高層民用建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思考范文

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摘要:近年來(lái)，城市高層建筑規(guī)模迅速擴(kuò)大，小高層民用建筑越來(lái)越得到人們的認(rèn)可。高層民用建筑地下空間的設(shè)計(jì)愈發(fā)重要，能夠滿足居民對(duì)于地下空間的需求，在停車、儲(chǔ)藏等日常使用和人民防空等方面發(fā)揮著重要作用。高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，但對(duì)整棟建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工卻有著至關(guān)重要的基礎(chǔ)作用。本文針對(duì)高層民用建筑地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題，探討其設(shè)計(jì)難點(diǎn)、常見問(wèn)題及注意事項(xiàng)，并總結(jié)出高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞:高層民用建筑；地下室結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)探討

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的日新月異，城市化進(jìn)程也隨之加快。高層建筑節(jié)約了城市居住用地，對(duì)于環(huán)境保護(hù)和節(jié)能減排都有深遠(yuǎn)的意義。當(dāng)前，高層建筑的地下空間開發(fā)力度很大，設(shè)計(jì)人員對(duì)于高層建筑地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水準(zhǔn)直接影響著地下空間的利用效率，也影響著居民的生活質(zhì)量。

1高層民用建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)

1．1結(jié)構(gòu)嵌固端的確定

結(jié)構(gòu)的嵌固端即平常所說(shuō)的固定端，在此部位不允許構(gòu)件出現(xiàn)任何位移，這里的位移在結(jié)構(gòu)力學(xué)中是指平面x、y兩個(gè)方向的位移和圍繞此支座的轉(zhuǎn)角。高層建筑地下室嵌固端位置選擇一般有兩種:一是設(shè)在地下室基礎(chǔ)底板頂，二是設(shè)在地下室頂板頂面。多層地下室結(jié)構(gòu)，常將上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位設(shè)在地下室頂板，但需滿足下列條件:一是地下室頂板與室外地面的高差需小于本層層高的1/3和1.5m;二是地下室頂板宜采用梁板結(jié)構(gòu)體系，樓面連續(xù)且不得有大開洞;樓面框架梁具備足夠的剛度;三是地下室頂板厚度、混凝土強(qiáng)度等級(jí)、頂板配筋方式及配筋率、嵌固層柱截面和配筋等滿足規(guī)范要求;四是地下室的樓層剪切剛度不應(yīng)小于相臨上部結(jié)構(gòu)樓層剪切剛度的二倍。當(dāng)不滿足上術(shù)條件時(shí)，嵌固端應(yīng)設(shè)在基礎(chǔ)底面。因此嵌固端具體設(shè)在何處需結(jié)合工程的實(shí)際情況經(jīng)過(guò)計(jì)算和比較后擇優(yōu)確定。

1．2地下室樓蓋與樓板的選擇

多層地下室結(jié)構(gòu)的樓蓋形式主要分為:無(wú)梁樓蓋和有梁樓蓋。無(wú)梁樓蓋包括:等厚平板式樓蓋、帶托板柱帽式樓蓋和空心密肋樓蓋;有梁樓蓋包括:單向主次梁式樓蓋、十字交叉梁式樓蓋、井字梁式樓蓋和加腋整間大板式樓蓋等。樓蓋的選型需要綜合考慮以下因素:荷載取值(包括人防荷載、覆土厚度、消防車道、堆積荷載等)、結(jié)構(gòu)形式、使用功能、經(jīng)濟(jì)對(duì)比、人防等級(jí)、嵌固部位等。根據(jù)設(shè)計(jì)習(xí)慣和荷載情況，地下室樓蓋形式一般選擇如下:1．人防區(qū)域頂板，需考慮人防荷載，且規(guī)范要求最小板厚200mm，常采用加腋整間大板式樓蓋;2．停車庫(kù)樓蓋，荷載較小，一般采用有梁樓蓋，板厚常取120mm;3．室外地庫(kù)頂板，因有覆土荷載和防水抗?jié)B要求，板厚不小于250mm，常采用加腋整間大板式樓蓋和無(wú)梁樓蓋。

