探讨地下室结构设计的常见问题及解决措施

探讨地下室结构设计的常见问题及解决措施

Summary：我国经济的持续稳定发展导致城市化的步伐也不断向前迈进，城市生活中的各种基础设施也呈现出不断完善的局面，同时也出现了拥有各种各样功能的建筑。随着城市生产生活水平的不断提高，大量人口的涌入使得人们不得不开始开发利用城市的地下空间，常见的有：地铁、建设在地下的停车场、以及一些小区的地下车库。但随着地下建筑的逐渐增多，一些潜在的结构设计上的安全隐患也不断的暴露了出来。本文将分析地下室在结构设计过程中出现的一些常见问题并试着提出相应的对策，希望对专业人员有所帮助。Keys：地下室；结构设计；常见问题；解决措施前言如今城市人口急剧增长导致了土地资源的匮乏，进而导致各种建筑以及日常交通都慢慢的移向地下。然而，人所建设的建筑应当具有基本的功能的，同时对建筑的结构也有着基本的要求，这些要求就使得绝大多数的建筑物都设计了地下室。随着土地资源的日益匮乏，建筑物的层数也在日益增高，建筑物的地下结构也逐渐的发展为多层，这种趋势就使得建筑物的结构设计、防水性能以及施工等因素逐渐变成被建筑工程界热切关注的热点。1地下室设计中的常见问题在地下室结构设计中，除了要关注地面建筑的荷重、防水、通风和防火问题外，还要综合考量管道安排、采光、通电及排水等问题，这些问题不仅影响建筑的使用安全，还影响着建筑的使用性能。在建筑地下室结构设计中，如若没有充分考虑这些问题，就会导致地下室结构设计产生一些问题，影响建筑物的使用性能，甚至威胁使用人员的生命财产安全。一般而言，在地下室建筑结构设计者红，存在的主要问题有外墙结构设计、整体的荷载问题、顶板与底板设计、地下室基础、抗渗能力设计和抗浮设计等。2解决地下室设计问题的对策2.1地下室外墙设计（1）在地下室结构设计中，要按照结构设计规划和通用的设计原则，设计地下室外墙，满足地面荷载侧压及墙外水土压力作用下的承载力要求确保地下室所有外墙都嵌固在基础底板上，要综合考虑外墙各种分项荷载值。如若地下室为多层结构，则必须依据多跨连续计算，确保相邻底板与外墙侧壁的底部弯矩值相同。此外，还要综合控制底板的配筋量和厚度，确保外墙侧壁的抗弯能力小于底板。（2）基于支撑条件，设计地下室外墙，例如在确定楼梯口楼板支撑位置时，必须综合考虑实际的承重和宽度计量配筋量，确保地面结构的稳定性。（3）计算外墙配筋时，有垂直于外墙方向的混凝土内隔墙相连的外墙和扶壁柱尺寸较大的外墙，其配筋应该按双向板计算；外墙配筋：竖向和水平分布钢筋应双向双层布置，间距不宜大于150mm，配筋率不宜小于0.3%。2.2地下室荷载设计在地下室的使用中，结构载荷能力具有至关重要的左右，决定其安全性能。如若荷载设计不甚合理，就会引起承重墙塌陷、顶板掉落及侧墙裂缝等问题。通过大量实践经验表明，产生荷载的主要因素有人防工程、地下水压力、土体压力、地面上建筑物自重。所以，在设计地下室结构时，要对每一部分承受的荷载种类进行综合考虑，明确设计的标准。①在设计底板荷载时，必须考虑上部建筑物自重标准值、地下室墙体自重标准值和底板核暴动荷载标准值等。②在设计内承柱时，要考虑地面上建筑物自重标准值、顶板的核爆动荷载标准值和内承重柱自重标准值。③在设计地下室外墙时，必须考虑核爆动荷载造成的水平动荷载标准值、水压力和土压力、顶板传递的荷载标准值、外墙自重标准值和建筑物自重标准值。④针对人防工程地下室，其地下室顶板的荷载需要考虑以核爆动荷载为设计标准。2.3地下室顶板设计通常而言，在对地下室的顶板设计时，需要保证其厚度不小于160mm，以保证其有足够的刚度，能够起到对建筑工程上部结构的良好约束作用。当地面建筑以地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，顶板厚度不小于180mm，地下室顶板应避免开设大洞口，且顶板的结构应该采取梁板结构，顶板应采用双向双层配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%，混凝土的强度等级不低于C30。地下室顶板对应于地上框架、剪力墙等构件的节点设计需要符合建筑抗震设计规范及高层建筑混凝土结构技术规程相关规定的要求。而当地下室顶板出现无梁楼盖、板面标高的变化已经大于梁高范围形成了错层，且没有相应的处理措施时，不能将上部建筑物嵌固在地下室顶板上。