建筑設(shè)計(jì)職稱范文淺談地下室設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)問題

　　摘　要：本文簡要介紹高層建筑大底盤地下室結(jié)構(gòu)以及大面積地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見的一些問題，從4個(gè)方面展開敘述，提出了相應(yīng)的解決方案，淺述筆者在地下室工程設(shè)計(jì)中的一點(diǎn)體會(huì)。

　　關(guān)鍵詞：抗浮設(shè)計(jì),不均勻沉降,結(jié)構(gòu)超長,基礎(chǔ)型式

　　1、前言

　　目前城市土地資源日益緊缺，建筑及城市交通有逐漸向地下發(fā)展的趨勢(shì)。為滿足建筑功能和結(jié)構(gòu)本身的需要，地下結(jié)構(gòu)已向多層發(fā)展。地下工程在整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目中所占的比重越來越大。由于地下工程材料消耗大、建造周期長、施工難度大，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞將會(huì)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)周期、施工工期以及建造費(fèi)用產(chǎn)生巨大的影響。另外，地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也比較復(fù)雜，主要技術(shù)問題有：地基承載力及變形問題、抗浮問題、不均勻沉降問題、結(jié)構(gòu)超長問題、基礎(chǔ)型式的選取和計(jì)算方法問題、人防設(shè)計(jì)等等;這里僅對(duì)地下室設(shè)計(jì)中遇到的常見問題進(jìn)行分析，并給出對(duì)策措施，簡要分析地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)問題及其相互關(guān)系。

　　2、抗浮問題

　　南方地區(qū)地下水位一般較淺，雨水較多，對(duì)于地下室層數(shù)在1～2層的高層建筑而言，一般在使用階段應(yīng)該考慮存在抗浮問題。裙房及純地下室部分可能會(huì)有抗浮不滿足要求的問題。針對(duì)此種情況，應(yīng)采取以下措施：

　?、旁谠O(shè)計(jì)允許的情況下，盡可能提高基坑坑底的設(shè)計(jì)標(biāo)高，間接降低抗浮設(shè)防水位。高層建筑的基礎(chǔ)底板多采用平板式筏板基礎(chǔ)和梁板式筏板基礎(chǔ)。一般而言，平板式筏板基礎(chǔ)的重量與梁板式筏板基礎(chǔ)上填覆土的重量基本相當(dāng)，但后者的基礎(chǔ)高度一般要比前者高，在保證基頂標(biāo)高不變的情況下，后者的基礎(chǔ)埋深要大于前者。從而相對(duì)提高了抗浮水位，故采用平板式筏板基礎(chǔ)有利于降低抗浮水位。

　?、圃黾拥叵率业淖灾厥墙鉀Q地下室抗浮問題的一個(gè)直接有效的方法，此種方法大致有以下3種情況：增加地下室頂板壓載、基板加載、邊墻加載等方法增加地下結(jié)構(gòu)物自身重量。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是施工及設(shè)計(jì)簡單;缺點(diǎn)是當(dāng)結(jié)構(gòu)物需要抵抗較大浮力時(shí)，需大量增加混凝土或相關(guān)配重材料用量，費(fèi)用增加較多。

　?、茄由旎宸ā４朔N方法是將地下結(jié)構(gòu)的基板向外延伸而形成翼板，由翼板承托覆土以抵抗上浮力。這種抗浮力可能有兩種：一種是垂直壓力和側(cè)翼壓力之和;另一種是為垂直壓力與土間摩擦力之和，要取這兩種力量中的較小者。但是，為了要延伸基板而成翼板，開挖的范圍將因而加寬，土方及使用土地面積也將因而加大，其所增加的抗浮力變大。此法一般適用于不受場地限制的規(guī)模較小地下結(jié)構(gòu)物的抗浮。

