摘 要：結(jié)合某工程地下室的設(shè)計(jì)實(shí)例，對(duì)地下室淺埋、大板樓蓋頂板、加腋框梁、人防頂板的塑性設(shè)計(jì)、超長結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計(jì)等作了探討。
關(guān)鍵詞：人防地下室；結(jié)構(gòu)；無梁樓蓋底板；無縫設(shè)計(jì)
1 地下室結(jié)構(gòu)選型和優(yōu)化原則
地下室的結(jié)構(gòu)選型和優(yōu)化設(shè)計(jì)非常重要，在方案階段就應(yīng)該因地制宜地對(duì)多個(gè)方案進(jìn)行詳細(xì)的比較、論證，選出最優(yōu)方案。選優(yōu)原則如下：
1)根據(jù)地下室頂板板厚、荷載，滿足凈空要求的最大梁高等條件，進(jìn)行井字梁、十字梁、單向板、大板樓蓋、無梁樓蓋、預(yù)應(yīng)力等多種項(xiàng)板結(jié)構(gòu)方案的比較，選出造價(jià)低、施工方便的最優(yōu)結(jié)構(gòu)方案。值得注意的是，最優(yōu)方案不是一成不變的，關(guān)鍵在于要熟悉各種方案的特點(diǎn)。例如，在主梁梁高適中的條件下，十字梁比井字梁樓蓋節(jié)約；但如果荷載特別大，允許梁高偏小時(shí)，井字梁樓蓋更節(jié)省，原因是十字梁體體系主梁彎矩更大，配筋率接近超筋時(shí)用鋼量會(huì)大幅增加；荷載較大時(shí)，一般情況下井字梁體系比大板樓蓋節(jié)省。但當(dāng)由于功能或構(gòu)造需要，板厚較大，或存在人防荷載時(shí)，則大板樓蓋體系更為節(jié)省，等等。
2)在滿足功能及基礎(chǔ)埋深前提下，地下室應(yīng)盡量淺埋。淺埋可以減少土方成本，減小地下室外墻外側(cè)的土壓力，在沿海地下水位較高地區(qū)尤其可以減小水浮力，可有效節(jié)約底板造價(jià)及地下室抗浮成本，同時(shí)亦可減小地下室滲漏風(fēng)險(xiǎn)。所以，地下室盡量淺埋是地下室方案論證之“綱”。
3)充分利用地下室底板板厚較大的條件，根據(jù)情況，選用無梁樓蓋底板或筏板基礎(chǔ)。
4)采取措施，增大地下室凈空，減小地下室埋深。例如，地下室用結(jié)構(gòu)找坡，頂板主梁采用加腋梁(設(shè)備管線盡量布在梁跨中梁高較小處)等措施。
2 工程概況
某工程，地下1層地下室，大部分面積為甲類核6級(jí)常6級(jí)人防地下室，平時(shí)為停車庫。地上11層，框剪結(jié)構(gòu)，墻柱直接落地，只有個(gè)別墻段采用局部轉(zhuǎn)換梁轉(zhuǎn)換。高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，抗震設(shè)防烈度6度，基本風(fēng)壓0.85kN/m�2(50a重現(xiàn)期1。場(chǎng)地土地層分層為第①層素填土，第②1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，第②2層淤泥質(zhì)粉砂，第③層粗砂等。地下室底板底標(biāo)高土層為第②2層淤泥質(zhì)粉砂，飽和，松散狀，施工難度很大。
工程特點(diǎn)：地下水豐富，水位高；地下室底板底標(biāo)高土層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，軟弱土層不宜擾動(dòng)。地下室形狀狹長(長約220m)，人防地下室面積大。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
1)相鄰塔樓單元不設(shè)縫，合為一個(gè)單體建筑(上部)；
