地下室結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計分析

夏啟文

一、地下室抗浮設(shè)計的合理取值

1. 抗浮水位取值

（1）、地質(zhì)勘探報告應(yīng)明確地下工程抗浮設(shè)防水位，對潛水、承壓水及地面滯水應(yīng)有明確水位描述及水力聯(lián)系。

（2）、全埋地下室及半埋地下室均應(yīng)滿足整體抗浮與局部抗浮要求，并進行建筑物的構(gòu)件的強度及剛度驗算。地下室設(shè)計中應(yīng)注明施工期間的抗浮具體要求，避免發(fā)生施工期間的地下室上浮或?qū)拱螛叮ɑ驐U件）造成超載的工程事故。

2. 抗浮設(shè)計

（1）、利用結(jié)構(gòu)自重的抗浮構(gòu)造措施：

抗浮荷載計算時，應(yīng)考慮底板柱墩凸出底板那部分的壓重;外墻處可考慮將底板挑出，此部分回填密實土以此來增加上部結(jié)構(gòu)自重。除此之外還可以增大地下室底板面以上回填層厚度，回填材料采用重混凝土（容重30KN/m3）。

（2）、抗浮樁及抗浮錨桿

a）當(dāng)設(shè)置抗浮樁時，一般根據(jù)柱墩大小預(yù)估柱下最佳樁數(shù)，原則上做到標(biāo)準(zhǔn)跨或大面積的柱下的布樁能基本用足單樁抗拔特征值。

b）設(shè)計抗浮樁時，樁長超過 6 米時，考慮到經(jīng)濟性，可根據(jù)抗浮力的大小對樁身分段配筋（將下部約 1/3 段的配筋部分截斷）。

c）當(dāng)采用預(yù)應(yīng)力管樁作抗浮樁時，同一單元可采用不同樁徑及樁長。

二、主樓地下室嵌固端的選擇

1. 地下室頂板必須具有足夠的平面內(nèi)剛度，以有效傳遞地震基底剪力。所以地下室頂板應(yīng)避免開設(shè)大洞口，頂板厚度不宜小于180mm。地下室在地上結(jié)構(gòu)相關(guān)范圍的頂板應(yīng)采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)，相關(guān)范圍以外的地下室頂板宜采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)。

2. 結(jié)構(gòu)地上一層的側(cè)向剛度，不宜大于相關(guān)范圍地下一層側(cè)向剛度的0.5倍;地下室周邊宜有與其頂板相連的抗震墻。

3. 地下一層抗震墻墻肢端部邊緣構(gòu)件縱向鋼筋的截面面積，不應(yīng)少于地上一層對應(yīng)墻肢端部邊緣構(gòu)件縱向鋼筋的截面面積。

三、地下室頂板結(jié)構(gòu)體系比較及造價差異分析

1.地下室頂板的結(jié)構(gòu)體系概況及造價參數(shù)

柱網(wǎng)7.8mx8.1m，頂板覆土1.2m，地下室頂板可以采用井字樓蓋、單向梁樓蓋、框架梁+大板樓蓋、框架梁加腋+大板樓蓋、密肋梁樓蓋幾種形式，經(jīng)過大量設(shè)計實例后的統(tǒng)計后，將其優(yōu)劣勢總結(jié)如下：

（1）、對于標(biāo)準(zhǔn)的7.8X8.1柱網(wǎng)覆土1.2m地下室工程，頂板結(jié)構(gòu)體系綜合

成本順序：無梁樓蓋<單向梁<井字梁樓蓋<有梁大板，有梁樓蓋包括（框架梁加腋+大板、框架梁+大板）。無梁樓蓋在單層地下室頂板中的優(yōu)勢是明顯的，特別體現(xiàn)在含鋼量上，根據(jù)各類材料中所占比重來看，含鋼量導(dǎo)致各樓蓋的單方造價差異會更大。

（2）無梁樓蓋一般應(yīng)用于附建式無主樓大底盤地庫中。主樓以地下室頂板為嵌固端時，主樓及相關(guān)范圍內(nèi)一般采用有梁樓板。梁樓蓋設(shè)計要使用有限元分析計算軟件，從無梁樓蓋的一些工程事故來看，無梁樓蓋的薄弱環(huán)節(jié)在柱帽，應(yīng)加強柱帽抗剪設(shè)計，施工前要對柱帽施工縫的留置位置的進行技術(shù)交底。

（3）、采用單向梁方案時，要設(shè)備專業(yè)根據(jù)單向梁的方向調(diào)整管線走向方能降低地下室層高，才能發(fā)揮此種結(jié)構(gòu)體系的降低層高的優(yōu)勢。

（4）、當(dāng)柱網(wǎng)較小，頂板有防水板最小厚度要求，做有梁結(jié)構(gòu)時可采用主梁大板方案，控制板厚與構(gòu)造配筋率的關(guān)系，充分發(fā)揮板的承載力。

