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地下結(jié)構(gòu)與構(gòu)造設(shè)計探討
摘要：為了符合目前國家的政策，許多房屋都要設(shè)置地下室，不過在地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計與抗浮驗算設(shè)計，現(xiàn)行國家主要結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范并沒有明確的規(guī)定。每人有不同的想法和思路，最終引來不一樣結(jié)果。由于地下室成本占整個房屋建筑成本比率較大，因此如何正確把握地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計和構(gòu)造很重要，筆者結(jié)合國家規(guī)范和地方標準，提出地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計和構(gòu)造措施基本思路和方法，以便正確快速進行地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計和構(gòu)造措施的確定，減少浪費，節(jié)約地下室投資。通過本文，在以后的地下室工程的設(shè)計過程中，可以引導(dǎo)他人能正確，快速進行地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計和構(gòu)造措施確定。
關(guān)鍵詞：地下室; 構(gòu)造措施; 結(jié)構(gòu)設(shè)計
目前情況下，地下室設(shè)置比較普遍，許多房屋都要設(shè)置地下室，不過在地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計與抗浮驗算設(shè)計，現(xiàn)行國家主要結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范并沒有明確的規(guī)定。本人結(jié)合國家規(guī)范和地方標準，提出地下室結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計與抗浮設(shè)計過程的想法，供設(shè)計人員探討、參考。
1、地下室設(shè)計中有關(guān)規(guī)范的選用
在地下室設(shè)計計算過程中選用的現(xiàn)行規(guī)范有：《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》，《人民防空地下室設(shè)計規(guī)范》，《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》，《種植屋面工程技術(shù)規(guī)程》，《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(2006年版)等。
2、地下室的各種荷載選取
2.1地下室頂部：
2.1.1上部覆土：根據(jù)地下室頂板上部的實際覆土情況進行計算。
2.1.2 消防車道：雙向樓蓋(板跨不小于6mX6m)，無梁樓蓋(柱網(wǎng)尺寸不小于6mX6m)按20 KN/m2計算。單向樓蓋(板跨不小于2m)， 按35 KN/m2計算。
2.1.3活荷載：按5 KN/m2取值。
2.1.4 水荷載：根據(jù)地下室頂板上部的實際水位情況進行計算。
2.2地下室側(cè)墻荷載：
2.2.1 地下室頂板以外以上部分覆土引起的側(cè)向壓力。一般側(cè)壓力系數(shù)取0.5。
2.2.2 地下室側(cè)向土壓力：地下水位(抗浮設(shè)計水位)以上土側(cè)向壓力。地下水位(抗浮設(shè)計水位)以下土側(cè)向壓力。
2.2.3 地下室側(cè)向水壓力。
2.2.4 地下室外周邊地面活荷載：10 KN/m2。
2.2.5 人防荷載：按《人民防空地下室設(shè)計規(guī)范》取值。
(注：抗浮設(shè)計水位為，國家規(guī)范沒有明確規(guī)定，一般可按當(dāng)?shù)貥藴蚀_定(地質(zhì)報告中有明確數(shù)據(jù))。福建省防洪設(shè)計的暫行規(guī)定要求：對重大工程按室外地面以上500mm高度確定。地質(zhì)報告中沒有明確數(shù)據(jù)的按室外地坪標高確定。地下室的防水設(shè)計水位：也就是地下水的最大水頭，可按歷史最高水位+1m確定，主要用于建筑室外防水設(shè)計及地下室室外防水和確定地下結(jié)構(gòu)的抗?jié)B等級。)
2.3 地下室底部荷載：
2.3.1地下室底部水浮力。
2.3.2地下室底板自重及底板上覆土自重，底板上面層自重。
3、地下室的各種計算系數(shù)選取
3.1防水混凝土等級：按《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》見下表：
3.2防水混凝土結(jié)構(gòu)底板的混凝土墊層強度等級不應(yīng)小于C15，厚度不應(yīng)小于100mm，在軟弱土層中不應(yīng)小于150mm。
