淺談超大型地下室設(shè)計(jì)

　　關(guān)鍵詞　地下室,伸縮縫,分縫,底板

　　1.前言:目前很多工程出現(xiàn)超大型的地下室，其長度可達(dá)到200m甚至300m。按照《高規(guī)》第4.3.12條的規(guī)定，伸縮縫的最大間距不宜超過55m(框架結(jié)構(gòu))和45m(剪力墻結(jié)構(gòu));同時(shí)《高規(guī)》第4.3.13條也規(guī)定了當(dāng)采取適當(dāng)?shù)臉?gòu)造措施和施工措施減少溫度和混凝土收縮對(duì)結(jié)構(gòu)的影響時(shí)，可適當(dāng)放寬伸縮縫的間距。而實(shí)際上，目前很多設(shè)計(jì)都突破了《高規(guī)》第4.3.12條的規(guī)定，也有較多成功的經(jīng)驗(yàn)。

　　地下室不受日照的影響，季節(jié)溫差的影響比上部結(jié)構(gòu)小，因此分縫間距可比上部結(jié)構(gòu)更大一些，一般來說，只要采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施將地下室的不分縫長度放寬至120～150m是可行的。

　　但目前有不少住宅小區(qū)將整個(gè)小區(qū)的地下室全部連通，地下室的長度達(dá)到200甚至300米，給地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來一定的難度，一般來說會(huì)將超長的地下室按一定間距分縫處理。南方地區(qū)地下水位較高，地下室有防水要求，分縫處特別是底板分縫處的防水處理較為困難，地下室側(cè)壁和頂板的防水處理則較容易實(shí)現(xiàn)。下面介紹處理此類超長地下室的技術(shù)措施。

　　2.　底板技術(shù)措施

　　2.1　分縫原則

　　底板不分縫的最大長度一般控制在100～150m，如超出此值則建議分縫，分縫間距一般控制在100m以內(nèi)。分縫間距與底板受約束的情況有關(guān)。如底板下為堅(jiān)硬土層或巖層，底板變形會(huì)受到巖石的摩擦約束，此時(shí)應(yīng)將分縫間距適當(dāng)減小，必要時(shí)需采取措施(如采取柔性防水，在底板與巖層間加一層砂層等)減少底板與巖石的摩擦效應(yīng)，如底板下為較軟的土層，則其約束較小，分縫間距可適當(dāng)放松。

　　2.2　分縫構(gòu)造措施

　　地下室底板分縫的構(gòu)造措施。

　　2.3　分縫原理

　　此節(jié)點(diǎn)的原理是將底板分縫部分做成U型結(jié)構(gòu)，利用U型結(jié)構(gòu)的變形能力來抵抗溫差的變形。這種構(gòu)造在鋼結(jié)構(gòu)中得到普遍的應(yīng)用，許多暴露在室外的輸水管或者輸氣管線都會(huì)采取這種做法。但鋼結(jié)構(gòu)的塑性變形能力較強(qiáng)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)能否采用這種做法還需仔細(xì)驗(yàn)算。

　　分縫U型結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型。

　　按此計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果如圖2所示。從圖中可以看出，在拉力100kN作用下，結(jié)構(gòu)的變形△1=2.8mm，且結(jié)構(gòu)變形△1與拉力N成正比關(guān)系，與U型結(jié)構(gòu)的抗彎剛度EI成反比，在拉力N=100kN作用下，U型結(jié)構(gòu)的彈性彎矩為72.9kN-m，按此彎矩配筋達(dá)到Φ14@100，若考慮U型結(jié)構(gòu)配筋不變的情況下讓U型結(jié)構(gòu)板進(jìn)入塑性狀態(tài)，即降低U型結(jié)構(gòu)的抗彎剛度，假設(shè)進(jìn)入塑性狀態(tài)后U型結(jié)構(gòu)的剛度取原有剛度的1/3，則△1=3×2.8=8.4mm，這個(gè)變形是否能滿足結(jié)構(gòu)變形的需要呢?

　　假設(shè)結(jié)構(gòu)的分縫長度為100m，季節(jié)溫差200C，假設(shè)底板不受約束可以自由變形，則板邊緣的最大變形為△=1×10-5×20×50×103=10mm>△1= 8.4mm。而實(shí)際上，板的變形會(huì)受到豎向構(gòu)件(剪力墻、柱)及板底土層摩擦的約束，實(shí)際變形應(yīng)小于此數(shù)，粗略地按80%估計(jì)，收縮變形△=8mm<△1，即U型結(jié)構(gòu)的變形能力能滿足結(jié)構(gòu)的變形要求。

　　2.4　外防水的構(gòu)造做法

　　從分析結(jié)果看，U型結(jié)構(gòu)為整個(gè)底板防水的薄弱環(huán)節(jié)，在溫差作用下，U型結(jié)構(gòu)受拉節(jié)點(diǎn)將進(jìn)入塑性狀態(tài)，轉(zhuǎn)角處的裂縫寬度可能會(huì)增大，滲漏的可能性增大，因此在U型結(jié)構(gòu)外圍做一層卷材防水層能有效地為結(jié)構(gòu)提供保護(hù)，同時(shí)將U型結(jié)構(gòu)做成排水溝，將可能滲入的水排到集水井再排出。

