住宅小區(qū)地下室底板結(jié)構設計

       摘 要：本文結(jié)合工程實例，詳細論述了住宅小區(qū)地下室底板結(jié)構設計方案分析對比和優(yōu)選，并對底板抗浮設計處理措施作了詳細驗算論證，對遇到的具體問題提出了建議和解決辦法。 

　　關鍵詞：地下室底板；無梁樓蓋；肋梁式筏板；抗浮設計 

　　1工程概況 　　 

　　衡陽某花園小區(qū)項目總占地面積45000m2，分三期開發(fā)，本工程為小區(qū)的二三期工程，二期工程用地7200 m2，地上建筑為16層，建筑面積為24500 m2；三期工程用地9230 m2，地上建筑為二棟13層，建筑面積為28500m2；建筑結(jié)構均采用框支剪力墻結(jié)構。其地下室橫跨二三期高層和小高層建筑物及中間位置，地下二層，面積為23000 m2，作車庫和設備用。 　　 

　　2地下室底板結(jié)構設計方案確定 　　 

　　本工程地下室底板板面相對標高為－9.250m，由于基礎較深，地下室底板承受水浮力作用，現(xiàn)就無梁樓蓋及肋梁式筏板兩種結(jié)構形式方案分別作如下計算分析比較。 

　　2.1無梁樓蓋式底板 

　　該方案的內(nèi)力分析和配筋計算應按柱上板帶和跨中板帶進行。為了使各截面的彎矩設計值適應各種活荷載的不利組合，在應用該法時，要求無梁樓蓋的布置必須滿足下列條件： 

　�。�1）每個方向至少應有三連續(xù)跨； 

　�。�2）同方向相鄰跨度的差值不超過較長跨度的1.3； 

　�。�3）任一區(qū)格板的長板與短板的比值不應超過2； 

　　用該方法計算時，只考慮全部均布荷載，不考慮活荷載的不利布置。彎矩系數(shù)法的計算步驟如下： 

　�。�1）分別按下式計算每個區(qū)格兩個方向的總彎矩設計值： 　 

　　g、q――板單位面積上作用的永久荷載和可變荷載設計值： 

　　c――柱帽在計算彎矩方向的有效寬度。 

　�。�2）將每一方向的總彎矩，分別分配給柱上板帶跟跨中板帶的支座載面和跨中載面，即將總彎矩乘以相應的系數(shù)。 

　　假設本工程地下室底板板厚750mm，則底板板底承受著9.85m（9.25+0.75－0.15=9.85m，由于地下水比較豐富，故計算設防水壓取到自然地坪）高水壓作用。因此計算得到此時水浮力標準值為42.75KN/m2(扣除板自重及覆土重)；而底板自重加面層及其上使用荷載，其標準值為23.75KN/m2，因此，該地下室底板處于向上作用的水浮力控制狀態(tài)，現(xiàn)在按照經(jīng)驗系數(shù)法計算結(jié)果如表1： 

　　故此，柱上板帶支座截面彎矩作用下需要配置φ22@150（As=2534mm2）跨中板帶跨中截面彎矩作用下需要配置φ18@150（As=1696mm2），才能滿足計算要求。 

　　2.2肋梁式筏板結(jié)構 

　　為了減少板厚，常在單向或雙向設置肋梁，肋梁可以往上也可以往下設置。當?shù)装�、墻板和頂板連成整體時，便形成剛度很大的箱形基礎。將地下室底板設計成肋梁式的筏板時，梁既是柱間的連梁又是板的支座，特別是梁上凸型肋梁筏板，既便于底板上坑、溝的設置，又可避免基礎邊緣的應力集中造成裂縫，且梁板結(jié)構受力明確，剛度大。由于連續(xù)基礎高度方向的尺寸遠小于其它兩個方向的尺寸，可以把它們看成地基上的梁板結(jié)構。該結(jié)構的受力特征是： 

　�。�1）剪力墻與柱下梁頂壓應力和梁底拉應力較大，跨中梁頂受拉，內(nèi)縱梁跨中頂受拉，梁底受壓，支座處梁底受拉、梁頂受壓；縱向邊梁與橫向主梁相交處梁頂受拉，與次梁相交處梁頂受杖，特征明顯；柱角處處梁底存在著應力集中現(xiàn)象。 

　�。�2）內(nèi)柱周邊板頂拉應力和板底壓應力較大，應力集中現(xiàn)象明顯。 

　�。�3）基礎梁的豎向位移中間較大，兩端較小，邊界元壓力分布與基礎位移分布相對應，基本符合文克勒假定。 

　　按《規(guī)范》第8.4.5條規(guī)定，梁板式筏基底板應滿足受沖切承載力和受剪切承載力的要求，通過對跨度從6～10m、長寬比從1～3、板厚從400～1000mm變化的梁板式筏基底板的計算來看，梁板式筏基底板都是受沖切承載力起控制作用，因此一般的梁板式筏基底板可以不進行底板受剪切承載力的驗算。對于平板式筏基而言，底板的柱下及核心筒邊的抗沖切驗算則必不可少，且應考慮不平衡彎矩的作用，尤其是邊柱和角柱。與平板筏基相比，梁板式筏基對于減小不均勻沉降、改善筏板內(nèi)力分布、降低工程造價方面都有比較明顯的優(yōu)點。 

