浅谈高层建筑地下室设计及处理方法

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1、地下室外墙计算模型

　　1.1 地下室外墙配筋计算有的工程外墙配筋计算中,凡外墙带扶壁柱的,不区别扶壁柱尺寸大小,一律按双向板计算配筋,而扶壁柱按地下室结构整体电算分析结果配筋,又未按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。按外墙与扶壁柱变形协调的原理,其外墙竖向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墙的水平分布筋有富余量。建议:除了垂直于外墙方向有钢筋混凝土内隔墙相连的外墙板块或外墙扶壁柱截面尺寸较大(如高层建筑外框架柱之间) 外墙板块按双向板计算配筋外,其余的外墙宜按竖向单向板计算配筋为妥。竖向荷载(轴力)较小的外墙扶壁桩,其内外侧主筋也应予以适当加强。外墙的水平分布筋要根据扶壁柱截面尺寸大小,可适当另配外侧附加短水平负筋予以加强,外墙转角处也同此予以适当加强。

　　1.2 地下室外墙计算时底部为固定支座(即底板作为外墙的嵌固端),侧壁底部弯矩与相邻的底板弯矩大小一样,底板的抗弯能力不应小于侧壁,其厚度和配筋量应匹配,这方面问题在地下车道中最为典型,车道侧壁为悬臂构件,底板的抗弯能力不应小于侧壁底部。地下室底板标高变化处也经常发现类似问题:标高变化处仅设一梁,梁宽甚至小于底板厚度,梁内仅靠两侧箍筋传递板的支座弯矩难以满足要求。地面层开洞位置(如楼梯间)外墙顶部无楼板支撑,计算模型和配筋构造均应与实际相符。车道紧靠地下室外墙时,车道底板位于外墙中部,应注意外墙承受车道底板传来的水平集中力作用,该荷载经常遗漏。

　　2、地下室抗浮设计

　　当地下室埋藏较深或地下水位较浅时,裙房及纯地下室部分可能会有抗浮不满足要求的问题。针对此种情况,应采取以下措施:

　　2.1 在设计允许的情况下,尽可能提高基坑坑底的设计标高,间接降低抗浮设防水位。高层建筑的基础底板多采用平板式筏板基础和梁板式筏板基础。一般而言,平板式筏板基础的重量与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,在保证基顶标高不变的情况下,后者的基础埋深要大于前者。从而相对提高了抗浮水位,故采用平板式筏板基础更有利于降低抗浮水位。

　　2.2 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1/22～1/16,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。

　　2.3 增加地下室的层高来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,但这种方法还应该结合地基土的承载力而定;在对主体结构的地基承载力进行深度修正时,增加地下室的层高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。①增加基础配重。此种方法大致有以下3种情况:增加基础底板的厚度、增加基础顶面覆土厚度、基础顶面采用容重大且价格低廉的填料。这三种方法的共同特点是:在增加基础配重用以解决抗浮问题的同时又不可避免的增加了基础的埋置深度,从而相对地提高了地下室抗浮设防水位的高度,因此它不是一种效率最高的方法。②增加地下室顶板的厚度。这种方法的优点是:在不增加基坑坑底标高的前提下,增加了地下室的重量,而且使用厚板后,地下室顶板的大板块之间可以不再设置次梁。但此种方法的缺点是会略增加地下室顶板框架梁的负荷,而且由于板厚有限,这种方法解决抗浮问题的效果也是有限的。

　　2.4 设置抗浮桩。表面上看这是一种解决抗浮问题行之有效的方法,但仔细分析,这种方法也有一定的局限性,从结构受力方面讲,由于地下室的抗浮设防水位是根据拟建场地历年最高水位结合近几年的水位变化情况提出来的,即使是经过重新评估后确定的抗浮设防水位,也是按一定的统计规律得出的结论。很显然,这种方法确定的地下水位在一般的情况下是很难达到的。加之设计计算的不精确性也使得抗浮桩具有一定的安全储备,因此,“抗浮桩”实际上长期起着“抗压桩”的作用。这种“反作用”将阻碍有抗浮要求的地下室的合理沉降,而这种变化将会使无沉降缝的大底盘地下室在主体结构和裙房之间产生更大的不均匀沉降差;同时设置抗浮桩后,计算基础底板内力及配筋时应考虑地下水压力,这样也会增加基础底板的荷载。另外一方面,如果地下水位长期处于一种较高的水平之上,设置抗浮桩也不乏是一种有效的方式。因此,抗浮桩是一把双刃剑,使用时需仔细考虑。