　　2.5　應(yīng)用范圍

　　由于U型結(jié)構(gòu)的抗彎剛度對(duì)其變形能力成反比，而抗彎剛度與板厚的三次方成正比關(guān)系。因此，板厚對(duì)變形的影響很大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少板厚。一般對(duì)一層地庫來說，250厚的最小板厚已能滿足受力要求，對(duì)更深的地下室則需慎重計(jì)算此板厚是否能滿足受力要求。

　　2.6　需要深入探討的問題

　　1、計(jì)算模型簡單地將U型結(jié)構(gòu)的抗彎剛度折減來模擬結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈性狀態(tài)，比較籠統(tǒng)。如建立節(jié)點(diǎn)的彈塑性計(jì)算模型用有限元方法分析將更準(zhǔn)確。

　　2、結(jié)構(gòu)實(shí)際變形的估算按其自由變形的80%來估算也比較籠統(tǒng)。如何建立合適的模型來計(jì)算結(jié)構(gòu)受溫差的變形值得探討。

　　2.7　其它構(gòu)造措施

　　U型結(jié)構(gòu)只是解決了季節(jié)溫差對(duì)結(jié)構(gòu)變形的影響，而混凝土本身的收縮需靠設(shè)置后澆帶來解決，后澆帶的間距一般不超過40m，而后澆帶一般只能消除混凝土收縮變形的70%，再考慮到底板受到豎向構(gòu)件及底板底土層的約束，需適當(dāng)配置通長的抗收縮鋼筋。

　　3.地下室壁板

　　3.1　分縫原則

　　壁板分縫的位置及間距原則上同底板，在底板分縫處壁板也必須分縫，在底板分縫范圍內(nèi)是否再細(xì)分則需看頂板的分縫情況，在頂板分縫處壁板也必需分縫。

　　3.2　分縫技術(shù)措施

　　壁板分縫技術(shù)處理在施工上比較容易實(shí)現(xiàn)，可考慮鋼筋完全斷開，節(jié)點(diǎn)處理如圖3所示。

　　3.3　其它構(gòu)造措施

　�、�、后澆帶設(shè)置，后澆帶間距一般30～40m。

　　②、水平鋼筋配置

　　如按壁板的受力模型計(jì)算，水平筋是不起作用的。但由于壁板的養(yǎng)護(hù)條件較差，砼收縮較容易產(chǎn)生裂縫，而且考慮到季節(jié)溫差的影響，水平向須配置適量的構(gòu)造鋼筋，水平向總配筋率一般控制在0.4～0.5%之間，鋼筋間距一般不超過150。

　　4.　地下室各層平面分縫處理

　　地下室各層分縫的位置及間距可同底板及壁板，由于不涉及到防水問題，伸縮縫的構(gòu)造相對(duì)容易處理，一般由建筑出具構(gòu)造做法。由于不涉及到抗震的問題，伸縮縫寬度取30mm即可滿足要求。

　　5.地下室頂板

　　地下室頂板分縫的間距與頂板所處環(huán)境有關(guān)。如地下室頂板上方有覆土(大于30cm)或有上蓋，其受日照影響的溫差變化不大，分縫間距可以放大一些，可同地下室底板一樣處理。如頂板直接受到日曬的影響，晝夜溫差變化較大，砼的膨脹收縮也較嚴(yán)重，則分縫間距應(yīng)相應(yīng)減少，同時(shí)采取相應(yīng)的構(gòu)造措施(如板配通長鋼筋或預(yù)應(yīng)力筋等)。

　　地下室頂板后澆帶的分法同底板和壁板，并應(yīng)上、下對(duì)齊。對(duì)較長的地下室一般要求配通長板筋。

　　頂板伸縮縫寬度按規(guī)范取值，如不必考慮地震影響則可取30mm寬，其防水做法根據(jù)覆土厚度(水壓大小)來確定。

　　6.　結(jié)語

　　實(shí)際上，關(guān)于超長地下室或超長結(jié)構(gòu)的分縫措施因設(shè)計(jì)人的經(jīng)驗(yàn)而異，有部分設(shè)計(jì)單位將250m長的地下室不分縫，但其計(jì)算和構(gòu)造措施較為復(fù)雜，一般會(huì)在板中專門配置預(yù)應(yīng)力鋼筋來抵抗溫度應(yīng)力，其造價(jià)也會(huì)增加，施工也較為復(fù)雜�？紤]到地下室的使用要求盡可能不出現(xiàn)滲水，在沒有可靠的計(jì)算依據(jù)和工程經(jīng)驗(yàn)的前提下，超長地下室的分縫處理可按照上述原則執(zhí)行。