3.3 防水混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)厚度不應(yīng)小于250mm
3.4裂縫寬度不得大于0.2mm
3.5鋼筋保護層厚度應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的耐久性和工程環(huán)境選用，迎水面鋼筋保護層厚度不應(yīng)小于50mm
3.6《人民防空地下室設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：承重鋼筋混凝土外墻的最小厚度為200mm。
3.7混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定當(dāng)對地下室墻體采取可靠的建筑防水做法或防護措施時，與土層接觸一側(cè)鋼筋的保護層厚度可適當(dāng)減少，但不應(yīng)小于25mm。保護層厚度大于50mm時采用鋼筋網(wǎng)片保護。在設(shè)計中一般情況下與土接觸的保護層選用為40mm并做好建筑防水面層。這樣既滿足了《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》，又滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》。
3.8混凝土等級：《人民防空地下室設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：混凝土強度不應(yīng)低于C20。一般情況下，混凝土強度等級宜低不宜高，常用C30，當(dāng)?shù)叵率彝鈮τ猩喜拷Y(jié)構(gòu)的承重柱，混凝土強度等級較高，此時進行局部受壓驗算。滿足局部受壓要求。
3.9各種力的分項系數(shù)：(豎向受力從上往下時)
恒載：對結(jié)構(gòu)不利時按1.2(對由永久荷載效應(yīng)控制的組合時取1.35)，對結(jié)構(gòu)有利時按1.0。
活載：對結(jié)構(gòu)不利時按1.4，對結(jié)構(gòu)有利時按0.0。
地下水壓力：水位不急劇變化的水壓力按永久荷載考慮，水位急劇變化的水壓力按可變荷載考慮。
土壓力：土壓力引起的效應(yīng)為永久荷載效應(yīng)，當(dāng)考慮由可變荷載效應(yīng)控制的組合時，分項系數(shù)取1.2，當(dāng)考慮由永久荷載效應(yīng)控制的組合時，荷載分項系數(shù)取1.35.側(cè)墻土壓力宜取靜止土壓力。
4、裂縫控制：
4.1地下室側(cè)墻：與土接觸一側(cè)為0.2mm，室內(nèi)為0.3mm(通風(fēng)良好)
4.2地下室底板梁板：與土接觸一側(cè)為0.2mm，室內(nèi)為0.3mm
4.3地下室頂板梁板：與土接觸一側(cè)為0.2mm，室內(nèi)為0.3mm
但設(shè)計時底板梁板，頂板梁板采用0.25mm控制裂縫。
5、地下室各種材料：
5.1水泥品種宜采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥
5.2宜選用堅固耐久、粒形良好的潔凈石子，最大粒徑不宜大于40mm，泵送時其最大粒徑不應(yīng)大于輸送管徑的1/4，吸水率不應(yīng)大于1.5%，不得使用堿活性骨料，石子符合國家現(xiàn)行規(guī)定。
5.3砂宜選用堅硬、抗風(fēng)化性強潔凈的中粗砂，不宜使用海砂，砂質(zhì)量符合國家現(xiàn)行標準。
5.4防水混凝土中各類材料總堿量(Na2O 量)不得大于3kg/m3，氯離子含量不應(yīng)超過膠凝材料總量的0.1%。
6、地下室計算
6.1抗浮驗算
2006年版《荷載規(guī)范》第3.2.5條第3款規(guī)定：對結(jié)構(gòu)的傾覆滑移或漂浮驗算，荷載的分項系數(shù)應(yīng)按有關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定采用。
6.1.1廣東省標準《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(DBJ15-31-2003)第5.2.1條規(guī)定：地下室抗浮滿足下式：
W/F≥1.05
W――地下室自重及其上作用的永久荷載標準值的總和
F――地下水浮力(地下水浮力標準值)
6.1.2 北京市建筑設(shè)計技術(shù)細則(結(jié)構(gòu)專業(yè))第3.1.8條第5款規(guī)定按下式：
建筑物重量(不包括活載)/水浮力≥1.0
建筑物重量及水浮力的分項系數(shù)取1.0
6.1.3 水池設(shè)計規(guī)程的規(guī)定
《給水排水工程鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》(CEC 9138.2002)第5.2.4條規(guī)定：
驗算時作用力均取標準值，抵抗力只計算不包括池內(nèi)盛水的永久作用和水池側(cè)壁上的摩擦力，抗力系數(shù)不應(yīng)小于1.05。
本人建議：北方缺水地區(qū)參考北京規(guī)定，南方富水地區(qū)參考廣東規(guī)定。
6.2地下室頂板計算：
