高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計實例分析

1、<p>　　高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計實例分析</p><p>　　摘要：結(jié)合工程實例，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，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、基礎(chǔ)、頂板、側(cè)壁、底板 </p><p>　　中圖分類號：[TU208.3] 文獻標識碼：A 文章編號： </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)計類別為丙類，抗震設(shè)防烈度為 7 度，設(shè)計基本地震加速度

3、值為 0.10g。主體結(jié)構(gòu)中框架和剪力墻的抗震等級都是三級，框支柱、框支梁為二級抗震等級。地下室平時用于車庫使用，戰(zhàn)時可為人防工程，人防設(shè)計等級為6級。 </p><p>　　2 地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計 </p><p>　　2. 1 地下室基礎(chǔ)設(shè)計 </p><p>　　根據(jù)本工程地質(zhì)報告的情況，本工程采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，持力層為強風(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 </p><p>　　本工程地下室頂板上設(shè)計了園林景觀，需覆土0.5m，同時考慮到設(shè)備管線的高度及其保護土層厚度，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 </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 </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)過擴散后實際傳導(dǎo)到梁板

6、上的荷載已大大減小，經(jīng)計算擴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荷載影響，但鑒于人防地下室頂板的爆動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人防頂板的等效荷載考慮，取750kN/m2，但在設(shè)計中不同時考慮這兩種荷載的組

7、合，僅需按人防爆動等效荷載進行地下室頂板計算。 </p><p>　　2. 3 地下室側(cè)壁設(shè)計 </p><p>　　1）進行地下室側(cè)壁設(shè)計時，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，為了簡化計算，在設(shè)計中可作如圖 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計算。經(jīng)計算地下室 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，混凝土強度等級并不宜取得高，以減小混凝土的收縮應(yīng)力，工程混凝土強度等級取為 C30。同時，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 </p><p>　　1）地下室底板主要以抗?jié)B和抗浮計算為主，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 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)計地下室底板按倒樓蓋設(shè)計，采用無梁樓蓋的方法計算，采用經(jīng)驗法，經(jīng)計算地下室底板厚 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)布置在相同標高上，沒必要把兩個方向的板面筋布置在梁面筋以下。這是由于基礎(chǔ)梁兩個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，則會造成底板面筋的面筋保護層過大，造成窩頂情況出現(xiàn)。 </p><p>　　3）抗浮樁的驗算與設(shè)計 </p><p>　　抗浮計算無統(tǒng)一的計算公式，該工程抗浮計算按下式： </p><p>　　G+nRa＞1.1Fw </p><p>　　式中，G 為柱底傳來恒載標準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)地下水浮力標準值(向上)。 </p><p>　　該公式中荷載標準值對應(yīng)于樁的特征值，相當(dāng)于基礎(chǔ)地耐力計算式，概念較為明確，且在驗算建筑物之抗浮能力時不應(yīng)考慮建筑物上的活荷載。水浮力標準值 Fw= Hw×10×A，Hw為水頭高度，即抗浮設(shè)計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十分重要的問題，若考慮

13、不當(dāng)將會帶來嚴重的后果，且補救較為困難，所以抗浮驗算時安全系數(shù)取 1.1。另外，在設(shè)計中有許多對抗浮有利的因素在公式計算中無法體現(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散作用均未考慮，這些有利因素均可作為安全儲備。 </p><p>　　該工程樁基抗浮驗算時分兩種情況，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 軸處柱下樁計算)建筑物自重及覆土自重的標準值 G=1755kN，而該處承受的向上的水浮力標準值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)勘察報告提供的數(shù)據(jù)及土層情況，經(jīng)計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>　　地下室作為整個建筑結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其決定著整個建筑結(jié)構(gòu)是否具有穩(wěn)固的基礎(chǔ)，在一些高層建筑中，地下工程的造價甚至還比上部結(jié)構(gòu)造價要高。而由于地下室的特殊位置，其結(jié)構(gòu)設(shè)計是較復(fù)雜的設(shè)計問題，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)計因素，這要求我們

17、設(shè)計人員在進行地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)把握安全可靠、經(jīng)濟合理的協(xié)調(diào)原則，從技術(shù)以及經(jīng)濟方面去深入研究地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計技術(shù)問題。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1] 顧曉鵬.SATWE 計算軟件在地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].山西建筑，2008，34（15）：53-54. </p><p>　　[2] 都軍花