1．3地下室結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)

因地下室周邊有很大剛度的擋土側(cè)壁并受到外側(cè)土壓力的限制，在地震作用下其側(cè)向位移必然會(huì)受到土的約束，所以地下室對(duì)高層建筑上部結(jié)構(gòu)的嵌固效果是客觀存在的，因此上部結(jié)構(gòu)底部的水平地震力通過(guò)地下室頂板進(jìn)行傳遞是必然的，故高層地下室頂板必須具有足夠的剛度和較強(qiáng)的整體性，以保證可將上部結(jié)構(gòu)的地震力進(jìn)行有效傳遞。帶地下室的高層建筑，當(dāng)?shù)叵率翼敯逡曌魃喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固端時(shí)，地震作用下結(jié)構(gòu)的屈服部位將發(fā)生在地上樓層，同時(shí)將影響到地下一層;地面以下結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)逐漸減小。因此，規(guī)范規(guī)定地下一層的抗震等級(jí)不能降低，而地下一層以下不要求計(jì)算地震作用，其抗震構(gòu)造措施的抗震等級(jí)可逐層降低。

2地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見問(wèn)題

2．1基礎(chǔ)底板

作為高層建筑的基礎(chǔ)，地下室底板最重要的作用是承受上部結(jié)構(gòu)頂板、內(nèi)承重墻柱和擋土側(cè)壁荷載［3］，并將這些荷載傳遞給地基，需保證地基的承載能力和沉降變形滿足規(guī)范的要求;當(dāng)?shù)装遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)基礎(chǔ)時(shí)，一般設(shè)計(jì)成平板式筏基或梁板式筏基形式。地下室底板的另一個(gè)作用是防水抗?jié)B，當(dāng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)采用樁基或是獨(dú)立基礎(chǔ)時(shí)，底板常設(shè)計(jì)成防水板，主要承受水浮力和自身重力作用，需要進(jìn)行裂縫控制。底板設(shè)計(jì)的常見問(wèn)題是:一是面積和剛度不足易造成地基的承載能力不足，從而造成不均勻沉降和側(cè)移;另一種是厚度不足造成開裂滲水，易引起地下室漏水潮濕;因此底板設(shè)計(jì)時(shí)需要合理的布置和嚴(yán)格的計(jì)算。

2．2外墻

地下室外墻的主要作用是:擋土、防水抗?jié)B以及將地下室圍護(hù)成封閉的空間，其設(shè)計(jì)至關(guān)重要。外墻是地下室的主要組成部分，承擔(dān)著上部結(jié)構(gòu)的豎向力、水平向的土壓力、地下水壓力、人防荷載以及地面的堆載等，起主導(dǎo)作用的是水平方向的力［4］。計(jì)算地下室外墻的內(nèi)力時(shí)，應(yīng)綜合考慮各個(gè)方向的荷載值，一般需要根據(jù)支承的邊界條件和高寬比合理地選擇計(jì)算模型，常按四邊支承單、雙向板或是豎向懸壁板計(jì)算。設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)受力情況和裂縫寬度要求合理選擇混凝土的強(qiáng)度等級(jí)和鋼筋配筋率。

2．3頂板

高層建筑所承受的水平荷載主要通過(guò)地下室頂板傳遞給大地，因此，地下室頂板的剛度和厚度既要符合受力要求又要滿足施工堆載的需要，還要滿足防水防滲的要求，因此在鋼筋設(shè)置方面規(guī)范有嚴(yán)格的要求。剛度較好的頂板能夠?qū)ㄖ锲鸬搅己玫募s束和嵌固作用。地下室頂板的厚度有嚴(yán)格的要求，根據(jù)《抗震規(guī)范》和《高規(guī)》的要求，普通地下室頂板厚度不小于160mm［5］，作為上部結(jié)構(gòu)抗嵌固端時(shí)，地下室頂板厚度不小于180mm;人防地下室頂板還需考慮人防荷載且要求厚度不小于200mm。

