地下室结构设计若干问题探讨

　　摘要：本文从地下室设计中经常遇到的问题出发，，提出了针对地下室抗浮设计、防水设计、地下室外墙模型、裂缝控制及不均匀沉降等常见问题的处理方法，抛砖引玉，供同行以参考。
　　关键词：高层建筑；地下室；结构设计
　　
　　随着社会的发展,高层建筑形式被越来越多地应用到现代城市建中来，继而出现了大量的地下室及地下车库。将供应设备用房、地下消防水池和汽车停车场等功能场所设在高层建筑的地下室,在充分发挥了地下室使用功能的同事,又能满足高层建筑基础埋深较高的要求。因此，在高层建筑的整体设计中,地下室结构设计虽然不是最突出的，但其重要程度不容忽视。对此，本文从地下室在高层建筑中的地位着手，论述地下室结构设计中会经常遇到的一些问题,希望与同行共同探讨，不足之处请多指正。
　　1地下室建设的必要性
　　1随着我国经济和社会事业的迅猛发展，建设用地日趋紧张，不仅大城市中心寸土寸金，中小城市的地价不断高涨，地下空间的开发利用就成了必然的选择。
　　2．各地的建设规划部门很多都规定了民用项目建设地下停车库的要求，尤其是住宅小区大多规定了地下停车库的最小建设规模，否则，规划方案不予审批。建设规划部门也对地下室的建设有着一定的优惠政策，如：地下室的建筑面积也不计入容积率等。
　　3.我国人防部门根据战备需要，强制要求民用建筑的投资业主建设一定比例的人防地下室，以供战时人员隐蔽及战备物资储藏，人防地下室面积一般按高层的占地面积或多层总面积的百分比计算。
　　4.高层建筑结构设计的埋深要求。为保证结构的稳定性，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2011）第12.1.8条规定，当采用天然基础或复合地基时，埋深不小于建筑总高度的1/15，当采用桩基础时，埋深不小于建筑总高度的1/18。我们以60m高（普通的20层左右的住宅）的高层建筑计算，采用天然基础，基础必须有4.00m的埋深，高层建筑整体中的埋深部分,正好是个地下室。
　　2地下室的抗浮设计
　　如果地下室埋藏较深或者地下水位较高时，裙房或者纯地下室部分可能会有抗浮不能满足规范要求的情况发生，针对这样的问题，设计人员一般需要进行抗浮设计。
　　2.1抗浮设防水位的选择。岩土工程地质勘察报告应提供用于计算地下水浮力的设计水位，或向当地的水利、水文地质部调研相关资料，一般情况下，抗浮设防水位宜取建成后的室外地坪下500mm.对于情况复杂的重要工程，要进行专门研究。所谓重要工程是开挖较深的地下停车场、地下商场、带多层地下室的高层建筑等，情况复杂是指①地下水位除了受气候、水文地质等自然因素控制的同时，还有人为因素引起附近水文地质条件的改变，如：地下水开采、上下游水量调配、跨流域调水等，②在勘察期间预测建筑物使用期间的地下水位的变化和最高水位确定较为困难。
　　2.2底板设计方案。在设计允许的时候，尽可能提高基坑坑底的设计标高，这样就间接地降低了抗浮设防水位。地下室底板目前较多采用平板式或者梁板式筏板基础的设计，必要时，也可采用柱帽式筏型基础。一般情况下，平板式筏板施工方便，钢筋及混凝土用量略多一些，等厚平板适合荷载不太大,柱网均匀的结构,梁板式筏板分正梁和反梁,反梁基础会给施工增加难度，但会减少浮力的计算高度,使抗浮容易满足,梁板基础适合柱网不均匀且荷载和尺寸都较大的结构。还有采用柱下或墙下采用独立基础或桩基础，中间部位采用防水板的做法，这种做法一般来说，材料用量最省，但在计算模型的选取及构造措施上要准确可靠。
　　2.3楼盖设计方案。对于纯地下室的楼盖提倡使用无梁楼盖，板柱结构，可以在一定程度上降低地下结构的层高，因此降低了抗浮设防水位。
　　3地下室的外墙模型
