关于地下室设计心得

关于地下室设计心得福建省国防工业设计院林能枝【提要】：本文对超长地下室结构在设计过程中应注意的问题进行总结；对超长地下室后浇带或设缝间距等进行总结，为以后的相关设计提供较简洁的设计方法和技术总结。【关键词】超长地下室人防荷载后浇带膨胀加强带一、引言随着我国全面向小康社会迈进,建筑业也进新一轮稳步的发展阶段；房屋建筑的形式更趋复杂和多样化，建筑面积和体量也越做越大，出现了许多超过规范规定的超长建筑（建筑平面尺寸大于35米）。超长建筑给建筑结构设计、施工等都提出了技术难题，如何解决好，是我们技术人员面临巨大的挑战，已成为当前工程界迫切需要解决的重大技术问题。为了解决这个问题，上个世纪90年代中期开始各大设计研究机构进行了多种研究和尝试并取得了较多的成功，各项措施应用取得较满意的效果。在此我结合本人设计的工程实例做一些归纳总结。二：地下室顶板底板设计时荷载取值探讨（一）地下室底板地下室底板的在设计过程中荷载取值和计算问题主要为：地下室在水浮力作用下，水浮力的取值问题；带人防的地下室水浮力和人防荷载组合的问题。一般在岩土勘察报告中都会给出地下水位或者时历史最高地下水位的数值，当时根据实际的情况来看，由于在实际使用过程有暴雨和城市内涝的情况出现，所以前面两个数值不足以作为地下室防涝设计的依据，更不能作为地下室外水压力的依据。在实际设计过程中，应将地下水位定在室外顶面设计标高或者时地下室坡道入口处的防水闸挡水高程视为计算地下水位。地下水位确定后便是如何将作用与地下室底板各种荷载进行组合，比较的问题了。计算时存在三种组合的情况：1，地下室荷载和活载组合，荷载作用力向下，这时的组合系数恒载为1.2，活载为1.4。2.水浮力和底板自重的组合，水浮力向上，底板自重向下；活荷载为水浮力减去底板的自重，活荷载的分项系数为1.35；地下水位为室外顶面设计标高或者时地下室坡道入口处的防水闸挡水高程。PKPM计算时恒载可输入一个很小的数值。3.水浮力和人防组合。人防组合可取勘察报告提供的稳定地下水位。l底板所承受的水压力方向：向上，荷载分项系数人防取1.2，底板所承受的人防等效静荷载（方向：向上，荷载分项系数取1.0。PKPM计算时水浮力应按恒载输入，否则如果按活荷载输入，计算程序会将人防产生的活荷载和水浮力的活荷载比较取大值。根据上面三种情况的计算结果进行比较，然后进行底板的构件截面和配筋设计，在此过程中应十分注意配筋的方向和荷载实际作用的方向应对应起来，因为计算程序建立的结构计算模型的荷载作用都是向下的，而水浮力和人防荷载的作用方向是向上的。工程实例：泉州捷宏盛宴地下室底板的荷载取值泉州捷宏盛宴地下室，地下室底板标高为-4.950，室外顶板面标高为-1.250，室外覆土800mm，坡道入口处标高为-0.450，防核武器抗力等级:6级。所以地下室底板的荷载取结果如下所示：1.人防荷载防核武器抗力等级:6级底板等效静荷载标准值q_e1=25.00kN/m^22.人防和水浮力组合时恒载和活载取值：恒载取水浮力减去底板自重的值，水浮力的取值为室外地坪降500mm计算300板厚：（5.05－0.45-0.5+0.3）x10－11.5＝32.5KN/M2取34KN/M2250板厚：（5.05－0.45-0.5+0.25）x10－10＝33.5KN/M2恒载的分项系数取1.03.水浮力作用时恒载和活载取值：活载取水浮力减去底板自重的值，水浮力的取值为室外地坪标高计算300板厚：（5.05－0.45+0.3）x10－11.5＝37KN/M2250板厚：（5.05－0.45+0.25）x10－10＝36.6KN/M2活载的分项系数取1.354.恒载和活载单独作用时取值：恒载：300板厚：11.5KN/M2250板厚：10KN/M2活载：6.0KN/M2地下室底板作为地下室一个十分重要的部位，特别对于地面上无建筑的地下室，地下水压力产生的后果之一就是地下室上浮。主要的抗浮措施有一下几种：1顶板覆土增加向下和荷载；2底板周边外挑一定长度覆土压载3设置抗拔桩。在施工过程中，应采用井点降水，始终保证施工过程中地下室的水位保持在底板以下，以保证地下室结构不至于因水的浮力而产生裂缝。（二）地下室顶板地下室顶板应考虑施工活荷载，施工活荷载宜控制在(5～6)kpa以内，此施工活荷载不与使用活荷载及建筑装修荷载同时考虑。当室外地下室顶板面积较大时，荷载取值应根据工程实际情况与审核人商定.。顶板有覆土和消防通道时应考虑两者的荷载。工程实例：泉州捷宏盛宴地下室底板的荷载取值泉州捷宏盛宴地下室，地下室底板标高为-4.950，室外顶板面标高为-1.250，室外覆土800mm，坡道入口处标高为-0.450，防核武器抗力等级:6级。所以地下室顶板的荷载取结果如下所示：1.人防荷载常规武器爆炸动荷载顶板等效静荷载查表防常规武器抗力等级:6级顶板等效静荷载标准值q_ce1=40.00~50.00kN/m^2核武器爆炸动荷载顶板等效静荷载查表防核武器抗力等级:6级顶板等效静荷载标准值q_e1=60.00kN/m^22.