　　⑷設(shè)置抗拔樁?？拱螛妒强垢≡O(shè)計(jì)中常用的方案之一，只要條件允許，抗拔樁一般均嵌入堅(jiān)硬而埋藏較淺的基巖中。由于造價(jià)及施工條件的限制，抗拔樁一般入巖不深，需要對(duì)入巖樁段部分進(jìn)行樁端灌漿處理。如果上覆土層較厚，樁無法埋入基巖，那就只能全靠樁側(cè)土的表面摩擦阻力抗拔，此摩擦阻力較小，抗浮效果不佳;若在樁端設(shè)置擴(kuò)大頭，則能大大提高樁的抗拔能力。這對(duì)于抗拔樁的承載力設(shè)計(jì)而言，相對(duì)于受壓樁存在兩個(gè)突出的特點(diǎn)：①受壓樁的承載力組成中有端承力部分，而抗拔樁則無。②受壓樁的樁身彈性壓縮引起樁身側(cè)向膨脹使樁土界面的摩阻力趨向于增加，摩阻力的增加則隨樁身位移由上而下逐步發(fā)揮;而抗拔樁在拉伸荷載作用下樁身斷面有收縮的趨向，使樁土界面摩阻力減小。由于拉伸荷載是作用于樁頂，摩阻力的發(fā)揮同樣系由上而下逐步發(fā)生。在設(shè)計(jì)抗拔樁時(shí)，在單位面積樁身摩阻力的選用上自然比受壓樁要低。

　　3、不均勻沉降問題

　　解決不均勻沉降問題大致有以下幾種方法：

　?、湃狗亢透邔咏ㄖg設(shè)沉降縫，讓各部分自由沉降，互不影響，避免由于不均勻沉降產(chǎn)生的內(nèi)力，但實(shí)際上這樣做，給建筑的立面處理、地下室的防滲漏、基礎(chǔ)的埋置深度和整體穩(wěn)定等帶來很多困難。

　　⑵裙房和高層建筑之間不設(shè)沉降縫，采用端承樁，將樁端置于堅(jiān)硬的基巖或砂卵石層上。這樣，既滿足了地基承載力要求，又避免了明顯的沉降差。但這種方法基礎(chǔ)材料用量多，不經(jīng)濟(jì)，一般用于超高層建筑或地基持力層較差的情況。

　?、窃谠O(shè)計(jì)中不設(shè)沉降縫，而采取一定的措施，調(diào)整地基反力，盡量減少不同部分的地基反力差，從而減少沉降差。如：裙房部分采用天然地基，主樓部分采用復(fù)合地基或樁基。裙房和主樓部分采用不同的基礎(chǔ)形式，主樓采用筏基或箱基，裙房采用獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)。

　?、仍谥魅箻侵g設(shè)置沉降后澆帶，鋼筋不斷，先施工主樓，待主樓封頂完成大部分沉降后，再施工裙房。兩部分沉降基本穩(wěn)定后再澆筑后澆帶。這樣，用調(diào)時(shí)間差的辦法解決了沉降差，同時(shí)又避免了設(shè)置沉降縫帶來的麻煩。

　　4、地下室結(jié)構(gòu)超長問題

　　地下結(jié)構(gòu)雖然受溫度變化的影響較地上結(jié)構(gòu)小，但周邊約束作用較強(qiáng)，防止裂縫開展，應(yīng)采取相應(yīng)措施，目前比較成熟的做有以下幾種：

　?、旁O(shè)置伸縮后澆帶。作為混凝土早期短時(shí)期釋放約束力的一種技術(shù)措施，較長久性變形縫已有很大的改進(jìn)并被廣泛應(yīng)用。地下結(jié)構(gòu)一般在結(jié)構(gòu)長度大于40～60m時(shí)宜設(shè)置一道伸縮后澆帶，普通的伸縮后澆帶寬度約為800～1000mm，鋼筋貫通不切斷。對(duì)于平面尺寸特別長的地下結(jié)構(gòu)，應(yīng)設(shè)置鋼筋斷開的伸縮后澆帶，后澆帶的寬度按鋼筋搭接所需最小尺寸和必要的操作空間確定。

　?、撇辉O(shè)置伸縮后澆帶，采取其它相應(yīng)措施。主要有：①補(bǔ)償收縮混凝土，即在混凝土中滲入微膨脹劑。以混凝土的膨脹值減去混凝土的最終收縮值的差值大于或等于混凝土的極限拉伸即可控制裂縫;②膨脹帶，由于混凝土中膨脹劑的膨脹變形不會(huì)與混凝土的早期收縮變形完全補(bǔ)償，為了實(shí)現(xiàn)混凝土連續(xù)澆注無縫施工而設(shè)置的補(bǔ)償收縮混凝土帶，根據(jù)一些工程實(shí)踐，一般超過60m設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶;③提高鋼筋混凝土的抗拉能力，混凝土應(yīng)考慮增加抗變形鋼筋，對(duì)于側(cè)壁，增加水平溫度筋，在混凝土面層起強(qiáng)化作用。側(cè)壁受底板和頂板的約束，混凝土脹縮不一致，可在墻體中部設(shè)一道水平暗梁抵抗拉力。