　　3、裂缝及控制方法

　　地下室外墙混凝土易出现收缩,受到结构本身和基坑边壁等的约束,产生较大的拉应力,直至出现收缩裂缝,地下室外墙裂缝宽度控制在0.2mm之内,其配筋量往往由裂缝宽度验算控制。

　　工程中许多设计将地下室防水结构构件的计算弯距调幅、有的下端按铰接、有的未考虑荷载分项系数、多层时未按多跨连续计算,地下室外墙在计算中漏掉抗裂性验算(违反GB50108-2001第4.1.6条),地下室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(违反GB50010-2002第9.1.1条),后浇带的位置设置不当,外墙施工缝或后浇带详图未交代,室外出入口与主体结构相连处未设沉降缝等,导致违反设计规范,产生渗漏现象。某工程地下室设计成一个大底盘,而该大底盘下的基础形式同时有天然地基、桩基、刚性桩复合地基(违反GB50011-2001第3.3.4条),此类基础即使设置后浇带也仅适合施工阶段。

　　地下室整体超长,应采取相应措施,防止裂缝开展,采取的主要措施:①补偿收缩混凝土,即在混凝土中渗入UEA、HEA等微膨胀剂。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。②膨胀带,由于混凝土中膨胀剂的膨胀变形不会与混凝土的早期收缩变形完全补偿,为了实现混凝土连续浇注无缝施工而设置的补偿收缩混凝土带,根据一些工程实践,一般超过60m设置膨胀加强带。③后浇带,作为混凝土早期短时期释放约束力的一种技术措施,较长久性变形缝已有很大的改进并广泛任用。④提高钢筋混凝土的抗拉能力,混凝土应考虑增加抗变形钢筋,对于侧壁,增加水平温度筋,在混凝土面层起强化作用。侧壁受底板和顶板的约束,混凝土胀缩不一致,可在墙体中部设一道水平暗梁抵抗拉力。

　　4、地下室不均匀沉降

　　解决不均匀沉降问题大致有以下几种方法:

　　4.1 裙房和高层建筑之间设沉降缝,让各部分自由沉降,互不影响,避免由于不均匀沉降产生的内力,这是所谓“放”的方法。但实际上这样做,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等带来很多困难。

　　4.2 裙房和高层建筑之间不设沉降缝,采用端承桩,将桩端置于坚硬的基岩或砂卵石层上。这样,既满足了地基承载力要求,又避免了明显的沉降差。这是所谓的“抗”的方法。但这种方法基础材料用量多,不经济,一般用于超高层建筑或地基持力层较差的情况。

　　4.3 在设计中不设沉降缝,而采取一定的措施,调整地基反力,尽量减少不同部分的地基反力差,从而减少沉降差。这是所谓“调”的方法。如:裙房部分采用天然地基,主楼部分采用复合地基或桩基。裙房和主楼部分采用不同的基础形式,主楼采用筏基或箱基,裙房采用独立基础或条形基础。

　　4.4 在主裙楼之间设置沉降后浇带,钢筋不断,先施工主楼,待主楼封顶完成大部分沉降后,再施工裙房。两部分沉降基本稳定后再浇筑后浇带。这样,用调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。这也是一种“调”的方法。

　　5、结语

　　目前城市建设中建造了大量的地下室及地下车库,由于涉及到工期和投入的建设费用,设计中与地下室相关的不少问题也逐渐变得突出起来。因此如何协调好技术与经济在建设工程中的相互关系,是每个设计人员应该认真考虑的。