摘要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，設(shè)置有地下室的高層建筑越來越多。設(shè)置地下室對高層建筑有減少地震作用對上部結(jié)構(gòu)的影響、提高地基土的承載力等諸多優(yōu)點(diǎn)。地下室設(shè)計的合理與否將直接影響高層建筑的正常使用與造價。本文結(jié)合工程實例，從安全技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)的優(yōu)化角度，對下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算方法以及構(gòu)造措施等進(jìn)行深入分析，結(jié)合筆者體會，提出地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計的一些設(shè)計要點(diǎn)，希望為同類工程設(shè)計提指導(dǎo)性的借鑒。
關(guān)鍵詞：地下室；結(jié)構(gòu)設(shè)計；地下室底板；地下室頂板
1工程概況
某工程地上為二十層的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，地下為二層結(jié)構(gòu)，主要用途是停車為停車庫。建筑高度為69.7米，建筑設(shè)計使用年限為50年。該工程采用平析式筏板基礎(chǔ)形式，樁型為預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土樁，樁端持力層為全風(fēng)化巖。建筑抗震設(shè)計類別為丙類，工程所處地區(qū)的抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.10g�？蚣芎图袅Φ目拐鸬燃壘鶠槎墶⑵渲锌蛑е�、框支梁為一級。裙樓結(jié)構(gòu)部分的抗震等級與主體結(jié)構(gòu)相同，仍為二級。地下室在平時主要作為停車庫，戰(zhàn)時則作為人防工程，人防等級設(shè)計為六級。
2設(shè)置有地下室的高層建筑的嵌固位置
鋼筋混凝土高層建筑在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析之前，必須首先確定結(jié)構(gòu)嵌固端所在位置，其直接關(guān)系到計算模型與實際受力態(tài)的符合程度。目前實際工程中大多數(shù)單塔或多塔高層建筑都帶有面積較大的地下室以及層數(shù)不多的裙房，而且裙房可能相連成大底盤。《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》規(guī)定高層建筑地下室在滿足一定條件下，地下室頂板可以作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端。在確定帶地下室的高層建筑嵌固位置時需要特殊注意以下幾點(diǎn)；
（1）地下一層結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度應(yīng)不小于地上結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度的2倍。結(jié)構(gòu)層側(cè)向剛度可近似按等效剪切剛度計算。
�。�2）“應(yīng)采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)，其樓板厚度不宜小于180mm，混凝土強(qiáng)度等級不宜小于C30，應(yīng)采用又層雙向配筋，且每層每個方向配筋率不且小于0.25g%”。對樓蓋結(jié)構(gòu)形式、樓板厚度以及配筋提出詳細(xì)要求。相對梁板結(jié)構(gòu)而言，無梁蓋結(jié)構(gòu)平面外剛度較小，難以符合剛性樓板假定的基本要求，因此，作為上部結(jié)構(gòu)嵌部位的地下室頂板，主樓范圍以及與之相連裙房地下室頂板的相關(guān)范圍應(yīng)采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)，無地上地下室頂板其它位置可采用無梁樓蓋結(jié)構(gòu)。對于地下室形成大底盤結(jié)構(gòu)而言，其中的“相關(guān)范圍”指距主樓兩跨且不小于15m范圍。具體范圍如圖（1）
�。�3） 計算多塔大底盤地下室結(jié)構(gòu)樓層剪切剛度比時，大底盤地下室的整體剛度與所有塔樓的總體剛度比應(yīng)滿足上述（1）中剛度比的要求，而且每棟塔樓范圍內(nèi)（塔樓周邊向外擴(kuò)出與地下室高度相等的水平長度）的地下室剪切剛底與相鄰上部結(jié)構(gòu)塔樓剪切剛度的剪切剛度不宜小于1.5。
3地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1地下室頂板設(shè)計。
主樓室內(nèi)部分地下室頂板設(shè)計。工程由于主樓室內(nèi)部分的地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端，根據(jù)施工單位要求適宜考慮施工階段的承載力驗算，因此考慮施工荷載后樓板荷載取為10kN/m2;對于地下室頂板的活荷載，筆者認(rèn)為根據(jù)極限狀態(tài)下的基本組合，活荷載取值為5kN/m2已滿足要求。
