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淺論高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計

2014-10-21 20:01:11王海磊
建筑遺產(chǎn) 2014年1期
關(guān)鍵詞:裙房抗浮抗震

王海磊

摘要:本文作者對高層建筑地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計進行了簡單的分析,供大家參考借鑒。

關(guān)鍵詞:高層建筑;地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計

1 地下室的設(shè)計

高層建筑地下結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個復(fù)雜的過程,地下室與基礎(chǔ)設(shè)計的合理與否直接影響高層建筑的正常使用與造價,因此,設(shè)計時既要滿足功能要求、安全可靠、經(jīng)濟合理,又要滿足地下室結(jié)構(gòu)抗?jié)B的特殊要求。

1.1 基礎(chǔ)的選型

1.1.1 《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程》(JGJ3-2010)12.1.2條規(guī)定,高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計,應(yīng)綜合考慮建筑場地的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)狀況、上部結(jié)構(gòu)的類型和房屋高度、施工技術(shù)和經(jīng)濟條件等因素,使建筑物不致發(fā)生過量沉降或傾斜,滿足建筑物正常使用要求;還應(yīng)了解鄰近地下構(gòu)筑物及各項地下設(shè)施的位置和標高等,減少與相鄰建筑的相互影響。

1.1.2 基礎(chǔ)形式應(yīng)選用整體性好,能滿足地基承載力和建筑物容許變形的要求,并能調(diào)節(jié)不均勻沉降,達到安全實用和經(jīng)濟合理的目的。

1.2 抗浮設(shè)計

1.2.1 《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007-2011)3.0.2條6規(guī)定建筑地下室或地下構(gòu)筑物存在上浮問題時,尚應(yīng)進行抗浮驗算。3.0.4條規(guī)定,巖土工程勘察報告應(yīng)提供用于計算地下水浮力的設(shè)防水位。

1.2.2 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB5009-2001(2006年版)3.2.5條3對結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗算應(yīng)按有關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定采用。

抗浮驗算時永久荷載的分項系數(shù)取值,各地區(qū)可能與《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》不同,當有地區(qū)標準按當?shù)氐臉藴?,無地區(qū)標準則按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》。驗算建筑物抗浮能力必須滿足:

(建筑物永久荷載/水浮力)≥1.0。

1.2.3 當抗浮設(shè)計水位較高,裙房滿堂地下室或地下車庫需要采用抗浮措施時,應(yīng)按工程具體情況區(qū)別對待。如果裙房滿堂地下室或地下車庫是獨立建筑,與高層主樓基礎(chǔ)沒有連接成整體,并有一定距離不會因差異沉降造成影響時,抗浮措施可以根據(jù)經(jīng)濟技術(shù)比較采用:抗浮錨桿、抗拔樁或壓重等方法;如果高層主樓基礎(chǔ)與裙房滿堂地下室或地下車庫連接成整體,均采用樁基,通常抗浮可采用抗拔樁的方法來解決,這幾年預(yù)應(yīng)力管樁應(yīng)用也比較普遍,可以節(jié)約樁基成本大約15%,提高樁基工期大約10%;如果高層主樓基礎(chǔ)與裙房滿堂地下室或地下車庫連接整體,并且高層主樓采用的是天然地基預(yù)估有若干沉降量,裙房或地下車庫抗浮宜采用壓重(采用素混凝土,重度不小于30KN/M2鋼渣混凝土或砂石料)方法,不宜采用抗拔樁或抗浮錨桿,否則必將與高層主樓之間形成差異沉降而造成底板開裂的影響,尤其如北方很多城市的抗浮設(shè)計水位由于考慮南水北調(diào)提供的較高,但實際地下水位目前而言都是非常低的,如果抗浮采用抗拔樁或抗浮錨桿,裙房或地下車庫與主樓間基礎(chǔ)沉降差異將是非常突出的問題。

1.3 建筑物上部結(jié)構(gòu)、地下室、地基的相互作用關(guān)系

1.3.1 高層建筑的基礎(chǔ)上部整體連接著層數(shù)很多的框架、剪力墻結(jié)構(gòu),地下室四周很厚的擋土墻又緊貼著有效側(cè)限的密實回填土,下部又連接著沿深度變化的地基。無論在豎向荷載還是水平荷載的作用下,它們都會有機的共同作用,相互協(xié)調(diào)變形。盡管在這方面的設(shè)計計算理論仍不夠完善,但如果僅僅把基礎(chǔ)從上部結(jié)構(gòu)和下部地基的客觀邊界條件中完全隔離出來進行計算,是根本無法達到真正設(shè)計要求的目的。

