高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例分析

1、<p>　　高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例分析</p><p>　　摘要：結(jié)合工程實(shí)例，筆者從地下室基礎(chǔ)、頂板、側(cè)壁、底板四方面介紹高層建筑地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可供相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員參考。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高層建筑、地下室、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)、頂板、側(cè)壁、底板 </p><p>　　中圖分類號(hào)：[TU208.3] 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </p

2、><p><b>　　1 工程概況 </b></p><p>　　某住宅建筑高度為 53.6m，主體結(jié)構(gòu)為18 層，采用鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地下室為 1 層，主要當(dāng)車庫使用。該工程采用了預(yù)應(yīng)力管樁，持力層為強(qiáng)風(fēng)化巖或中風(fēng)化巖，單樁承載力特征值為1700kN，地下室底板采用平板式筏，抗浮水頭 5m。該建筑的抗震設(shè)計(jì)類別為丙類，抗震設(shè)防烈度為 7 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度

3、值為 0.10g。主體結(jié)構(gòu)中框架和剪力墻的抗震等級(jí)都是三級(jí)，框支柱、框支梁為二級(jí)抗震等級(jí)。地下室平時(shí)用于車庫使用，戰(zhàn)時(shí)可為人防工程，人防設(shè)計(jì)等級(jí)為6級(jí)。 </p><p>　　2 地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) </p><p>　　2. 1 地下室基礎(chǔ)設(shè)計(jì) </p><p>　　根據(jù)本工程地質(zhì)報(bào)告的情況，本工程采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，持力層為強(qiáng)風(fēng)化巖或中風(fēng)化巖，500mm直徑管樁單樁

4、承載力特征值1700kN，巖層承載力較高，可滿足沉降的要求。 </p><p>　　2. 2 地下室頂板設(shè)計(jì) </p><p>　　本工程地下室頂板上設(shè)計(jì)了園林景觀，需覆土0.5m，同時(shí)考慮到設(shè)備管線的高度及其保護(hù)土層厚度，最后確定覆土厚度為1.1m。 </p><p>　　1）主樓室內(nèi)部分地下室頂板設(shè)計(jì) </p><p>　　主樓室內(nèi)部分的

5、地下室頂板適宜考慮施工階段的承載力驗(yàn)算，因此考慮施工荷載后樓板荷載取為5kN/m2。 </p><p>　　2）園林景觀頂板設(shè)計(jì) </p><p>　　園林景觀部分除考慮覆土的重量外，尚需考慮景觀、道路及附屬設(shè)施的荷載；本工程景觀部分荷載取值為 4kN/m2，消防車道部分荷載較大，按照規(guī)范的要求應(yīng)為 35kN/m2，但考慮到本工程地下室頂板上有1.1m 的覆土，荷載經(jīng)過擴(kuò)散后實(shí)際傳導(dǎo)到梁板

6、上的荷載已大大減小，經(jīng)計(jì)算擴(kuò)散后消防荷載取值可按 20kN/m2考慮。 </p><p>　　3）人防地下室的荷載取值 </p><p>　　由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(dòng)荷載影響，但鑒于人防地下室頂板的爆動(dòng)等效荷載要比消防車作用的板面等效荷載大，因此人防地下室頂板的荷載按照六級(jí)人防頂板的等效荷載考慮，取750kN/m2，但在設(shè)計(jì)中不同時(shí)考慮這兩種荷載的組

7、合，僅需按人防爆動(dòng)等效荷載進(jìn)行地下室頂板計(jì)算。 </p><p>　　2. 3 地下室側(cè)壁設(shè)計(jì) </p><p>　　1）進(jìn)行地下室側(cè)壁設(shè)計(jì)時(shí)，側(cè)壁主要考慮的荷載有：結(jié)構(gòu)自重、地面堆載及活載、防核爆等效靜荷載、側(cè)向土壓力、地下水壓力等，由于側(cè)壁受有多種荷載共同作用，受力較為復(fù)雜，為了簡化計(jì)算，在設(shè)計(jì)中可作如圖 1 所示的合理的簡化。 </p><p>　　本工程地面

8、活荷載取為q=10kN/m2，則折算土的厚度應(yīng)為h= 10/18=0.56m，等代土壓力采用公式σ0=γ1h1ka計(jì)算。側(cè)向土壓力對于地下水位以上的土壓力采用公式 σs1=γh2ka，對于地下水位以下的土壓力則采用公式σs2=γh3ka計(jì)算。經(jīng)計(jì)算地下室 1 層的側(cè)壁板厚取為 350mm。 </p><p>　　2）側(cè)壁的構(gòu)造要求是，在與土壤接觸的側(cè)壁混凝土保護(hù)層取為40mm，地下室內(nèi)部的混凝土則取為 15mm。