�。�1）露天頂板設(shè)計。對于出現(xiàn)純地下室車庫或者高層建筑地下室上部局部無建筑物進(jìn)，則地下室頂板應(yīng)按露天頂板進(jìn)行設(shè)計，而本工程由于出現(xiàn)部分純地下室車庫，因些地下室頂按露天頂板設(shè)計，取露天荷載為10kN/m2。
�。�2）人防地下室的荷載取值。工程的地下室一層為人防地下室，所以對于本工程中的露天頂板要考慮到爆動荷載影響，但鑒于人防地下室頂板的爆動等效荷載要比消防車作用的板面等效荷載較大，因此人防地下室頂板的荷載按照六級人防頂板的等效荷載考慮，取為60kN/m2，但在設(shè)計中不同時考慮這兩種荷載的組合，僅需按人防爆動等效荷載進(jìn)憲地下室頂板計算。
3.2地下室底板設(shè)計
�。�1）地下室底板的結(jié)構(gòu)布置應(yīng)做到傳力明確而且經(jīng)濟(jì)合理，一般適宜采用梁板式結(jié)構(gòu)，這樣有助于把地下室底板設(shè)計為雙向板，有利于荷載均勻傳遞到周圍的基礎(chǔ)梁上。為了滿足底板抗?jié)B要求，底板厚度取值不少于300mm。
�。�2） 地下室底析的鋼筋布置要合理。筆者認(rèn)為，地下室底板同一方向的梁板面筋應(yīng)布置在相同標(biāo)高上，沒必要把兩個方向的板面筋布置在梁面筋以下。這是由于基礎(chǔ)梁兩個方向的面筋本身就存在高差，而若把底板雙向的面筋都布置在基礎(chǔ)面筋下，則會造成底板面筋的面筋保護(hù)層過大，造成窩頂情況出現(xiàn)。
（3 ）地下室抗浮驗算與設(shè)計。 地下室應(yīng)驗算地下水壓是否超出地下室部分的恒載，驗算時應(yīng)取恒載分項系數(shù)為0.9，水的發(fā)項系數(shù)為1.0。若驗算發(fā)現(xiàn)恒載不能滿足地下室的抗浮要求，則應(yīng)通過設(shè)置抗撥樁來抵抗地下水的浮力。這時可在基礎(chǔ)梁跨中設(shè)置抗撥樁，按水浮力配置鋼筋時抗撥樁可作為來支座考慮。
4建筑物上部結(jié)構(gòu)、地下室、地基的相互作用關(guān)系
（1） 高層建筑的基礎(chǔ)上部整體連接著層數(shù)很多的框架、剪力墻或筒體結(jié)構(gòu)，地下室四周很厚的擋土墻又緊貼著有效側(cè)限的密實回填土，下部又連接著沿深度變化的地基。無論在豎幾荷載還是水平荷載的作用下，它們都會有機(jī)地共同作用，相互協(xié)調(diào)變形。盡管在這方面的設(shè)計計算理論仍不夠完善，但如果僅僅把基礎(chǔ)從上部結(jié)構(gòu)和下部地基的客觀邊界條件中完全隔離出來進(jìn)行計算，是根本無法達(dá)到真正設(shè)計要求的目的的。
（2）高層建筑基礎(chǔ)的分析與設(shè)計經(jīng)歷了不考慮上、下共同相互作用的階段、僅考慮基礎(chǔ)和地基共同作用的階段，到現(xiàn)今開始全面考慮上部結(jié)構(gòu)和地基基面相互作用的新階段。我國目前也有了專門的高層建筑與地基基礎(chǔ)共同作用理論的相關(guān)計算程序，如果設(shè)計人員所用的計算機(jī)結(jié)構(gòu)分析軟件仍是沿襲著不客觀充分考慮相互作用的常規(guī)計算方法，設(shè)計的計算結(jié)果往往和工程實測的結(jié)果相差甚遠(yuǎn)，達(dá)不到經(jīng)濟(jì)合理性的要求。
出現(xiàn)這種基礎(chǔ)底板內(nèi)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于常規(guī)計算方法的因素很多，如在基礎(chǔ)底板施工是時，只有底板的自重，且無任何上部結(jié)構(gòu)的邊界約束，而混凝土的硬化收縮力大，在底板的收縮應(yīng)變的過程中，使混凝土中的縱向鋼筋產(chǎn)生了預(yù)壓應(yīng)力。另外，基礎(chǔ)底面和地基土之間巨大的摩擦力起著一定程度的反彎曲作用。摩擦力是整棟建筑的客觀邊界條件，不能視而不見。特別是對于天然地基的箱形和筏形基礎(chǔ)來講，地基土都比較堅實，變形模量和基床系數(shù)都比較大，則基礎(chǔ)底板的內(nèi)力和相應(yīng)的繞曲率勢必會相應(yīng)減少。
結(jié)束語
由于地下室的特殊位置，其結(jié)構(gòu)設(shè)計是較復(fù)雜的設(shè)計問題，要考慮以及涉及的內(nèi)容繁多，甚至對于一些關(guān)于地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計問題目前還沒得到思想一致，如基礎(chǔ)與地基的相互作用、上部結(jié)構(gòu)剛度對地基基礎(chǔ)的影響程度等。鑒于地下室的復(fù)雜設(shè)計因素，這要求我們設(shè)計人員在進(jìn)行地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計是應(yīng)把握安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的協(xié)調(diào)原則，從技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)方面去深入研究地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計技術(shù)問題。
參考文獻(xiàn)
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