1.3.2 無論是采用箱基還是筏基,諸多工程的實測都顯示;底板的整體彎曲率都是很小的,往往都不到萬分之五。有一些高層建筑箱形基礎(chǔ)的實測值都僅在(0.16~3.14)×10-4之間。我國測得的筏底板鋼筋應(yīng)力一般都在20~30N/mm2之間,只有鋼筋強度設(shè)計值的十分之一,個別內(nèi)力較大的工程也幾乎沒有超過70N/mm2。

2 深層水泥攪拌樁高低截面圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 樁墻截面尺寸

盡量利用場地有限的寬度,同時考慮鉆機施工的可能性,確定高樁樁墻的寬度。已定高樁的寬度應(yīng)滿足安全要求,若計算的寬度也不能滿足安全要求,必須加設(shè)低樁。低樁長度即為高樁在坑底以下的入土深度,一般為基坑深度的 0.8~1.2 倍;低樁樁墻寬度應(yīng)滿足高低樁墻整體的抗傾覆、抗滑移及整體穩(wěn)定性要求,計算中將樁墻向坑內(nèi)轉(zhuǎn)動的原點定為低樁底部的內(nèi)角點。

2.2 加強高樁懸臂部分的抗彎、抗剪能力

高樁與低樁的截面分界處,因樁墻截面削弱,應(yīng)予以加強,以增強高樁的抗彎、抗剪能力。

2.3 攪拌樁布置

攪拌樁采用格柵式布置,部分位置回填土中難以格柵成樁而采用滿布。

2.4 攪拌樁

攪拌樁采用 425# 普通水泥,摻量 13%。攪拌樁施工順序應(yīng)從低樁到高樁,若反向施工,在低樁施工時,因低樁在坑底以上段不噴漿,攪拌樁相互交接會削弱高樁截面。

3 抗震要求

地下室如果設(shè)計不當,對整體抗震性能會產(chǎn)生較大影響。一般結(jié)構(gòu)中的地下室,其頂板高出室外地坪的高度不應(yīng)大于本層地下室層高的1/3,否則,該層地下室只能作為半地下室或地上一層進行建模分析計算,此時,即使該層地下室的樓層側(cè)向剛度大于相鄰上層剛度的2倍也不宜作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位;

《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB 50011-2010中6.1.14 地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位時,應(yīng)符合下列要求:

3.1 地下室頂板應(yīng)避免開設(shè)大洞口;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);其樓板厚度不宜小于180mm,混凝土強度等級不宜小于C30,應(yīng)采用雙層雙向配筋,且每層每個方向的配筋率不宜小于0.25%。

3.2 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。

3.3 地下室頂板對應(yīng)于地上框架柱的梁柱節(jié)點除應(yīng)滿足抗震計算要求外,尚應(yīng)符合下列規(guī)定之一:

3.3.1 地下一層柱截面每側(cè)縱向鋼筋不應(yīng)小于地上一層柱對應(yīng)縱向鋼筋的1.1倍,且地下一層柱上端和節(jié)點左右梁端實配的抗震受彎承載力之和應(yīng)大于地上一層柱下端實配的抗震受彎承載力的1.3倍。

3.3.2 地下一層梁剛度較大時,柱截面每側(cè)的縱向鋼筋面積應(yīng)大于地上一層對應(yīng)柱每側(cè)縱向鋼筋面積的1.1倍;同時梁端頂面和底面的縱向鋼筋面積均應(yīng)比計算增大10%以上;4 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。

嵌固端的選取直接影響造價經(jīng)濟性,例如強制要求多層剪力墻結(jié)構(gòu)的非人防地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位進行設(shè)計時,經(jīng)濟性指標較差,在北京市建筑設(shè)計研究院編寫的《建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)技術(shù)措施》第5.4.4條第1、2款規(guī)定:多層剪力墻結(jié)構(gòu)嵌固部位一般取基礎(chǔ)頂面;多層剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強部位宜取基礎(chǔ)以上至首層頂,當?shù)叵率页^一層時,可取地下一層和首層。

4 結(jié)束語

地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個綜合性很強的問題,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)剛度對地基基礎(chǔ)的影響等等。現(xiàn)代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)計的技術(shù)問題,提高設(shè)計水平,真正做到技術(shù)與經(jīng)濟同步、安全與適用協(xié)調(diào)。

參考文獻:

[1] 莊致來,莫勇.地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計工程中常見問題分析及對策[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品. 2010,(09).

[2] 王仙蔚,李曉雷.高層建筑地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點[J].低溫建筑技術(shù). 2011,(07).

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