2)地下室底板為無梁樓蓋；
3)地下室頂板為大板，無次梁，頂板主梁為加腋梁(小跨梁除外)；
4)地下室超長結(jié)構(gòu)采用補(bǔ)償收縮混凝土連續(xù)澆筑的無縫設(shè)計(jì)。
3 人防地下室頂板設(shè)計(jì)
地下室頂板采用無次梁大板結(jié)構(gòu)體系：由于地下室頂板絕大部分均為人防頂板(只有局部配電室、水泵房等為非人防區(qū)域)，為了充分利用人防頂板板厚較大(>200mm)的特點(diǎn)，本工程不設(shè)次梁，采用無次梁大板結(jié)構(gòu)體系，可以顯著降低用鋼量。板的配筋方式：普通梁板結(jié)構(gòu)體系(井字梁或十字梁)的板塊尺寸小，板配筋多為雙層雙向通長構(gòu)造配筋。但不設(shè)次梁的大板塊尺寸大，配筋大多數(shù)是計(jì)算配筋，配筋方式為構(gòu)造筋雙層雙向通長，另外布置附加鋼筋。
板的彈塑性算法：由于頂板的人防等效荷載比較大，如果用彈性板計(jì)算，支座負(fù)筋太大，無法配置。而由于人防荷載作用下可以考慮塑性內(nèi)力重分布，所以本項(xiàng)目采用PKPM塑性板算法計(jì)算板內(nèi)力，配筋結(jié)果比較合理。普通梁板體系頂板配筋由戰(zhàn)時(shí)人防荷載組合控制，但由于頂板上景觀需要覆土1.2m厚，消防車道需考慮消防車荷載，平時(shí)荷載非常大。完全按戰(zhàn)時(shí)荷載工況有時(shí)難以滿足平時(shí)荷載工況下的配筋及裂縫要求，還應(yīng)對(duì)平時(shí)工況進(jìn)行復(fù)核。結(jié)果發(fā)現(xiàn)大板塊的彈塑性算法板面筋比彈性板算法小很多，部分板塊，尤其是板上恒載、活載較大的板塊，其面筋小于平時(shí)荷載工況的彈性板算法結(jié)果，最后按照平時(shí)、戰(zhàn)時(shí)計(jì)算配筋包絡(luò)值配筋。
塑性板計(jì)算配筋應(yīng)注意的兩個(gè)問題：①較狹長板塊，接近單向板時(shí)，板塊支座面筋偏大，與相當(dāng)于其2倍尺寸的雙向板塑性算法的面筋相當(dāng)。采用理正人防塑性算法驗(yàn)算，結(jié)果相同，按計(jì)算結(jié)果配筋;②部分板塊支座面筋非常大，與彈性算法結(jié)果比較，兩者相同。而理正人防塑性算法結(jié)果支座面筋小很多，較合理。比較發(fā)現(xiàn)此類板塊均不是矩形板塊，是存在斜邊的梯形或異型板。PKPM無法對(duì)異型板進(jìn)行塑性算法計(jì)算，只能利用其他軟件簡(jiǎn)化計(jì)算。
4 地下室底板采用無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系
無梁樓蓋底板特點(diǎn)：①省去底板地粱，節(jié)約鋼筋，減少含鋼量。由于本工程地下水位高，水頭大，底板厚度取400mm，適合采用無梁樓蓋底板。無梁樓蓋底板配筋與梁板式底板相比，板厚較大，只有局部柱上板帶支座附加底筋略大，其他部位均為構(gòu)造配筋，總的配筋量基本相當(dāng)，但是節(jié)省了地梁鋼筋;②施工方便。由于地下室底板標(biāo)高處土層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，非常軟弱，地下水豐富，水位高，地梁施工難度很大。無梁樓蓋底板省去了地梁的基槽開挖和磚模砌筑，尤其減少了對(duì)板底軟弱土層的擾動(dòng)，極大地降低了施工難度。