恒载250mm板厚：9.5KN/M2300mm板厚：8.0KN/M23.活载室内0.000标高：1.25X18+3.5=26KN/M2室外-0.450：0.8X18+3.5=18KN/M2消防通道：0.8X18+20X0.8=30KN/M2三：地下室底板后浇带和膨胀加强带的设计和施工。对于超长的地下室结构，后浇带或者是膨胀加强带的十分重要的。超长的结构中由于混凝土收缩（化学收缩及干缩变形）会产生很大的收缩应力使得混凝土开裂，后浇带主要用来释放由于混凝土收缩引起的收缩应力，一般要求后浇带延迟至少一个月浇筑，此时混凝土的收缩大部分已完成。当时在实际过程中，特别是超长地下室的底板施工过程中，由于后浇带的构造要求十分复杂，造成施工难度很大，材料用量很大，而且质量很难保证。所以在超长地下室结构中一般会采用膨胀加强带来代替后浇带，它具有1）构造简单，施工方便，周期短；2）材料用量较少，易于控制工程造价，经济性好；3）保持结构的整体性，有利于结构抗震。因此，膨胀加强带在超长混凝土结构应用方面已产生较大的效应。工程实例1：福州汇创名居地下室，本工程总长194m，宽130m，地下室底板厚度0.45m，混凝土设计强度等级C30，抗渗等级S10；地下室顶板厚0.3m，混凝土强度等级为C30。共设宽度为1000mm的后浇带四条，布置过程总应尽量避开桩基承台和地下室集水坑等。由于地下室面积大，后浇带多，因此后浇带的施工成为整个地下室工程质量控制的重要环节。地下室后浇带的具体布置图和底板后浇带的大样如下所示：1.地下室后浇带的平面布置图汇创名居后浇带布置简图2.地下室外墙后浇带的构造1.地下室膨胀加强带平面布置晋江捷宏－盛宴地下室S2膨胀加强带布置简图晋江捷宏－盛宴地下室S1膨胀加强带布置简图2.膨胀加强带的具体做法膨胀加强带的做法主要有三个要点：1）带宽2.0m，带的两侧布置5mm的密孔钢丝网，将带内混凝土与带外混凝土分隔开，钢丝网垂直布置在上下层（或内外层）钢筋之间，两端分别绑扎在上下层（或内外层）钢筋上。2）带内增设10%～15%的水平温度钢筋，均匀布置在上下层（或内外层）钢筋上，水平温度钢筋垂直于膨胀加强带长度方向进行分布，两端各伸出膨胀加强带2.0m，并固定在上下层（或内外层）钢筋上。3）带内采用设计强度等级比相邻非加强带混凝土强度等级高一级的混凝土进行浇筑，外掺适量膨胀剂。本工程膨胀加强带的做法如图1所示，带内混凝土外掺12%（占胶凝材料总质量）膨胀剂，比带外混凝土膨胀剂掺量高2%（带外混凝土膨胀剂掺量为10%）。在超长混凝土结构中采用膨胀加强带，可以连续施工超长混凝土结构而不留缝，减少了分缝处理带来的麻烦，大大缩短了工期，体现了构造简单、施工方便的设计理念。无论是后浇带还是膨胀加强带都是为了解决由于混凝土自身的收缩而导致的主体结构的开裂的问题，都可以有效减少由于结构收缩而产生的内部应力，保证主体的抗裂和抗渗的要求。对于后浇带而言应注意一下几点（1）后浇带的设置在砼收缩应力发生的最大部位，一般设于长度方向的中间位置，或间距是40～50米，根据平面布置结构受力等进行布置，另外还要综合其他因素决定后浇带的间距。（2应将后浇带宽度尽量取得大些,一般取800～1200mm。（3）后浇带的位置设置在结构受力最小处，一般布置在跨度的1/3处，将地梁腹纵向钢筋和梁顶钢筋尽量截断（因为这些钢筋可以进行搭接或焊接处理），只保留梁底钢筋连续贯通，以使拉力减少至最低。(其他梁则相反)。（4)后浇带砼的设计强度应比相邻的非加强带砼提高5MPa,从而提高后浇带砼的抗拉强度，并且提高其膨胀剂掺量，一般提高到12～15%从而提高最易开裂部位的砼膨胀率，消除该部位砼的拉应力，避免砼开裂。对于膨胀加强带而言应注意一下几点1）膨胀加强带要求设置在砼收缩应力发生的最大部位，一般设于长度方向的中间位置间距是40～50米，根据平面布置结构受力等一般布置在房屋的中间或在后浇带间距大于50米时的中间。2）膨胀加强带砼的设计强度应比相邻的非膨胀加强带砼提高5MPa,从而提高膨胀加强带砼的抗拉强度，并且提高其膨胀剂掺量，一般提高到12～15%从而提高最易开裂部位的砼膨胀率，消除该部位砼的拉应力，避免砼开裂。3）膨胀加强带的做法：膨胀加强带宽2m左右，带的两侧布置5㎜网格15X15mm钢丝网，将带内砼与带外分隔开；膨胀加强带内增设10～15%水平温度钢筋，并均匀布置在上下层钢筋上，两端各伸出膨胀带LaE,并固定在上下层(或内外层)钢筋上。结束语：本文结合具体工程实践对超长地下室的设计进行了总结：1总结了经常会存在疑惑和误解的带人防地下室荷载取值和具体如何进行组合的问题。2结合两个工程实例分别对常规地下室后浇带和膨胀加强带的两种地下室抗裂和抗渗措施探讨。当然由于影响砼开裂的因素还有很多，本文限于篇幅不一一列举说明了，在超长结构设计时要根据实际情况，“抗放结合”、重点突出抓住主要因素、因地制宜灵活应用砼后浇带和膨胀加强带，设计和建造出更多更好的超长建筑。