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地下結構與構造設計探討
摘要：為了符合目前國家的政策，許多房屋都要設置地下室，不過(guò)在地下室結構設計與抗浮驗算設計，現行國家主要結構設計規范并沒(méi)有明確的規定。每人有不同的想法和思路，最終引來(lái)不一樣結果。由于地下室成本占整個(gè)房屋建筑成本比率較大，因此如何正確把握地下室結構設計和構造很重要，筆者結合國家規范和地方標準，提出地下室結構設計和構造措施基本思路和方法，以便正確快速進(jìn)行地下室結構設計和構造措施的確定，減少浪費，節約地下室投資。通過(guò)本文，在以后的地下室工程的設計過(guò)程中，可以引導他人能正確，快速進(jìn)行地下室結構設計和構造措施確定。
關(guān)鍵詞：地下室; 構造措施; 結構設計
目前情況下，地下室設置比較普遍，許多房屋都要設置地下室，不過(guò)在地下室結構設計與抗浮驗算設計，現行國家主要結構設計規范并沒(méi)有明確的規定。本人結合國家規范和地方標準，提出地下室結構構造設計與抗浮設計過(guò)程的想法，供設計人員探討、參考。
1、地下室設計中有關(guān)規范的選用
在地下室設計計算過(guò)程中選用的現行規范有：《混凝土結構設計規范》，《人民防空地下室設計規范》，《地下工程防水技術(shù)規范》，《種植屋面工程技術(shù)規程》，《建筑結構荷載規范》(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：根據地下室頂板上部的實(shí)際覆土情況進(jìn)行計算。
2.1.2 消防車(chē)道：雙向樓蓋(板跨不小于6mX6m)，無(wú)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：根據地下室頂板上部的實(shí)際水位情況進(jìn)行計算。
2.2地下室側墻荷載：
2.2.1 地下室頂板以外以上部分覆土引起的側向壓力。一般側壓力系數取0.5。
2.2.2 地下室側向土壓力：地下水位(抗浮設計水位)以上土側向壓力。地下水位(抗浮設計水位)以下土側向壓力。
2.2.3 地下室側向水壓力。
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《人民防空地下室設計規范》取值。
(注：抗浮設計水位為，國家規范沒(méi)有明確規定，一般可按當地標準確定(地質(zhì)報告中有明確數據)。福建省防洪設計的暫行規定要求：對重大工程按室外地面以上500mm高度確定。地質(zhì)報告中沒(méi)有明確數據的按室外地坪標高確定。地下室的防水設計水位：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計及地下室室外防水和確定地下結構的抗滲等級。)
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選取
3.1防水混凝土等級：按《地下工程防水技術(shù)規范》見(jiàn)下表：
3.2防水混凝土結構底板的混凝土墊層強度等級不應小于C15，厚度不應小于100mm，在軟弱土層中不應小于150mm。
3.3 防水混凝土結構，結構厚度不應小于250mm
3.4裂縫寬度不得大于0.2mm
3.5鋼筋保護層厚度應根據結構的耐久性和工程環(huán)境選用，迎水面鋼筋保護層厚度不應小于50mm
3.6《人民防空地下室設計規范》規定：承重鋼筋混凝土外墻的最小厚度為200mm。
3.7混凝土結構設計規范》中規定當對地下室墻體采取可靠的建筑防水做法或防護措施時(shí)，與土層接觸一側鋼筋的保護層厚度可適當減少，但不應小于25mm。保護層厚度大于50mm時(shí)采用鋼筋網(wǎng)片保護。在設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(mǎn)足了《地下工程防水技術(shù)規范》，又滿(mǎn)足《混凝土結構設計規范》。
3.8混凝土等級：《人民防空地下室設計規范》規定：混凝土強度不應低于C20。一般情況下，混凝土強度等級宜低不宜高，常用C30，當地下室外墻有上部結構的承重柱，混凝土強度等級較高，此時(shí)進(jìn)行局部受壓驗算。滿(mǎn)足局部受壓要求。
3.9各種力的分項系數：(豎向受力從上往下時(shí))
恒載：對結構不利時(shí)按1.2(對由永久荷載效應控制的組合時(shí)取1.35)，對結構有利時(shí)按1.0。
活載：對結構不利時(shí)按1.4，對結構有利時(shí)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：土壓力引起的效應為永久荷載效應，當考慮由可變荷載效應控制的組合時(shí)，分項系數取1.2，當考慮由永久荷載效應控制的組合時(shí)，荷載分項系數取1.35.側墻土壓力宜取靜止土壓力。
4、裂縫控制：
4.1地下室側墻：與土接觸一側為0.2mm，室內為0.3mm(通風(fēng)良好)
4.2地下室底板梁板：與土接觸一側為0.2mm，室內為0.3mm
4.3地下室頂板梁板：與土接觸一側為0.2mm，室內為0.3mm
但設計時(shí)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(shí)其最大粒徑不應大于輸送管徑的1/4，吸水率不應大于1.5%，不得使用堿活性骨料，石子符合國家現行規定。
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)量符合國家現行標準。
5.4防水混凝土中各類(lèi)材料總堿量(Na2O 量)不得大于3kg/m3，氯離子含量不應超過(guò)膠凝材料總量的0.1%。