（5）、雙層地下室，負(fù)一層樓面荷載較小，一般采用單向梁結(jié)構(gòu)體系。

（6）、計算框架梁+大板體系時，考慮梁板協(xié)同作用，有利于優(yōu)化框架梁與大板的結(jié)構(gòu)配筋。

四、地下室頂層梁板構(gòu)造措施優(yōu)化

1.地下室頂板荷載取值

（1）、頂板恒荷載取值一般根據(jù)建筑規(guī)劃專業(yè)提供的覆土厚度，而建筑規(guī)劃專業(yè)一般按平均覆土厚度，但景觀專業(yè)在設(shè)計過程中，局部需要堆高造景，覆土厚度增加，可根據(jù)堆土的等高線確定不同的覆土厚度區(qū)域來取頂板恒載。

（2）、消防車道及登高面等消防車荷載，可以根據(jù)其位置分區(qū)域取值，一般消防車道處于兩跨之中，在計算模型輸入時，消防車道荷載取值可考慮與其他樓板折算。

2.頂板配筋優(yōu)化

（1）純地下室頂板配筋總優(yōu)化原則：控制通長鋼筋的配筋率，特別是板面鋼筋，一般均按構(gòu)造配筋率控制，并與板厚相協(xié)調(diào)（必要時可以調(diào)整板厚），不足部分加短鋼筋，個別板塊可以原位標(biāo)注等等;

a）板頂采用部分通長筋加附加短筋的形式，通長鋼筋用量應(yīng)接近最小配筋率要求，根據(jù)板的配筋包絡(luò)圖確定附加鋼筋的用量和長度。

b）板裂縫寬度計算時需考慮支座梁的剛域影響。

c）頂板局部跨度較大或荷載較大處板塊應(yīng)根據(jù)實際情況進行比較，采用加厚板或設(shè)置次梁的方案。

d）當(dāng)下部鋼筋計算值明顯不均勻時，應(yīng)分區(qū)配置頂板拉通鋼筋，不足部分附加短鋼筋。

（2）主樓下地下室頂板一般為主樓嵌固端，板厚按規(guī)范要求為180mm，主樓開間一般較小，盡量減少頂板次梁的設(shè)置，充分發(fā)揮嵌固端厚板的作用，已達到板構(gòu)造配筋率的充分發(fā)揮。

3.梁截面及配筋

（1）梁上部拉通筋避免選擇較大規(guī)格的鋼筋，當(dāng)滿足框架梁上下截面配筋比值時，上部筋能采用架立筋時盡量采用小直徑架立筋。

（2）主樓外地庫 350 寬的框架梁，局部箍筋 3 肢箍能滿足要求的，配置 3 肢箍;間距盡量細(xì)化，以減少大面積的箍筋配筋。

五、地下室內(nèi)外墻設(shè)計

地下室外墻采用抗浮水位進行承載力計算，按常年水位驗算裂縫，采用分離式配筋，按彎矩包絡(luò)圖配筋。

1.當(dāng)?shù)叵率翼敯迮c外墻采用固接時，外墻計算時可考慮頂板傳遞彎矩對外墻彎矩分布的有利影響。（按固端與鉸接之間的彈性支座考慮）

2.外墻豎向配筋應(yīng)采用通長鋼筋加附加短筋的形式，附加鋼筋長度應(yīng)根據(jù)配筋包絡(luò)圖合理確定。

3.地下室層高較高時，為減小外墻計算高度，可考慮加豎向腋墻或水平腋墻，變成雙向受力板模型等措施。

4.地下室外墻不應(yīng)設(shè)置暗梁，墻頂外側(cè)豎向筋水平錨入頂板即可。

六、地下室基礎(chǔ)設(shè)計

1.基礎(chǔ)選用原則

首先判斷能否采用天然地基，當(dāng)天然地基時不能滿足要求時，再考慮采用樁基礎(chǔ);在合適的情況下，可結(jié)合當(dāng)?shù)爻墒旖?jīng)驗，考慮采用復(fù)合地基方案。（一般情況下：天然地基<復(fù)合地基<樁基）

2.樁型、樁長的選擇

a）當(dāng)采用樁基時，樁型的選擇應(yīng)結(jié)合地質(zhì)條件，并應(yīng)提前進行試樁，找出經(jīng)濟合理的樁型和承載力。

b）提供相同承載力時的價格：空心方樁<管樁<實心方樁<鉆孔灌注樁;一般情況下優(yōu)先考慮選用空心方樁和管樁，在空心方樁和管樁因工程場地地質(zhì)情況或地方規(guī)定不能采用的情況下，再考慮選擇鉆孔灌注樁。當(dāng)場地持力層埋置較淺時，可考慮采用人工挖孔灌注樁。

3.天然基礎(chǔ)形式

a）當(dāng)采用天然地基時，一般采用筏板+下柱墩（無梁樓蓋+柱帽），傳力直接，經(jīng)濟性好，方便施工。

b）當(dāng)天然地基持力層承載力高且底板水反力不大時，可采取獨立柱基+防水板的形式。

c）當(dāng)存在軟弱土需采用樁基時：采用樁基承臺+防水板的形式。淤泥質(zhì)土層很厚時，管樁直徑要大，承載力適當(dāng)折減。

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