地下一层与上部建筑相邻上层的侧向刚度比应大于2。2.4地下室基础及底板设计地下室基础设计应以减小长期重力荷载作用下的地基变形、差异变形为主。计算地基变形、地基承载力、桩基承载力确定桩数、确定基底反力等一系列荷载效应及荷载取值应满足建筑地基基础设计规范及高层建筑混凝土结构技术规程的相关要求。地下室基础的平面尺寸应根据地基土的承载力、上部结构的布置及其荷载的分布等因素确定。地下室底板的设计，分为梁板式和无梁楼板式；除了要保证其有足够的受力能力之外，还要保证其具备一定的抗渗能力，因此，地下室底板的厚度要比一般的楼板要厚，梁板式板厚不小于300mm，无梁楼板式板厚400-600mm，板配筋应采用双向双层配筋，配筋率通常以0.25%为准。梁板式中，梁的设计需要根据地下室底板标高实际情况进行设置，其宽度应该超过底板的厚度，且应设置抗扭钢筋以保证板的支座弯矩能够传递到梁上。无梁楼板式中（筏板式），局部板厚还应满足受冲切承载力计算确定，冲切计算时，应考虑作用在冲切临界截面重心上的不平衡弯矩所产生的附加剪力。如果地下室底板有桩箱、桩筏基础，还需要考虑冲切、剪切、抗弯和局部受压等因素。当地基比较均匀、上部结构刚度较好、上部结构柱间距及柱荷载的变化不超过20%时，地下室基础及筏板可仅考虑局部弯曲作用，按倒楼盖法计算；否则，宜按弹性地基板计算。2.5地下室抗渗设计地下室渗水问题主要是由于地下室混凝土结构产生裂缝而引起的。地下室裂缝产生的的原因主要有荷载和混凝土自身两方面，前者是指由于常见的主应力引起的“荷载裂缝”和结构次应力造成的“荷载次应力裂缝”，后者是由于混凝土所处环境的湿度、温度、自身的收缩碰撞以及地面不均匀沉降等导致的非结构性裂缝。针对这两类裂缝，可以通过不同的措施来进行控制。（1）对于荷载问题引起的结构性裂缝，可以通过在结构设计中进行反复验算等方式来进行控制，采用防水混凝土，确保混凝土的抗渗等级，保证设计的混凝土结构能够充分满足其荷载需求，从而避免荷载过度造成的裂缝问题。（2）对于混凝土自身因素造成的裂缝，可以通过施工技术层次的设计来进行控制。主要的施工技术措施有以下几个方面：①对收缩混凝土进行补偿。设计人员可以通过要求施工人员在混凝土施工过程中添加UEA、HEA等微膨胀剂，通过给予混凝土一定的膨胀值来抵消施工后的收缩值，来避免由于混凝土收缩造成的裂缝。②设置后浇带或膨胀带。当混凝土工程过长或者过宽时，都比较容易产生裂缝，针对此类问题，可以后浇带与膨胀带的措施来解决，其目的是尽量释放混凝土早期产生的约束力或补偿混凝土早期收缩变形的不完全，后浇带的设置以30m为宜，膨胀加强带多用于超过60m的混凝土工程。③提高混凝土抗拉能力。对于温度、湿度等问题引起的混凝土变形，可以通过增加抗变形钢筋、在墙体中部设置一道水平暗梁等措施，提高混凝土的抗拉能力。2.6抗浮能力地下室会受到地下水位的影响，如若不考虑地下室的抗浮水平，会产生结构失稳问题。在计算地下室抗浮能力时，不可以使用地勘报告中的平均水位标高，必须将极端情况下的最高水位标高纳入考虑范围中，一般而言，抗浮设计主要有：2.6.1配重抗浮所谓配重抗浮，就是促使地下室重量提升，加强地下室的抗浮水平，适用于基础较浅的地下室。主要的配重方式有使用低等级的混凝土在底板下部挂重及增加钢筋混凝土底板的厚度、用等级较低的混凝土在底板上部压重。2.6.2设置抗拔桩基于桩侧对地下室底板的摩擦阻力和桩体自身的重力，以此实现地下室抗浮，即设置抗拔桩。抗拔桩是通过利用桩体自身的重力和桩侧对地下室底板的摩擦阻力来实现地下室抗浮的方法。抗拔桩常用的桩型主要有预制桩和灌注桩两种，其数量与长度应该需要在进行计算后决定。如果采用桩筏基础，需要控制合理的桩距，避免造成底板厚度过大；若是采用桩承台基础，除了要考虑抵抗上部结构自重的桩数外，还需要对具备抗拔桩作用的桩数量进行计算。2.6.3锚杆抗浮利用锚杆抗浮的方式，主要是通过在底板与其地下土层之间设置拉杆的方式来实现，使用的拉杆就是锚杆，其直径一般在150-200mm之间。锚杆抗浮的方式不适用于淤泥、卵石以及沙层等土层，在使用中，要合理的计算其受力大小、布置方式以及施工能力等问题。结语综上所述，地下建筑的出现减轻了土地资源的紧缺，同时也让人们对地下建筑有了更多具有创新性和实用性的想法。同时，地下建筑的结构以及安全性能的也逐渐变的十分重要，从而给地下室的结构设计提供了很好的发展前景，这就要