6、地下室計算
6.1抗浮驗算
2006年版《荷載規范》第3.2.5條第3款規定：對結構的傾覆滑移或漂浮驗算，荷載的分項系數應按有關(guān)的結構設計規范的規定采用。
6.1.1廣東省標準《建筑地基基礎設計規范》(DBJ15-31-2003)第5.2.1條規定：地下室抗浮滿(mǎn)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 北京市建筑設計技術(shù)細則(結構專(zhuān)業(yè))第3.1.8條第5款規定按下式：
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取1.0
6.1.3 水池設計規程的規定
《給水排水工程鋼筋混凝土水池結構設計規程》(CEC 9138.2002)第5.2.4條規定：
驗算時(shí)作用力均取標準值，抵抗力只計算不包括池內盛水的永久作用和水池側壁上的摩擦力，抗力系數不應小于1.05。
本人建議：北方缺水地區參考北京規定，南方富水地區參考廣東規定。
6.2地下室頂板計算：
地下室頂板：結構可分為梁板式或柱板式結構，可用PKPM建模，按SATWE進(jìn)行計算。
6.3地下室側墻：
一般情況下，把樓板和基礎底板作為外墻板的支點(diǎn)，按單向板(單跨、兩跨或多跨)計算，頂板處按鉸支座，樓層處為連續梁鉸支�；A底板處按固端(當基礎底板厚度小于側墻板時(shí)按鉸支座)。
6.4地下室底板：結構可分為筏板式或抗水板式結構，按pkpm中的JCCAD進(jìn)行計算，或按倒樓蓋進(jìn)行PKPM建模，按SATWE進(jìn)行計算。
7、構造措施
7.1后澆帶
地下室長(cháng)度超過(guò)40m時(shí)，宜每隔20-30m設置后澆帶一道，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。后澆帶混凝土強度提高一級，采用微膨脹砼，時(shí)間不得小于后澆帶兩側砼澆灌完畢后1個(gè)月。后澆帶防水構造見(jiàn)《地下工程防水技術(shù)規范》P47頁(yè)。
7.2變形縫
變形縫處混凝土結構厚度不應小于300mm。
變形縫最大允許沉降差值不應大于30mm。
變形縫寬宜為20-30mm。
7.3樁頭防水設計
樁頭防水構造見(jiàn)《地下工程防水技術(shù)規范》P54頁(yè)。
7.4當只有一層地下室，外墻高度不滿(mǎn)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(shí)，外墻平面內在基礎底板反力作用下，應按深梁或空腹桁架驗算，確定墻底部及墻頂部的所需配筋。當有多層地下室，或外墻高度滿(mǎn)足了柱荷載擴散剛性角時(shí)，外墻頂部宜配置兩根直徑不小于20mm的水平通長(cháng)構造鋼筋，墻底部由于基礎底板鋼筋較大沒(méi)有必要另配附加構造鋼筋。
7.5地下室外墻豎向鋼筋與基礎底板的連接，因為外墻厚度一般遠小于基礎底板，底板計算時(shí)在外墻端常按鉸支座考慮，外墻在底板端計算時(shí)按固端，因此底板上下鋼筋可伸至外墻外側，在端部可不設彎鉤(底板上鋼筋錨入支座按需要5d或15d就夠)。外墻外側豎向鋼筋在基礎底板彎后直段長(cháng)度按其搭接與底板下鋼筋相連，見(jiàn)圖1。
7.6當有多層地下室的外墻，各層墻厚度和配筋可以不相同。墻的外側豎向鋼筋宜在距樓板1/4～1/3層高處接頭，內側豎向鋼筋可在樓板處接頭。墻外側水平鋼筋宜在內墻間中部接頭，內側水平鋼筋宜在內墻處接頭。鋼筋接頭當直徑小于22mm時(shí)可采用搭接接頭，直徑等于大于22mm時(shí)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，每側均不應小于受彎構件的最小配筋率。當外墻長(cháng)度較長(cháng)時(shí)，考慮到混凝土硬化過(guò)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。外側水平鋼筋與內側水平鋼筋之間應設拉接鋼筋，其直徑可選6mm，間距不大于600mm梅花形布置，人防外墻時(shí)拉接鋼筋間距不大于500mm。
8、幾點(diǎn)體會(huì )
8.1在地下室各種荷載選用中，一定要以建成后的現場(chǎng)實(shí)際情況為依據，滿(mǎn)足各種受力情況。
8.2在地下室各種計算系數的選用中，一定要符合現場(chǎng)的實(shí)際情況，分析對結構有利還是不利來(lái)確定系數值。
8.3對地下室的裂縫控制，要從建成后實(shí)際情況來(lái)確定裂縫寬度。
8.4選用地下室材料時(shí)，各種材料一定要滿(mǎn)足現行國家規范。
8.5對地下室的抗浮驗算中，要分南方北方地區的實(shí)際地下水位情況，來(lái)定抗浮系數。在結構計算中要明確簡(jiǎn)化結構模型的方法。
8.6在地下室結構構造措施中，超長(cháng)結構要設置后澆帶，變形縫，要明確墻板鋼筋布置方法，鋼筋搭接位置。
總之，地下室設計過(guò)程中，首先選用各種荷載，各種系數正確無(wú)誤，其次要有正確的結構計算方法及正確構造措施。這樣才能保證地下結構的安全，經(jīng)濟，適用。
參考文獻：
[1] 混凝土結構設計規范.(GB 50010-2010);
[2] 人民防空地下室設計規范.(GB 50038-2005);
[3] 地下工程防水技術(shù)規范.(GB 50108-2008)
[4] 建筑結構荷載規范.(GB 50009-2001(2006年版)
[5] 李國勝.多高層鋼筋混凝土結構設計中疑難問(wèn)題的處理及算例
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