　　1、地下室外墙配筋时，在外墙配筋计算中，凡外墙带扶壁柱的，有些设计师不管扶壁柱尺寸大小如何，都是按双向板来计算配筋。而扶壁柱应该是按地下室结构整体电算分析的结果配筋，不能直接按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。根据外墙与扶壁柱变形协调的原理，除了垂直外墙方向设置和钢筋混凝土内隔墙相连的外墙板块以及扶壁柱截面尺寸较大、外墙板块以双向板计算配筋之外，其余的外墙即可按竖向单向板计算配筋。同时，如果外墙扶壁桩的竖向荷载较大，相应地内外侧主筋要适当加强；根据扶壁柱截面尺寸大小，其外墙水平分布钢筋要适当另外配加外侧附加短水平负筋，外墙转角处也参照此法进行适当的加强。
　　2、地下室外墙底部为固定支座，即底板用来作为外墙的嵌固端，那么侧壁底部弯矩和相邻的底板弯矩是相等，底板的抗弯能力就不应小于侧壁，其厚度和配筋量应与侧壁相匹配，这个问题在地下车道中最典型。车道的侧壁为悬臂构件，底板抗弯能力应大于侧壁下部抗弯能力。在地下室底板标高发生变化的地方，有时设计师只设置一道梁，甚至梁宽小于底板厚度，这就会导致梁仅靠两侧箍筋传递板的支座弯矩时，不能满足要求。同时，若地面层开洞位置外墙顶部无楼板支撑，计算模型和配筋构造都需要与实际相符。
　　4墙体裂缝及控制
　　地下室混凝土由于收缩产生收缩应力时，如果再受到结构本身和基坑边壁的约束，就会产生较大的拉应力，导致裂缝出现。按规范要求，地下室裂缝宽度要控制在0.2mm之内，其配筋量往往由裂缝宽度进行验算控制。造成裂缝过大的失误多集中为：计算时没有考虑荷载的分项系数，没有将地下室防水结构构件的计算弯距进行调幅，计算中漏掉抗裂性验算，外墙与底板连接构造不合理，建筑物超长未设缝或留置后浇带，外墙施工缝或后浇带详图未交代，后浇带的位置设置不当，主体结构与地下室出入口连接处没设沉降缝等。
　　地下室整体超长时，为防止裂缝开展，一般采取的主要措施为：采用补偿收缩混凝土，在混凝土中渗入微膨胀剂，以混凝土的膨胀值减去混凝土的最终收缩值的差值大于或等于混凝土的极限拉伸即可控制裂缝；设计膨胀加强带，将混凝土的早期收缩变形进行补偿，为实现基础混凝土连续浇注无缝施工而设置的补偿收缩混凝土带；设计后浇带，作为早期混凝土在短时间内释放内力的一种技术措施，目前被广泛使用；提高钢筋混凝土的抗拉能力，增加抗变形钢筋，在侧壁可以增加水平暗梁或温度筋，强化混凝土面层，降低及避免大裂缝出现。
　　5不均匀沉降
　　解决不均匀沉降的问题，设计上大致有以下几种方法：
　　1、在高层建筑与附体裙房之间设计沉降缝，让各部分自主沉降，互不牵连，避免不均匀沉降产生的结构内力。此法的缺陷是会给建筑的立面处理、地下室的防渗漏、基础的埋置深度和整体稳定性等带来困难。
　　2、主体与裙楼之间设置沉降后浇带，然后进行主体的施工，待主楼封顶完成大部分沉降后，再施工裙房，等两部分楼体沉降相对稳定后再对后浇带进行浇铸。这样，利用时间差的办法解决了沉降差，同时又避免了设置沉降缝带来的麻烦。此方法缺陷是增加了施工难度。
　　6结束语
　　目前大量的地下室及地下车库在城市建设中得以应用，由于涉及到工期和投入的建设费用，与地下室相关的结构设计问题也逐渐变得突出。作为高层建筑地下结构设计，是一个复杂的过程，尤其是高层建筑的上部荷载大,基础埋深较深,地下室结构的设计是否合理将直接影响高层建筑的正常使用。因此，设计时在满足功能要求、安全可靠的时候,就要研究和解决上述地下室设计中的问题,以保证高层建筑地下室的正常使用。因此，如何协调好地下室结构设计技术上的矛盾，以及协调地下室与建设工程中的关系，是需要每个设计人员认真考虑的。
　　参考文献：
　　[1]混凝土结构设计规范（GB50010-2010）.
　　[2]建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）.
　　[3]高层混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）

《地下室结构设计若干问题探讨》

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