　　5、基礎(chǔ)型式的選取及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題

　　現(xiàn)代高層建筑多為大底盤多塔樓式建筑群，由于上部結(jié)構(gòu)荷載差異巨大，導(dǎo)致基底反力相差很大，對(duì)基礎(chǔ)而言，應(yīng)根據(jù)不同的上部結(jié)構(gòu)型式、荷載大小、地基的承載力及剛度等采用不同的基礎(chǔ)型式。本文就樁基礎(chǔ)的有關(guān)問題進(jìn)行討論。

　?、艠痘O(shè)計(jì)中靜載荷試驗(yàn)的重要性

　　樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程，往往受到時(shí)間的約束首先根據(jù)地質(zhì)報(bào)告提供的參數(shù)確定單樁承載力設(shè)計(jì)值，根據(jù)這個(gè)估算的單樁承載力直接進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)并施工，等工程樁施工結(jié)束后再挑選試樁進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)。這個(gè)過程具有相當(dāng)?shù)牟豢茖W(xué)性，結(jié)果符合估算要求，則皆大歡喜，否則因工程已施工完畢補(bǔ)樁也會(huì)很困難，且有時(shí)因地質(zhì)報(bào)告有出入會(huì)給施工中帶來相當(dāng)?shù)牟槐?。這里主要有兩個(gè)問題，其一是根據(jù)地質(zhì)報(bào)告提供的樁周土摩擦力標(biāo)準(zhǔn)值及樁端土承載力標(biāo)準(zhǔn)值由規(guī)范GB50007-2002計(jì)算的場區(qū)單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值，這是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)根據(jù)具體情況合理取值。近幾年來筆者通過各類樁基礎(chǔ)中試樁及工程樁的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)樁的實(shí)際承載力均大于計(jì)算值，有些相差幅度較大，因此按試樁獲得的實(shí)際承載力將會(huì)比按勘察報(bào)告估算的承載力來布置基礎(chǔ)將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。其二是當(dāng)場地不均勻或地質(zhì)報(bào)告數(shù)值有偏差的情況下，不進(jìn)行試樁而直接按地質(zhì)報(bào)告進(jìn)行工程樁施工將給施工帶來巨大的困難且造成不必要的浪費(fèi)。因此樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過程中靜載荷試驗(yàn)是一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)。因?yàn)榇隧?xiàng)工作質(zhì)量直接影響到樁基形式、樁規(guī)格和樁入土深度的確定，同時(shí)也對(duì)施工難易有密切影響。通過科學(xué)試驗(yàn)，取得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，能使設(shè)計(jì)方案更加合理、可行和經(jīng)濟(jì)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過縮短工期所獲得的效益。

　?、脐P(guān)于樁偏差的控制和處理

　　樁基施工中對(duì)樁的偏差必須嚴(yán)格控制，特別是對(duì)于承臺(tái)樁及條形樁，樁位的偏差都將產(chǎn)生很大的附加內(nèi)力，使基礎(chǔ)設(shè)計(jì)處于不安全狀態(tài)。對(duì)于樁位偏差我們主要控制兩個(gè)方面，一是豎向偏差，根據(jù)JGJ94-94第7.4.12條我們控制樁頂標(biāo)高的允許偏差為-50～+100mm，二則是樁位的水平偏差。根據(jù)JGJ94-94第7.4.11條控制各樁位偏差，施工過程中發(fā)現(xiàn)樁位偏差較大則應(yīng)及時(shí)補(bǔ)樁處理。

　　6、結(jié)語

　　地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是涉及內(nèi)容繁多且復(fù)雜，有些問題至今尚未得到很好的解決，如：地基與基礎(chǔ)的相互作用問題、上部結(jié)構(gòu)剛度對(duì)地基基礎(chǔ)的影響等。高層建筑由于地下工程龐大，建設(shè)工程在地下的投資已經(jīng)接近甚至超過了地上，因此無論是從技術(shù)還是從經(jīng)濟(jì)的角度講都需要我們更深入地研究地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)問題，提高設(shè)計(jì)水平，真正做到技術(shù)與經(jīng)濟(jì)同步、安全與適用協(xié)調(diào)。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]GB50010-2002《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》

　　[2]GB50007-2002《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》

　　[3]JGJ94-94《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》

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