無梁樓蓋底板計(jì)算：采用PKPM、SLABCAD復(fù)雜樓板分析設(shè)計(jì)軟件建模計(jì)算，分向上、向下兩種荷載工況分別計(jì)算配筋。計(jì)算模型將主梁定義為100mm~100mm的虛梁，板厚定義為400mm。計(jì)算工況：①平時(shí)、向下荷載組合：考慮底板、墊層、隔墻自重，車庫活載;②平時(shí)、向上荷載組合(倒樓蓋算法)：底板、墊層、隔墻自重，水浮力;③戰(zhàn)時(shí)、向上荷載組合(倒樓蓋算法)：底板、墊層、隔墻自重、水浮力及向上人防等效荷載。
板帶配筋計(jì)算：先運(yùn)行SATWE計(jì)算，再運(yùn)行SLABCAD計(jì)算，自動(dòng)劃分板帶時(shí)柱上板帶各取兩邊板寬的比例為0.25，將承臺(tái)按柱帽輸入，選板柱結(jié)構(gòu)類型，選擇適當(dāng)?shù)挠邢拊W(wǎng)格尺寸(嚴(yán)重影響計(jì)算，時(shí)間的長短)，得出板帶計(jì)算結(jié)果(配筋、撓度、裂縫驗(yàn)算)。程序給出的板帶配筋數(shù)據(jù)為程序自動(dòng)劃分板帶寬度范圍板的配筋總量。
底板設(shè)計(jì)：①配筋：板厚400mm，多數(shù)板帶均為構(gòu)造配筋，只有部分大跨度的柱上板帶板底支座、板頂鋼筋為計(jì)算配筋，需要另外標(biāo)注附加鋼筋;②板帶劃分：由于柱網(wǎng)，尤其是塔樓處柱網(wǎng)不規(guī)則，板帶交錯(cuò)，很難按照常規(guī)規(guī)則柱網(wǎng)劃分板帶。而且由于絕大部分板帶均為構(gòu)造配筋，故按照構(gòu)造雙層雙向通長配筋，對(duì)配筋較大的板帶進(jìn)行板帶劃分，并標(biāo)注板帶內(nèi)的附加鋼筋。無梁底板配筋的主要工作就是找出非構(gòu)造配筋板帶，進(jìn)行板帶劃分、定位，并標(biāo)注出附加鋼筋;③注意驗(yàn)算柱下承臺(tái)處底板沖切。柱下承臺(tái)即是無梁底板的柱帽，多樁承臺(tái)平面尺寸較大，底板沖切一般能滿足，重點(diǎn)驗(yàn)算單樁承臺(tái)情況是否滿足沖切要求。
5 超長地下室無縫設(shè)計(jì)
由于地下室平面狹長，長度約220m，原設(shè)計(jì)沿地下室長向置了三條1000mm寬伸縮后澆帶，塔樓位置設(shè)二道2000mm寬膨脹加強(qiáng)帶。由于后澆帶一般澆筑二個(gè)月后方可封閉，然后才可進(jìn)行基坑回填，從而需要長時(shí)問基坑降水，費(fèi)用高，難度大。施工期問根據(jù)甲方意見，將三條l000mm寬伸縮后澆帶修改為2000mm寬膨脹加強(qiáng)帶。本工程采用了補(bǔ)償收縮混凝土連續(xù)澆筑的超長結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計(jì)，2000mm寬膨脹加強(qiáng)帶采用水中養(yǎng)護(hù)14d限制膨脹率>0.035％的大膨脹混凝土(摻ZY型膨脹劑或UEA)，膨脹加強(qiáng)帶外側(cè)采用水中養(yǎng)護(hù)14d限制膨脹率≥0.025％的小膨脹混凝土(摻ZY或UEA膨脹劑)�；炷烈淮芜B續(xù)澆筑，縮短了基坑暴露時(shí)間，降低了施工復(fù)雜程度，結(jié)構(gòu)基本沒出現(xiàn)裂縫，自防水性能良好。
6 結(jié)語
設(shè)計(jì)過程中，為了解決遇到的多個(gè)難題，圍繞盡量減小地下室底板埋深這一主線，經(jīng)過多方案比較、優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用了無梁樓蓋底板、無次梁大板塊頂板、加腋梁，超長結(jié)構(gòu)采用補(bǔ)償收縮混凝土連續(xù)澆筑的無縫設(shè)計(jì)。節(jié)約了用鋼量，降低了施工難度，取得了經(jīng)濟(jì)合理、施工方便的良好效果。對(duì)類似工程的設(shè)計(jì)具有啟發(fā)和借鑒意義。