　　因此，經(jīng)過兩個方案的反復比較，本工程最后選定的是肋梁式筏板結(jié)構。 　　 

　　3地下室肋梁式結(jié)構底板的主要結(jié)構參數(shù)和優(yōu)化設計處理 　　 

　　地下室底板基礎主梁截面為600×1200，次梁為450×1000，底板板厚500mm，雙層雙向φ16@150。具體布置詳見圖1所示。與無梁樓蓋式底板相比，板厚比其折算厚度減小將近15 mm，底板配筋也相應減少。 

　　地下室底板采用肋梁結(jié)構時，為了加強筏基梁與板的共同作用，設計時采用了適當?shù)臉嬙齑胧�。圖2為筏基梁基槽施工圖，用素混凝土將梁側(cè)充墊，擴大板與土體的有效接觸面積，在發(fā)揮板作用的同時，可改善梁的受力狀況。圖3為梁縱筋與板筋位置關系示意圖，板①筋位于梁②號筋以下較為合理，因為此時的板作用沒有完全發(fā)揮，更有必要加強二者的整體性，只是板的有效高度比設計值小，但并不影響板的抗沖切能力，設計時須注意該位置關系。 　　 

　　4地下室底板抗浮設計處理 　 

　　地下室上浮是因為地下室結(jié)構及上部結(jié)構的荷載重量不足以克服地下水的浮力，當筏板基礎底板上的結(jié)構重量大于實際上浮力后，整個基礎結(jié)構就能穩(wěn)定。本工程地下室底板承受9.6m（9.25+0.5－0.15=9.6m）水浮力作用,但是由地下室底板、地下一層板，地下室頂板及覆土共同產(chǎn)生的永久荷載標準值為49.5KN/m2，由計算可知，建筑物自身重量不能來平衡水浮力的作用，因此本工程需要對地下室進行抗浮設計。但是由于錨桿在施工過程中，需要的施工工藝比較高，施工周期長，且費用較大。因此，本工程采用灌注樁作為抗拔樁，利用側(cè)摩阻力和自身重度來抵抗浮力，由于地下水豐富，故此選用φ800灌注樁來實現(xiàn)地下室的抗浮設計。樁長26m，配筋12φ25，12фs15.2�？紤]經(jīng)濟合理原則，采用后張法無粘結(jié)預應力技術，減少鋼筋用量。 

　　根據(jù)《建筑樁基技術規(guī)范》JGJ94-94的規(guī)定，承受抗拔力的樁基需驗算以下幾部分： 

　　(1)樁側(cè)阻力和自重：樁側(cè)阻力和自重滿足抗拔極限承載力標準值要求： 　　 

　　采用樁側(cè)兩道后注漿，樁側(cè)阻力提高1.7倍。 　 

　　經(jīng)計算，滿足要求。 

　　(2)樁身主筋和預應力：依據(jù)《混凝土結(jié)構設計規(guī)范》GB50010-2002，樁身主筋和預應力筋滿足抗拔承載力要求。 　　 

　　經(jīng)計算，滿足要求。 

　　(3)樁身混凝土依據(jù)《混凝土結(jié)構設計規(guī)范》GB50010-2002，樁身混凝土滿足抗裂要求： 

　　最大裂縫寬度： 　 

　　將以上結(jié)果代入式（3），得最大裂縫寬度ωmax=0.057mm<0.2mm，滿足規(guī)范要求。以上各公式中符號意義，見有關規(guī)范。 

　　以上分析驗算表明,本工程的抗浮處理措施是合理有效的。 　 

　　5結(jié)語  

　　地下室底板結(jié)構除了作好抗浮處理外，還應對其做好防水處理措施，以防止其局部滲漏造成結(jié)構破壞現(xiàn)象的發(fā)生。地下室超長結(jié)構設計時，單靠后澆帶不足以解決混凝土收縮和溫度變化問題，可以考慮采用補償收縮混凝土，在適當位置設置膨脹加強帶，結(jié)構設計時還應對地下室，各部位混凝土的限制膨脹率提出明確要求。  

　　參考文獻： 

　　[1] 建筑地基基礎設計規(guī)范.GB50007-2002. 

　　[2] 建筑樁基技術規(guī)范.JGJ 94-94. 

　　[3] 混凝土結(jié)構設計規(guī)范.GB50010-2002.