摘要:從地下室結(jié)構(gòu)平面、外墻、抗浮、防水、抗震及保護(hù)層和墊層厚度等幾個(gè)方面,探討了地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的存在的問題及相應(yīng)的對策。
關(guān)鍵詞:地下室 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 防水設(shè)計(jì) 抗浮設(shè)計(jì) 嵌固
1. 地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題
1.1 地下室結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)
地下室工程涉及的專業(yè)極為復(fù)雜,在高層建筑的地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),需綜合考慮防火、使用功能、人防要求、設(shè)備用房及管道、坑道、排水、通風(fēng)、采光等各專業(yè)的配合。例如地下室的長度超過設(shè)計(jì)規(guī)定的長度時(shí),需要與結(jié)構(gòu)專業(yè)配合,確定是否設(shè)置變形縫,通常應(yīng)盡可能少設(shè)或不設(shè)變形縫,因?yàn)樵O(shè)置變形縫會使得變形縫處的防水處理變得復(fù)雜。設(shè)計(jì)人員可以通過設(shè)置后澆帶和合理使用混凝土外加劑或地上設(shè)縫、地下不設(shè)縫等方式,達(dá)到不設(shè)縫的目的。若地下室過長,依靠設(shè)置后澆帶的方法難以解決,設(shè)計(jì)人員應(yīng)合理地調(diào)整平面,將地下室分割成幾個(gè)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(shè)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(bǔ)救。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理地設(shè)置采光通風(fēng)井,若高層建筑采光通風(fēng)井位置設(shè)計(jì)不當(dāng),例如在側(cè)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定功能的喪失,不能有效地將上部的地震及風(fēng)力作用傳至側(cè)壁及地面,不能滿足高層建筑的埋深要求。
1.2 地下室外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
地下室的外墻是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn),應(yīng)按水、土壓力驗(yàn)算外墻抗裂。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下要求:
(1)荷載。地下室外墻所承受的荷載分為水平荷載和豎向荷載。豎向荷載包括上部及地下室結(jié)構(gòu)的樓蓋傳重和自重,水平荷載包括地面活載、側(cè)向土壓力和人防等效靜荷載。風(fēng)荷載或水平地震作用對地下室外墻平面內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)力較小。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中,豎向荷載及風(fēng)荷載或地震作用產(chǎn)生的內(nèi)力一般不起控制作用,墻體配筋主要由垂直墻面的水平荷載產(chǎn)生的彎矩確定,而且通常不考慮與豎向荷載組合的壓彎作用,僅按墻板彎曲計(jì)算彎曲的配筋。
(2)靜止土壓力系數(shù)。靜止土壓力宜由試驗(yàn)確定。當(dāng)不具備試驗(yàn)條件時(shí),砂土可取0.34～0.45,黏性土可取0.5～0.7。
(3)地下室外墻的配筋計(jì)算。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí),在外墻的配筋計(jì)算中,對于帶扶壁柱的外墻,不是根據(jù)扶壁柱的尺寸大小進(jìn)行計(jì)算,而是均按雙向板計(jì)算配筋;扶壁柱則按地下室結(jié)構(gòu)的整體電算分析結(jié)果進(jìn)行配筋,不按外墻雙向板傳遞荷載驗(yàn)算扶壁柱配筋。根據(jù)外墻與扶壁柱變形協(xié)調(diào)的原理,這種設(shè)計(jì)將使得外墻豎向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墻的水平分布筋則有富余量。因此,在計(jì)算地下室外墻的配筋時(shí),對于垂直于外墻方向、有鋼筋混凝土內(nèi)隔墻相連的外墻板塊或外墻扶壁柱截面尺寸較大的外墻板塊,如高層建筑外框架柱之間,按雙向板計(jì)算配筋為宜,其余的外墻宜按豎向單向板計(jì)算配筋。對豎向荷載(軸力)較小的外墻扶壁樁,其內(nèi)外側(cè)主筋也應(yīng)予以適當(dāng)加強(qiáng)。外墻的水平分布筋應(yīng)根據(jù)扶壁柱截面尺寸的大小,適當(dāng)?shù)嘏湟酝鈧?cè)附加短水平負(fù)筋加強(qiáng),外墻轉(zhuǎn)角處也應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)。地下室外墻計(jì)算時(shí),底部為固定支座(即底板作為外墻的嵌固端) ,側(cè)壁底部彎矩與相鄰的底板彎矩相等,底板的抗彎能力應(yīng)不小于側(cè)壁的抗彎能力,其厚度應(yīng)與配筋量相匹配。這種情況在地下車道中最為典型,車道側(cè)壁為懸臂構(gòu)件,底板的抗彎能力應(yīng)不小于側(cè)壁底部的抗彎能力。
(4)地下室底板標(biāo)高的設(shè)計(jì)。地下室底板標(biāo)高變化處僅設(shè)1根梁,梁寬甚至小于底板的厚度,梁內(nèi)僅靠兩側(cè)箍筋傳遞板的支座彎矩難以滿足要求。地面層開洞位置(如樓梯間)外墻頂部無樓板支撐,計(jì)算模型和配筋構(gòu)造均應(yīng)與實(shí)際相符。車道緊靠地下室外墻時(shí),車道底板位于外墻的中部,應(yīng)注意車道底板作用于外墻的水平集中力,該荷載常被忽略。
1.3 地下室抗浮設(shè)計(jì)