9、把地下室側(cè)壁的水平鋼筋配置在外側(cè)，而豎向鋼筋配置在側(cè)壁內(nèi)側(cè)。為了有效控制本地下室的側(cè)壁混凝土開裂，混凝土強(qiáng)度等級(jí)并不宜取得高，以減小混凝土的收縮應(yīng)力，工程混凝土強(qiáng)度等級(jí)取為 C30。同時(shí)，本工程還設(shè)置了多道后澆帶，有效的減小了地下室混凝土開裂。 </p><p>　　2. 4 地下室底板設(shè)計(jì) </p><p>　　1）地下室底板主要以抗?jié)B和抗浮計(jì)算為主，地下水位按50a 一遇考慮取在室外地

10、坪，抗浮水頭 5m，抗?jié)B等級(jí) P6。地下室底板所處土層為淤泥及淤泥質(zhì)土，承載力較低不能作為持力層，故本次設(shè)計(jì)地下室底板按倒樓蓋設(shè)計(jì)，采用無梁樓蓋的方法計(jì)算，采用經(jīng)驗(yàn)法，經(jīng)計(jì)算地下室底板厚 600mm。 </p><p>　　2）地下室底板的鋼筋布置要合理。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(gè)方向的板面筋布置在梁面筋以下。這是由于基礎(chǔ)梁兩個(gè)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

11、在基礎(chǔ)面筋下，則會(huì)造成底板面筋的面筋保護(hù)層過大，造成窩頂情況出現(xiàn)。 </p><p>　　3）抗浮樁的驗(yàn)算與設(shè)計(jì) </p><p>　　抗浮計(jì)算無統(tǒng)一的計(jì)算公式，該工程抗浮計(jì)算按下式： </p><p>　　G+nRa＞1.1Fw </p><p>　　式中，G 為柱底傳來恒載標(biāo)準(zhǔn)值即建筑物自重包括覆土自重(向下)；n 為柱下抗浮樁的樁數(shù)；R

12、a 為抗浮樁的單樁抗浮承載力特征值；Fw為與柱對應(yīng)的受荷范圍內(nèi)地下水浮力標(biāo)準(zhǔn)值(向上)。 </p><p>　　該公式中荷載標(biāo)準(zhǔn)值對應(yīng)于樁的特征值，相當(dāng)于基礎(chǔ)地耐力計(jì)算式，概念較為明確，且在驗(yàn)算建筑物之抗浮能力時(shí)不應(yīng)考慮建筑物上的活荷載。水浮力標(biāo)準(zhǔn)值 Fw= Hw×10×A，Hw為水頭高度，即抗浮設(shè)計(jì)水位與地下室底板底之間的高度；A 為水浮力的作用面積。因地下室抗浮是一個(gè)十分重要的問題，若考慮

13、不當(dāng)將會(huì)帶來嚴(yán)重的后果，且補(bǔ)救較為困難，所以抗浮驗(yàn)算時(shí)安全系數(shù)取 1.1。另外，在設(shè)計(jì)中有許多對抗浮有利的因素在公式計(jì)算中無法體現(xiàn)，且均未予以考慮。如黏性土的阻水作用，地下室側(cè)壁的側(cè)阻作用，底板與土壤的粘結(jié)力和吸力均未記入，上部建筑物及地下室的整體剛度很大，上部建筑物的壓重在地下室部分的擴(kuò)散作用均未考慮，這些有利因素均可作為安全儲(chǔ)備。 </p><p>　　該工程樁基抗浮驗(yàn)算時(shí)分兩種情況，一種為柱下抗浮樁，另一種

14、為非柱下抗浮樁。對于柱下抗浮樁(?、掭S交 F 軸處柱下樁計(jì)算)建筑物自重及覆土自重的標(biāo)準(zhǔn)值 G=1755kN，而該處承受的向上的水浮力標(biāo)準(zhǔn)值Fw=1037kN，G＞1.1Fw，說明在有柱子的情況下，建筑物的自重及覆土自重比受到的水浮力大很多，足以滿足抗浮要求而無需抗浮樁。因此，對于柱下樁可不考慮抗浮要求，僅需滿足豎向抗壓承載力就可以了。對于非柱下抗浮樁 (?、掭S～⑦軸交 F 軸～G 軸中間處非柱下樁計(jì)算)，由于其承受的建筑物自重較小，G

15、=489kN，F(xiàn)w </p><p>　　=1037kN，G＞1.1Fw。因此，非柱下樁必須考慮抗浮要求。根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告提供的數(shù)據(jù)及土層情況，經(jīng)計(jì)算確定該工程抗浮樁的單樁豎向抗浮承載力特征值Ra=680kN。因此，根據(jù)上述抗浮計(jì)算公式G+nRa＞1.1Fw，89kN+680kN=1169kN＞1.1×1037kN，滿足抗浮要求。 </p><p><b>　　3結(jié)

16、語 </b></p><p>　　地下室作為整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其決定著整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)是否具有穩(wěn)固的基礎(chǔ)，在一些高層建筑中，地下工程的造價(jià)甚至還比上部結(jié)構(gòu)造價(jià)要高。而由于地下室的特殊位置，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是較復(fù)雜的設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)因素，這要求我們

17、設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)技術(shù)問題。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 顧曉鵬.SATWE 計(jì)算軟件在地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].山西建筑，2008，34（15）：53-54. </p><p>　　[2] 都軍花