地下室頂板：結(jié)構(gòu)可分為梁板式或柱板式結(jié)構(gòu)，可用PKPM建模，按SATWE進行計算。
6.3地下室側(cè)墻：
一般情況下，把樓板和基礎(chǔ)底板作為外墻板的支點，按單向板(單跨、兩跨或多跨)計算，頂板處按鉸支座，樓層處為連續(xù)梁鉸支。基礎(chǔ)底板處按固端(當(dāng)基礎(chǔ)底板厚度小于側(cè)墻板時按鉸支座)。
6.4地下室底板：結(jié)構(gòu)可分為筏板式或抗水板式結(jié)構(gòu)，按pkpm中的JCCAD進行計算，或按倒樓蓋進行PKPM建模，按SATWE進行計算。
7、構(gòu)造措施
7.1后澆帶
地下室長度超過40m時，宜每隔20-30m設(shè)置后澆帶一道，其寬度一般不小于800mm，后澆帶位置宜在距柱或距墻的中部1/3范圍內(nèi)。后澆帶混凝土強度提高一級，采用微膨脹砼，時間不得小于后澆帶兩側(cè)砼澆灌完畢后1個月。后澆帶防水構(gòu)造見《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》P47頁。
7.2變形縫
變形縫處混凝土結(jié)構(gòu)厚度不應(yīng)小于300mm。
變形縫最大允許沉降差值不應(yīng)大于30mm。
變形縫寬宜為20-30mm。
7.3樁頭防水設(shè)計
樁頭防水構(gòu)造見《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》P54頁。
7.4當(dāng)只有一層地下室，外墻高度不滿足首層柱荷載擴散剛性角(柱間中心距離大于墻的高度)，或者窗洞較大時，外墻平面內(nèi)在基礎(chǔ)底板反力作用下，應(yīng)按深梁或空腹桁架驗算，確定墻底部及墻頂部的所需配筋。當(dāng)有多層地下室，或外墻高度滿足了柱荷載擴散剛性角時，外墻頂部宜配置兩根直徑不小于20mm的水平通長構(gòu)造鋼筋，墻底部由于基礎(chǔ)底板鋼筋較大沒有必要另配附加構(gòu)造鋼筋。
7.5地下室外墻豎向鋼筋與基礎(chǔ)底板的連接，因為外墻厚度一般遠小于基礎(chǔ)底板，底板計算時在外墻端常按鉸支座考慮，外墻在底板端計算時按固端，因此底板上下鋼筋可伸至外墻外側(cè)，在端部可不設(shè)彎鉤(底板上鋼筋錨入支座按需要5d或15d就夠)。外墻外側(cè)豎向鋼筋在基礎(chǔ)底板彎后直段長度按其搭接與底板下鋼筋相連，見圖1。
7.6當(dāng)有多層地下室的外墻，各層墻厚度和配筋可以不相同。墻的外側(cè)豎向鋼筋宜在距樓板1/4～1/3層高處接頭，內(nèi)側(cè)豎向鋼筋可在樓板處接頭。墻外側(cè)水平鋼筋宜在內(nèi)墻間中部接頭，內(nèi)側(cè)水平鋼筋宜在內(nèi)墻處接頭。鋼筋接頭當(dāng)直徑小于22mm時可采用搭接接頭，直徑等于大于22mm時宜采用機械接頭或焊接。
7.7地下室外墻的豎向和水平鋼筋，除按計算確定外，每側(cè)均不應(yīng)小于受彎構(gòu)件的最小配筋率。當(dāng)外墻長度較長時，考慮到混凝土硬化過程及溫度影響可能產(chǎn)生收縮裂縫，水平鋼筋配筋率宜適當(dāng)增大。外墻的豎向和水平鋼筋宜采用變形鋼筋，直徑宜小間距宜密，最大間距不宜大于200mm。外側(cè)水平鋼筋與內(nèi)側(cè)水平鋼筋之間應(yīng)設(shè)拉接鋼筋，其直徑可選6mm，間距不大于600mm梅花形布置，人防外墻時拉接鋼筋間距不大于500mm。
8、幾點體會
8.1在地下室各種荷載選用中，一定要以建成后的現(xiàn)場實際情況為依據(jù)，滿足各種受力情況。
8.2在地下室各種計算系數(shù)的選用中，一定要符合現(xiàn)場的實際情況，分析對結(jié)構(gòu)有利還是不利來確定系數(shù)值。
8.3對地下室的裂縫控制，要從建成后實際情況來確定裂縫寬度。
8.4選用地下室材料時，各種材料一定要滿足現(xiàn)行國家規(guī)范。
8.5對地下室的抗浮驗算中，要分南方北方地區(qū)的實際地下水位情況，來定抗浮系數(shù)。在結(jié)構(gòu)計算中要明確簡化結(jié)構(gòu)模型的方法。
8.6在地下室結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施中，超長結(jié)構(gòu)要設(shè)置后澆帶，變形縫，要明確墻板鋼筋布置方法，鋼筋搭接位置。
總之，地下室設(shè)計過程中，首先選用各種荷載，各種系數(shù)正確無誤，其次要有正確的結(jié)構(gòu)計算方法及正確構(gòu)造措施。這樣才能保證地下結(jié)構(gòu)的安全，經(jīng)濟，適用。
參考文獻：
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[3] 地下工程防水技術(shù)規(guī)范.(GB 50108-2008)
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[5] 李國勝.多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中疑難問題的處理及算例
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