地下水位及其變幅是地下室抗浮設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。實(shí)際在地下室抗浮設(shè)計(jì)時(shí)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,此類抗浮問題相對比較難以處理,須作細(xì)致分析后再進(jìn)行處理。
1.4 地下室防水設(shè)計(jì)
地下室防水設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分重要的工作,甚至是決定地下室設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。在防水設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)根據(jù)工程的性質(zhì)、使用要求和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(yīng)采用結(jié)構(gòu)自防水混凝土,防水混凝土的抗?jié)B等級應(yīng)根據(jù)水頭高度與混凝土壁的厚度比確定,不得人為地自行降低。
根據(jù)防水等級的要求,建筑的地下室僅設(shè)1道防水混凝土是不能滿足要求的,一般應(yīng)做卷材防水。在選用防水卷材時(shí),應(yīng)考慮到地下室環(huán)境惡劣、無法更換的特點(diǎn),盡量選用耐久性好的卷材。防水卷材在地下室底側(cè)應(yīng)能閉合,尤其應(yīng)重視節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)如樁頭、承臺和積水坑等處,若構(gòu)造設(shè)計(jì)不當(dāng),勢必會形成漏底之舟,失去卷材防水的意義。另外,為了防止少量滲水,便于地下室車道處積水的排放,地下室應(yīng)設(shè)排水明溝和積水坑。
1.5 地下室抗震設(shè)計(jì)
若地下室設(shè)計(jì)不當(dāng),對其整體的抗震性能會產(chǎn)生較大的影響。根據(jù)施工圖審查要點(diǎn),對于半地下室的埋深要求應(yīng)大于地下室外地面以上的高度,才能不計(jì)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(jié)構(gòu)的墻柱應(yīng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一。對地下室頂板室內(nèi)外板面標(biāo)高變化處,當(dāng)標(biāo)高變化超過梁高范圍時(shí)則形成錯(cuò)層,應(yīng)采取一定的措施進(jìn)行處理,否則不應(yīng)作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位。相關(guān)規(guī)范明確規(guī)定,作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的地下室樓層的頂樓蓋應(yīng)采用梁板結(jié)構(gòu),地下室頂板為無梁樓蓋時(shí)不應(yīng)作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位。結(jié)構(gòu)計(jì)算應(yīng)向下計(jì)算至滿足嵌固端要求的地下室樓層或底板,但剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)層數(shù)應(yīng)從地面往上計(jì)算,并應(yīng)包括地下層。
1.6 地下室保護(hù)層和墊層厚度
GB 50108―2008《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》規(guī)定,防水混凝土結(jié)構(gòu)厚度應(yīng)≮250 mm;裂縫寬度應(yīng)≯0. 2 mm,并不得貫通,在地下工程中寬度小于0.2的裂縫多數(shù)可以自行愈合;迎水面鋼筋保護(hù)層厚度應(yīng)≮50 mm。對于防水混凝土結(jié)構(gòu)底板的混凝土墊層,其強(qiáng)度等級應(yīng)≮C 15,厚度≮100 mm,在軟弱土層中應(yīng)≮150 mm。工程實(shí)踐表明,若結(jié)構(gòu)厚度或迎水面鋼筋保護(hù)層厚度小于規(guī)范限值,經(jīng)常會出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象,因此,修訂以后的規(guī)范對限值作了相應(yīng)的提高,在實(shí)際施工時(shí)應(yīng)引起注意。GB 50108―2008《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》在舊規(guī)范GB 50108―2001的基礎(chǔ)上作了部分修訂,設(shè)計(jì)人員應(yīng)注意。
2. 結(jié)語
地下室的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循安全、適用和合理的原則,安全是合理設(shè)計(jì)的前提。地下室往往作為高層上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位,地下室的外墻剛度大,結(jié)構(gòu)布置時(shí)應(yīng)根據(jù)JGJ 3―2002《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》來保證其剛度,平面上盡量保持剛度均勻,各層板包括頂板的厚度應(yīng)盡可能符合設(shè)計(jì)要求,盡量能使得地下室形成一個(gè)堅(jiān)固的箱體。只有在參建各方的通力合作下,不斷地進(jìn)行探索和創(chuàng)新,才能更加合理、更加有效地開發(fā)和利用地下空間。
參考文獻(xiàn):
[1] 人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50038-2005)[S].
[2] JGJ3-2002高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S] .北京:中國建筑工業(yè)出社,2002.
[3] GB50108-2008《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》[S].北京:中國建筑工業(yè)出社,2008.