2．4抗浮、抗?jié)B

地下室的特殊位置決定了其與土和水的接觸非常密切，當(dāng)?shù)叵滤惠^淺、地下室層高過(guò)大或是埋深過(guò)深時(shí)，地下室底板上的水浮力常會(huì)大于地下室總配重;當(dāng)超載的水浮力不能被平衡時(shí)，地下室基礎(chǔ)底板易上浮變形，進(jìn)而造成開裂或是不均勻沉降，因此需要進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)考慮地下水浮力的不利作用。地下室的抗浮設(shè)計(jì)有以下途徑:一種是增加底板以上結(jié)構(gòu)的配重，包括增加覆土厚度、加大頂板和底板的厚度等以增大上部結(jié)構(gòu)的重量，但這種方法是以犧牲地基的承載力為代價(jià)的，勢(shì)必造成浪費(fèi);第一種方式是采取必要的措施減小水浮力(或者稱為降低水頭)，主要通過(guò)設(shè)置明溝、暗溝和排水井和抽水泵等措施，將基礎(chǔ)底板下的地下水排走從而降低水位以減小水浮力;第三種方法是采取措施分擔(dān)或抵消多余的水浮力，主要是設(shè)置抗拔樁或是抗拔錨桿，這也是工程中使用最多的方式。

3高層民用建筑地下室結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)

3．1完善設(shè)計(jì)前期的準(zhǔn)備工作

設(shè)計(jì)人員首先應(yīng)該全面了解建筑工程場(chǎng)地的基本情況，深入現(xiàn)場(chǎng)踏勘，掌握工程場(chǎng)地的現(xiàn)狀分布，熟悉地上建筑的層數(shù)、結(jié)構(gòu)形式和荷載情況，弄清地下室的埋深、使用功能及建筑尺寸。熟讀本工程的巖土工程勘察報(bào)告，弄清土質(zhì)的分布情況，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告和實(shí)際情況確定持力層和基礎(chǔ)形式［6］。

3．2細(xì)化基本結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)

根據(jù)各個(gè)工程的具體情況加以分析，確定出每個(gè)工程地下室結(jié)構(gòu)各個(gè)構(gòu)件(包括梁、板、柱、基礎(chǔ)底板、擋土側(cè)壁、抗拔樁等)的布置方式、荷載傳遞途徑、截面形式以及材料種類;針對(duì)各個(gè)構(gòu)件的受力特點(diǎn)先分別考慮，然后再總體包絡(luò)設(shè)計(jì)，再經(jīng)過(guò)反復(fù)的計(jì)算對(duì)比，最終設(shè)計(jì)形成最合理最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)整體。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高層民用建筑的施工規(guī)模大、建造成本高、施工周期長(zhǎng)。地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)問(wèn)題種類繁多，主要包括:地基承載力及變形問(wèn)題、抗浮問(wèn)題、不均勻沉降問(wèn)題等［4］。對(duì)于高層民用建筑來(lái)說(shuō)，地下室的結(jié)構(gòu)支承著整體結(jié)構(gòu)的荷載，合理的、安全的和耐久的地下室結(jié)構(gòu)不僅能保證主體結(jié)構(gòu)的安全，更主要的是滿足人們多樣化的生活需求。高層建筑的地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)是保證承載能力、抗浮、防水、防滲、防沉降變形等方面。因此，設(shè)計(jì)人員要不斷提高自己的專業(yè)水平，設(shè)計(jì)出安全可靠、功能強(qiáng)大的地下室結(jié)構(gòu)。

參考文獻(xiàn)

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［4］徐霞．高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見問(wèn)題分析［J］．四川建材，2015(2):57－58．

［5］鄺杰鋒．某高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析［J］．建材與裝飾，2017(3):90－91.

作者:楊宏偉1；丁翠霞2 單位：1．安徽省建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，2．合肥寶灣國(guó)際物流中心有限公司