等。
2.4.1人防构件的最小截面尺寸取值问题
按照人防地下室设计规范规定, 人防顶板、承重内外墙、密闭门门框墙的结构最小厚度为 200mm, 同时还应满足人防地下室防早期核辐射所要求最小防护厚度。对于人防顶板,当顶部有覆土时, 可以将覆土的厚度折算成相应的混凝土厚度来计算顶板的防护厚度, 当顶部没有覆土时, 也可以考虑建筑面层的防护作用; 对于人防墙、密闭门门框墙, 当其防护厚度不足时,则应增加墙厚或按规范要求采取相应的加强防护措施。确定人防构件的截面尺寸除考虑上述两个方面外, 还应使人防构件在相应的人防荷载作用下具有规范所要求的允许延性比。
2.4.2人防构件的荷载取值问题
防空地下室在核爆动荷载作用下的动力分析采用等效静荷载法, 当人防构件的等效静荷载标准值按规范取值时, 应注意这些荷载的使用前提, 即: 构件的允许延性比和计算长度。对于人防顶板、底板, 当其覆土厚度大于 115 m 时, 其等效静荷载标准值可以适当减小。
2.4.3 人防底板的荷载控制问题
人防地下室位于主体结构部分时, 人防底板一般是平时荷载起控制作用; 人防地下室位于纯地下室部分时, 当仅有一层地下室且顶部有覆土时, 人防底板一般是战时荷载起控制作用, 当有两层或两层以上的地下室且顶部有覆土时, 人防底板一般是平时荷载起控制作用。
2.5计算措施
计算措施应结合以上相应方法, 在一定程度上准确确定不均匀沉降量, 具体措施有: 1) 计算主体结构的沉隆量时应考虑基础的补偿作用; 2) 考虑基坑开挖后基坑坑底的土反弹量。
3、结论
地下室作为整个建筑结构的重要组成部分，其决定着整个建筑结构是否具有稳固的基础，在一些高层建筑中，地下工程的造价甚至还比上部结构造价要高。而由于地下室的特殊位置，其结构设计是较复杂的设计问题，要考虑以及涉及的内容繁多，甚至对于一些关于地下室结构的设计问题目前还没得到思想一致，如基础与地基的相互作用、上部结构刚度对地基基础的影响程度等。鉴于地下室的复杂设计因素，这要求我们设计人员在进行地下室结构设计时应把握安全可靠、经济合理的协调原则，从技术以及经济方面去深入研究地下室结构的设计技术问题。
参考文献
[1]都军花，梁丽芳.建筑工程中地下室结构设计探讨[J].中国高新技术企业，2009，25（9）：179-180.
[2]文 华.论述地下室结构设计存在的问题[J].建材与装饰，2008，（6）：10-12.
[3]杨照夫.金马同盛大厦地下室结构设计分析[J].科技创新导报，2009，18（24）：28-29.